智能天线与信道分配
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智能天线原名是自适应天线阵列（AAA， 智能天线原名是自适应天线阵列（AAA， Adaptive Antenna Array）。 Array）。 最初的智能天线技术主要用于雷达、声纳、抗 干扰通信、定位、军事方面等，用来完成空间滤波 和定位。 近年来，随着移动通信的发展以及对移动通信 电波传播、组网技术、天线理论等方面的研究逐渐 深入，智能天线开始用于具有复杂电波传播环境的 移动通信。 为此, 为此,移动通信研究者给应用于移动通信的自 适应天线阵起了一个较吸引人的名字：智能天线， 英文名为Smart Antenna或 英文名为Smart Antenna或Intelligent Antenna。 Antenna。
1.2.5 其他性能改善（5） 其他性能改善（
改进了小区的覆盖
对使用普通天线的无线基站，其小区的 覆盖完全由天线的辐射方向图形确定。当然， 天线的辐射方向图形是可能根据需要而设计 的。但在现场安装后，除非更换天线，其辐 射方向图形是不可能改变和很难调整的。但 智能天线阵的辐射图形则完全可以用软件控 制，在网络覆盖需要调整或由于新的建筑物 等原因使原覆盖改变等情况下，均可能非常 简单地通过软件来优化。
1.4 智能天线出现的新问题
1.2 智能天线对移动通信性能 的改善
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 抗衰落 抗干扰 增加系统容量 可实现移动台定位 其他性能改善
1.2.1 抗衰落
高频无线通信的主要问题是信号的衰落， 在陆地移动通信中，电磁传播路径由反射、 折射及散射的多径波组成，随着移动台的移 动及环境的变化，信号瞬时值及延迟失真的 变化非常迅速，且不规则造成信号衰落。 普通全向天线或定向天线都会因衰落使 信号失真较大。如果采用智能天线控制接收 方向，自适应地构成波束的方向性，可以使 得延迟波方向的增益最小，降低信号衰落的 影响。智能天线还可用于分集，减少衰落。
1.2.5 其他性能改善（3） 其他性能改善（
提高了基站发射机的等效发射功率
同样，发射天线阵在进行波束赋形 后，该用户终端所接收到的等效发射功 率可能增加201gN dB。其中，101gN dB是N个发射机的效果，与波束成形算 法无关，另外部分将和接收灵敏度的改 善类似，随传播条件和下行波束赋形算 法而变。
1.2.5 其他性能改善(1) 其他性能改善(1)
改善系统性能，提高通信质量。 改善系统性能，提高通信质量。
采用智能天线技术可提高第三代移动通 信系统的容量及服务质量，WCDMA系统就采 用自适应天线阵列技术，增加系统容量。我 国TD－SCDMA系统是应用智能天线技术的典 型范例。TD－SCDMA系统采用TDD方式，使 上下射频信道完全对称，可同时解决诸如天 线上下行波束赋形、抗多径干扰和抗多址干 扰等问题。该系统具有准确的定位功能，可 实现接力切换，减少信道资源浪费。
源自文库
如图所示，基站 的接收方向图形 是有方向性的， 在接收方向以外 的干扰有强的抑 制。如果使用上 述最大功率合成 算法，则可能将 干扰降低101gN dB。
1.2.3 增加系统容量
智能天线通过空分多址，将基站天线的 收发限定在一定的方向角范围内，其实质是 分配移动通信系统工作的空间区域，使空间 资源之间的交叠最小、干扰最小 采用智能天线技术，用多波束板状天线 代替普通天线可使天线波束变窄，从而提高 了天线的增益及C/I指标、减少了移动通信系 统的同频干扰、降低了频率复用系数、提高 了频率利用效率，在不断增加新的基站的情 况下就可以改善系统覆盖质量、扩大系统容 量、增强现有移动通信网络基础设施的性能。
内容提要
1.智能天线部分 1.智能天线部分
1.1 1.2 1.3 1.4 智能天线的概念 智能天线对移动通信性能的改善 智能天线技术的起源、研究现状和发展 智能天线出现的新问题
2.信道部分 2.信道部分
2.1 信道分配问题概述 2.2 CAP中的电磁兼容 CAP中的电磁兼容 2.3 信道分配方案
1.1 智能天线的概念
1.2.4 可实现移动台定位
采用智能天线的基站可以获得接收信 号的空间特征矩阵，由此获得信号的功率 估值和到达方向。通过此方法，用两个基 站就可将用户终端定位到一个较小区域。 由于目前蜂窝移动通信系统只能确定移动 台所处的小区，因此移动台定位的实现可 以使许多与位置有关的新业务得以方便地 推出，而发展新业务是目前移动运营商提 升ARPU值、加强自身竞争力的必然手段。
1.3.2 智能天线技术的研究现 状 （ 3）
欧盟：在智能天线上第一阶段f=1.89GHz,采用TDD方式 欧盟：在智能天线上第一阶段f=1.89GHz,采用TDD方式 通信体制，使用空间方法MUSIC、NLMS和RLS三种 通信体制，使用空间方法MUSIC、NLMS和RLS三种 算法 美国： Comm公司已能生产简单的基于TDD的智 美国：Array Comm公司已能生产简单的基于TDD的智 能天线并应用于无线本地环（WLL） 能天线并应用于无线本地环（WLL） 加拿大：一些大学则进行直线阵CMA模型算法的智能天 加拿大：一些大学则进行直线阵CMA模型算法的智能天 线研究 日本：也进行了CMA算法、最大比值合并算法（MRC） 日本：也进行了CMA算法、最大比值合并算法（MRC） 的研究和试验，但离未来要求的智能天线还有相当距 离 中国：我国在该领域的研究与世界同步，在3G协议中， 中国：我国在该领域的研究与世界同步，在3G协议中， 有中国提出的TD-SCDMA标准并将智能天线列为其中 有中国提出的TD-SCDMA标准并将智能天线列为其中 不可或缺的技术，研究所和高校对DOA提取，波束成 不可或缺的技术，研究所和高校对DOA提取，波束成 行优化算法、上、下链路波形成形、信道模型以及波 束切换等课题展开了理论研究和试验仿真。
1.3.2 智能天线技术的研究现状（1） 智能天线技术的研究现状（
智能天线的理论研究 来波方向（DOA）的多用户检测 波束变换的优化准则 数字波束形成（DBF） 上行链路 下行链路
1.3.2 智能天线技术的研究现 状 （ 2）
智能天线的研究进展
在目前的技术条件下，真正能做到理想 的自适应智能天线系统还没有，大部分仍处 于试验阶段或是一些实现简单功能的智能天 线。
1.3.3 智能天线技术的未来发 展方向（1） 展方向（
智能天线研究的主要内容
其一：论证智能天线对通信系统的功 效，智能天线抗多径干扰的性能等 其二：提出实现智能天线的优化方案 和快速算法
1.3.3 智能天线技术的未来发 展方向（2） 展方向（
要突破的课题
采用智能天线提高系统的容量是首要课 题 智能天线与现有抗多径衰落技术结合 智能天线与蜂窝移动通信系统的网络管 理技术结合 快速移动环境中还有许多关键技术难题
1.2.5 其他性能改善（4） 其他性能改善（
增加了CDMA系统的容量 增加了CDMA系统的容量 CDMA
众所周知，CDMA系统是一个自干 扰系统，其容量的限制主要来自本系统 的干扰。也就是说，降低干扰对CDMA 系统极为重要，降低干扰就可以大大增 加CDMA系统的容量。在CDMA系统中 使用了智能天线后，就提供了将所有扩 频码所提供的资源全部利用的可能性， 导致至少将CDMA系统容量增加一倍以 上的可能性。
1.3 智能天线技术的起源、 智能天线技术的起源、 研究现状和发展
1.3.1 智能天线技术的起源 1.3.2 智能天线技术的研究现状 1.3.3 智能天线技术的未来发展方向
1.3.1 智能天线技术的起（1） 智能天线技术的起（
一般说来，智能天线包括多波束智能 天线和自适应阵列智能天线，自适应阵列 智能天线已经成为智能天线发展的主流。 最初的自适应阵列智能天线技术主 要用于雷达、声纳、军事抗干扰通信，用 来完成空间滤波和定位等功能，提高系统 的性能和电子对抗的能力，但由于价格等 因素一直未能普及到其它通信领域。
1.3.1 智能天线技术的起源（2） 智能天线技术的起源（
而智能天线真正的发展是在20世纪90年 代初，随着移动通信的发展及对移动通信电 波传播、组网技术、天线理论等方面的研究 逐渐深入，微计算器和数字信号处理技术的 飞速发展，DSP数字信号处理芯片的处理能 力日益提高，利用数字技术在基带形成天线 波束成为可能，提高了天线系统的可靠性与 灵活程度；同时数字芯片的价格已经为现代 通信系统所接受。因此，智能天线技术开始 用于具有复杂电波传播环境的移动通信。
1.4 智能天线出现的新问题
1.全向波束和赋形波束 1.全向波束和赋形波束
上述智能天线的功能主要是由自适应的发射和接 收波束赋形来实现的。而且，接收和发射波束赋形是 依据基站天线几何结构、系统的要求和所接收到的用 户信号。在移动通信系统中，智能天线对每个用户的 上行信号均采用赋形波束，提高系统性能是非常直接 的。但在用户没有发射，仅处于接收状态下，又是在 基站的覆盖区域内移动时(空闲状态) 基站的覆盖区域内移动时(空闲状态)，基站是不可能 知道该用户所处的方位，只能使用全向波束进行发射 (如系统中的Pilot、同步、广播、寻呼等物理信道)。 如系统中的Pilot、同步、广播、寻呼等物理信道) 如图二所示的一个全向覆盖的基站，其不同码道的发 射波束是不同的。即基站必须能提供全向和定向的赋 形波束。这样一来，对全向信道来说，将要求高得多 的发射功率(最大可能为比专用信道高101gN dB)，这 的发射功率(最大可能为比专用信道高101gN dB)，这 是系统设计时所必须考虑的。
1.3.3 智能天线技术的未来发 展方向（3） 展方向（
目前智能天线的研究主要沿着以下几个方向开展： 目前智能天线的研究主要沿着以下几个方向开展： 一是研究智能天线对现代移动通信的作用，利用仿真 或理论研究的方法探讨应用智能天线对移动通信系统 的抗干扰能力、系统容量、抗多径衰落能力的改善 二是智能天线基础理论的研究，主要研究智能天线的 控制算法，利用理论和仿真的方法，结合的移动通信 系统，研究快速高性能的智能天线新算法 三是建立智能天线硬件实验平台（测试床），在实际 的电磁环境下测试各种天线阵列、智能天线控制算法 的性能， 以确定智能天线的解决方案，并着手解决 智能天线实用化的技术问题（如阵列单元的互耦、各 着手解决智能天线实用化的技术问题（如阵列单元的 互耦、各单元通道不一致性的实时校准技术等）
1.2.5 其他性能改善(2) 其他性能改善(2)
提高了基站接收机的灵敏度
基站所接收到的信号来自各天线单 元和收信机所接收到的信号之和。如果 采用最大功率合成算法，在不计多径传 播条件下，则总的接收信号将增加 101gN dB，其中，N为天线单元的数量。 存在多径时此接收灵敏度的改善将多径 传播条件及上行波束赋形算法而变，其 结果也在101gN dB上下。
1.2.2 抗干扰
抗干扰应用的实质是空间域滤波，智能天线对来 自各个方向的波束进行空间滤波。它通过对各天线元 的激励进行调整，优化天线阵列方向图，将零点对准 干扰方向，大大提高阵列的输出信干比，改善了系统 质量，提高了系统可靠性。对于软容量的CDMA系统， 信干比的提高还意味着系统容量的提高。 与传统天线相比，用12个30º波束天线阵列组成 的360º全覆盖天线的同频干扰要小得多。
1.2.5 其他性能改善（6） 其他性能改善（
降低了无线基站的成本
在所有无线基站设备的成本中，最昂贵 的部分是高功率放大器(HPA)。特别是在 的部分是高功率放大器(HPA)。特别是在 CDMA系统中要求使用高线性的HPA，更是其 CDMA系统中要求使用高线性的HPA，更是其 主要部分的成本。如上述，智能天线使等效 发射功率增加，在同等覆盖要求下，每只功 率放大器的输出可能降低201gN dB。这样， 率放大器的输出可能降低201gN dB。这样， 在智能天线系统中，使用N 在智能天线系统中，使用N只低功率的放大器 来代替单只高功率HPA，可大大降低成本。 来代替单只高功率HPA，可大大降低成本。 此外，还带来降低对电源的要求和增加可靠 性等好处。
1.2.5 其他性能改善（5） 其他性能改善（
改进了小区的覆盖
对使用普通天线的无线基站，其小区的 覆盖完全由天线的辐射方向图形确定。当然， 天线的辐射方向图形是可能根据需要而设计 的。但在现场安装后，除非更换天线，其辐 射方向图形是不可能改变和很难调整的。但 智能天线阵的辐射图形则完全可以用软件控 制，在网络覆盖需要调整或由于新的建筑物 等原因使原覆盖改变等情况下，均可能非常 简单地通过软件来优化。
1.4 智能天线出现的新问题
1.2 智能天线对移动通信性能 的改善
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 抗衰落 抗干扰 增加系统容量 可实现移动台定位 其他性能改善
1.2.1 抗衰落
高频无线通信的主要问题是信号的衰落， 在陆地移动通信中，电磁传播路径由反射、 折射及散射的多径波组成，随着移动台的移 动及环境的变化，信号瞬时值及延迟失真的 变化非常迅速，且不规则造成信号衰落。 普通全向天线或定向天线都会因衰落使 信号失真较大。如果采用智能天线控制接收 方向，自适应地构成波束的方向性，可以使 得延迟波方向的增益最小，降低信号衰落的 影响。智能天线还可用于分集，减少衰落。
1.2.5 其他性能改善（3） 其他性能改善（
提高了基站发射机的等效发射功率
同样，发射天线阵在进行波束赋形 后，该用户终端所接收到的等效发射功 率可能增加201gN dB。其中，101gN dB是N个发射机的效果，与波束成形算 法无关，另外部分将和接收灵敏度的改 善类似，随传播条件和下行波束赋形算 法而变。
1.2.5 其他性能改善(1) 其他性能改善(1)
改善系统性能，提高通信质量。 改善系统性能，提高通信质量。
采用智能天线技术可提高第三代移动通 信系统的容量及服务质量，WCDMA系统就采 用自适应天线阵列技术，增加系统容量。我 国TD－SCDMA系统是应用智能天线技术的典 型范例。TD－SCDMA系统采用TDD方式，使 上下射频信道完全对称，可同时解决诸如天 线上下行波束赋形、抗多径干扰和抗多址干 扰等问题。该系统具有准确的定位功能，可 实现接力切换，减少信道资源浪费。
源自文库
如图所示，基站 的接收方向图形 是有方向性的， 在接收方向以外 的干扰有强的抑 制。如果使用上 述最大功率合成 算法，则可能将 干扰降低101gN dB。
1.2.3 增加系统容量
智能天线通过空分多址，将基站天线的 收发限定在一定的方向角范围内，其实质是 分配移动通信系统工作的空间区域，使空间 资源之间的交叠最小、干扰最小 采用智能天线技术，用多波束板状天线 代替普通天线可使天线波束变窄，从而提高 了天线的增益及C/I指标、减少了移动通信系 统的同频干扰、降低了频率复用系数、提高 了频率利用效率，在不断增加新的基站的情 况下就可以改善系统覆盖质量、扩大系统容 量、增强现有移动通信网络基础设施的性能。
内容提要
1.智能天线部分 1.智能天线部分
1.1 1.2 1.3 1.4 智能天线的概念 智能天线对移动通信性能的改善 智能天线技术的起源、研究现状和发展 智能天线出现的新问题
2.信道部分 2.信道部分
2.1 信道分配问题概述 2.2 CAP中的电磁兼容 CAP中的电磁兼容 2.3 信道分配方案
1.1 智能天线的概念
1.2.4 可实现移动台定位
采用智能天线的基站可以获得接收信 号的空间特征矩阵，由此获得信号的功率 估值和到达方向。通过此方法，用两个基 站就可将用户终端定位到一个较小区域。 由于目前蜂窝移动通信系统只能确定移动 台所处的小区，因此移动台定位的实现可 以使许多与位置有关的新业务得以方便地 推出，而发展新业务是目前移动运营商提 升ARPU值、加强自身竞争力的必然手段。
1.3.2 智能天线技术的研究现 状 （ 3）
欧盟：在智能天线上第一阶段f=1.89GHz,采用TDD方式 欧盟：在智能天线上第一阶段f=1.89GHz,采用TDD方式 通信体制，使用空间方法MUSIC、NLMS和RLS三种 通信体制，使用空间方法MUSIC、NLMS和RLS三种 算法 美国： Comm公司已能生产简单的基于TDD的智 美国：Array Comm公司已能生产简单的基于TDD的智 能天线并应用于无线本地环（WLL） 能天线并应用于无线本地环（WLL） 加拿大：一些大学则进行直线阵CMA模型算法的智能天 加拿大：一些大学则进行直线阵CMA模型算法的智能天 线研究 日本：也进行了CMA算法、最大比值合并算法（MRC） 日本：也进行了CMA算法、最大比值合并算法（MRC） 的研究和试验，但离未来要求的智能天线还有相当距 离 中国：我国在该领域的研究与世界同步，在3G协议中， 中国：我国在该领域的研究与世界同步，在3G协议中， 有中国提出的TD-SCDMA标准并将智能天线列为其中 有中国提出的TD-SCDMA标准并将智能天线列为其中 不可或缺的技术，研究所和高校对DOA提取，波束成 不可或缺的技术，研究所和高校对DOA提取，波束成 行优化算法、上、下链路波形成形、信道模型以及波 束切换等课题展开了理论研究和试验仿真。
1.3.2 智能天线技术的研究现状（1） 智能天线技术的研究现状（
智能天线的理论研究 来波方向（DOA）的多用户检测 波束变换的优化准则 数字波束形成（DBF） 上行链路 下行链路
1.3.2 智能天线技术的研究现 状 （ 2）
智能天线的研究进展
在目前的技术条件下，真正能做到理想 的自适应智能天线系统还没有，大部分仍处 于试验阶段或是一些实现简单功能的智能天 线。
1.3.3 智能天线技术的未来发 展方向（1） 展方向（
智能天线研究的主要内容
其一：论证智能天线对通信系统的功 效，智能天线抗多径干扰的性能等 其二：提出实现智能天线的优化方案 和快速算法
1.3.3 智能天线技术的未来发 展方向（2） 展方向（
要突破的课题
采用智能天线提高系统的容量是首要课 题 智能天线与现有抗多径衰落技术结合 智能天线与蜂窝移动通信系统的网络管 理技术结合 快速移动环境中还有许多关键技术难题
1.2.5 其他性能改善（4） 其他性能改善（
增加了CDMA系统的容量 增加了CDMA系统的容量 CDMA
众所周知，CDMA系统是一个自干 扰系统，其容量的限制主要来自本系统 的干扰。也就是说，降低干扰对CDMA 系统极为重要，降低干扰就可以大大增 加CDMA系统的容量。在CDMA系统中 使用了智能天线后，就提供了将所有扩 频码所提供的资源全部利用的可能性， 导致至少将CDMA系统容量增加一倍以 上的可能性。
1.3 智能天线技术的起源、 智能天线技术的起源、 研究现状和发展
1.3.1 智能天线技术的起源 1.3.2 智能天线技术的研究现状 1.3.3 智能天线技术的未来发展方向
1.3.1 智能天线技术的起（1） 智能天线技术的起（
一般说来，智能天线包括多波束智能 天线和自适应阵列智能天线，自适应阵列 智能天线已经成为智能天线发展的主流。 最初的自适应阵列智能天线技术主 要用于雷达、声纳、军事抗干扰通信，用 来完成空间滤波和定位等功能，提高系统 的性能和电子对抗的能力，但由于价格等 因素一直未能普及到其它通信领域。
1.3.1 智能天线技术的起源（2） 智能天线技术的起源（
而智能天线真正的发展是在20世纪90年 代初，随着移动通信的发展及对移动通信电 波传播、组网技术、天线理论等方面的研究 逐渐深入，微计算器和数字信号处理技术的 飞速发展，DSP数字信号处理芯片的处理能 力日益提高，利用数字技术在基带形成天线 波束成为可能，提高了天线系统的可靠性与 灵活程度；同时数字芯片的价格已经为现代 通信系统所接受。因此，智能天线技术开始 用于具有复杂电波传播环境的移动通信。
1.4 智能天线出现的新问题
1.全向波束和赋形波束 1.全向波束和赋形波束
上述智能天线的功能主要是由自适应的发射和接 收波束赋形来实现的。而且，接收和发射波束赋形是 依据基站天线几何结构、系统的要求和所接收到的用 户信号。在移动通信系统中，智能天线对每个用户的 上行信号均采用赋形波束，提高系统性能是非常直接 的。但在用户没有发射，仅处于接收状态下，又是在 基站的覆盖区域内移动时(空闲状态) 基站的覆盖区域内移动时(空闲状态)，基站是不可能 知道该用户所处的方位，只能使用全向波束进行发射 (如系统中的Pilot、同步、广播、寻呼等物理信道)。 如系统中的Pilot、同步、广播、寻呼等物理信道) 如图二所示的一个全向覆盖的基站，其不同码道的发 射波束是不同的。即基站必须能提供全向和定向的赋 形波束。这样一来，对全向信道来说，将要求高得多 的发射功率(最大可能为比专用信道高101gN dB)，这 的发射功率(最大可能为比专用信道高101gN dB)，这 是系统设计时所必须考虑的。
1.3.3 智能天线技术的未来发 展方向（3） 展方向（
目前智能天线的研究主要沿着以下几个方向开展： 目前智能天线的研究主要沿着以下几个方向开展： 一是研究智能天线对现代移动通信的作用，利用仿真 或理论研究的方法探讨应用智能天线对移动通信系统 的抗干扰能力、系统容量、抗多径衰落能力的改善 二是智能天线基础理论的研究，主要研究智能天线的 控制算法，利用理论和仿真的方法，结合的移动通信 系统，研究快速高性能的智能天线新算法 三是建立智能天线硬件实验平台（测试床），在实际 的电磁环境下测试各种天线阵列、智能天线控制算法 的性能， 以确定智能天线的解决方案，并着手解决 智能天线实用化的技术问题（如阵列单元的互耦、各 着手解决智能天线实用化的技术问题（如阵列单元的 互耦、各单元通道不一致性的实时校准技术等）
1.2.5 其他性能改善(2) 其他性能改善(2)
提高了基站接收机的灵敏度
基站所接收到的信号来自各天线单 元和收信机所接收到的信号之和。如果 采用最大功率合成算法，在不计多径传 播条件下，则总的接收信号将增加 101gN dB，其中，N为天线单元的数量。 存在多径时此接收灵敏度的改善将多径 传播条件及上行波束赋形算法而变，其 结果也在101gN dB上下。
1.2.2 抗干扰
抗干扰应用的实质是空间域滤波，智能天线对来 自各个方向的波束进行空间滤波。它通过对各天线元 的激励进行调整，优化天线阵列方向图，将零点对准 干扰方向，大大提高阵列的输出信干比，改善了系统 质量，提高了系统可靠性。对于软容量的CDMA系统， 信干比的提高还意味着系统容量的提高。 与传统天线相比，用12个30º波束天线阵列组成 的360º全覆盖天线的同频干扰要小得多。
1.2.5 其他性能改善（6） 其他性能改善（
降低了无线基站的成本
在所有无线基站设备的成本中，最昂贵 的部分是高功率放大器(HPA)。特别是在 的部分是高功率放大器(HPA)。特别是在 CDMA系统中要求使用高线性的HPA，更是其 CDMA系统中要求使用高线性的HPA，更是其 主要部分的成本。如上述，智能天线使等效 发射功率增加，在同等覆盖要求下，每只功 率放大器的输出可能降低201gN dB。这样， 率放大器的输出可能降低201gN dB。这样， 在智能天线系统中，使用N 在智能天线系统中，使用N只低功率的放大器 来代替单只高功率HPA，可大大降低成本。 来代替单只高功率HPA，可大大降低成本。 此外，还带来降低对电源的要求和增加可靠 性等好处。