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通信工程综述文章

3G移动通信中智能天线的原理及应用

智能天线的工作原理

【1】智能天线正是一种能够根据通信的情况，实时地调整阵列天线各元素的参数，形成自适应的方向图的设备。这种方向图通常以最大限度地放大有用信号、抑制干扰信号为目的，例如将大增益的主瓣对准有用信号，而在智能天线原理图(单个用户)其它方向的干扰信号上使用小增益的副瓣。

智能天线包括射频天线阵列部分和信号处理部分，其中信号处理部分根据得到的关于通信情况的信息，实时地控制天线阵列的接收和发送特性。这些信息可能是接收到的无线信号的情况；在使用闭环反馈的形式时，也可能是通信对端关于发送信号接收情况的反馈信息。把具有相同极化特性、各向同性及增益相同的天线阵元，按一定的方式排列，构成天线阵列。构成阵列的阵元可按任意方式排列，通常是按直线等距、圆周等距或平面等距排列，其间距通常取工作波长的一半，并且取向相同。智能天线系统由天线阵列部分、阵列形状、模数转换等几部分组成,智能天线可以按通信的需要在有用信号的方向提高增益, 在干扰源的方向降低增益.因此, 智能天线系统的应用可以带来如下好处：提高系统容量、减小衰减、抗干扰能力较强、实现移动台定位、增强网络管理能力等。【2】

智能天线在3G 中的应用

第三代移动通信主要实现方案有IMT-2000DS 的WCDMA 和IMT2000MS 的CDMA 2000，其他两个均将智能天线列入规划，并作为主要的后备技术.智能天线在3G 中为消除干扰、改善通信质量、提高容量、扩大通信服务区等方面发挥重要作用。【3】

1.减少用户越区切换时发生的强迫中断概率。

在移动通信网中常会遇到通信流量与呼损率的矛盾.在有限的物理信道下，用户容量越大，通信流量越大，但用户呼损率也越大.利用智能天线的类分集接收的能力，可以在有限物理信道个数的基础上，成倍增大通信的用户数，同时保证通信质量不下降.这样呼损率可大大降低。

2.功率控制和波束成形

在CDMA 网络系统中，为了克服慢衰落，特别是克服远近效应，必须采用功率控制.功控是通过迭代算法动态实现.其具体步骤如下:

(1)首先从任意初始功率开始;

(2 )调整智能天线，使其主波束(波束主瓣)对准p( k)方向;

( 3 )测量接收的干扰;

(4 )调整信号功率使得载波干扰大于门限;

(5 )经过多次迭代后，使功率的变化小于预先给定值ε时，即可停止.

上述的迭代算法收敛于一个最优波束所形成的加权矢量和功率值.使用智能天线形成最优波束和功率控制相结合的算法，可以大大改善通信质量和提高系统的容量。

3. 软件天线

软件天线是天线研究领域的一个重要设想.由于它主要基于智能天线的处理功

能，尤其对于3G 或者超元的应用和改善具有重要意义.在这里把它归于智能天线在3G 中的一种应用.其基本构想是:

1.根据用户所在环境不同，确定影响系统的主要因素:比如是噪声，是同信道干扰还是符号间干扰，也可能是其他.

2.利用软件的方法选择不同环境下的不同算法.比如若以噪声为主的干扰时，可采用波束最大比值MRC 算法.而当同信道干扰为主时，则采用多波束恒模算法CMA 等，以此提供算法分集。【4】

3.利用现场可编辑逻辑器件设计技术FPGA 实现对天线的实时配置，完成智能天线处理功能.

智能天线在TD-SCDMA中的应用。

中国的TD-SCDMA正式宣布要采用智能天线体制，在TD-SCDMA 系统中，智能天线是使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图，使用DSP根据一定的自适应算法动态更新调整加权器的加权系数，使主瓣自适应地指向移动台方向，就可达到提高信号的载干比，降低发射功率等目的。【5】

在目前的TD-SCDMA系统中，采用的智能天线赋形波束仅在水平方向上跟踪激活用户移动，而不考虑垂直方向上波束赋形的影响。一般认为智能天线本身的垂直赋形对各个方向影响相同或不影响

对智能天线圆阵来说，下倾角的变化会引起天线阵元间垂直方向的相位差，从而影响垂直方向赋形图的形状及大小。这种影响对线阵则不存在。因此，下面的研究主要针对智能天线圆阵。

智能天线均匀圆阵的阵元数不同，下倾角对垂直赋形的影响也不同。如6阵元天线的阵元间隔比8阵元大，则下倾角变化引起的垂直方向上相位差变化也大，进而垂直赋形图的变化也更剧烈。

结论

在无线电通信领域，智能天线的发展前景是非常乐观的，智能天线自身可以分析到达无线阵列的信号，灵活、优化地使用波束，减少干扰和被干扰的机会。提高了频率的利用率，改善了系统性能。这就是自适应天线阵列的智能化，它体现了自适应、自优化和自选择的概念，对当前移动通信系统的完善起到重大的推动作用。理论与实践总是存在一定的差距，将智能天线的理论研究真正的应用于实践仍然需要很长的时间，但是我们相信，在不久的将来，智能天线技术将会在不断的研究和实践应用中发生翻天覆地的变化。

【1】本段来自百度文库/view/364039.htm

【2】移动通信第2版，章坚武西安电子科技大学

【3】西南师范大学学报(自然科学版) 第29 卷

【4】G UO Zihua, ZHU Wenwu. Pertonnance Study of OFDMA vs. OFDM/SDMA [ A J. Proc. IEEE VTC'2002 [ C J.]:IEEE , 2002。

【5】3G 无线网络规划中的智能天线应用技术浅析，邬迪