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1、智能天线技术及其在PHS无线市话系统中的应用浙江华能技术专栏《电信网技术}2003年2月第2期口@编者按:智能天线技术作为近年来一种先进的天线技术,特别是其在移动通信领域的应用越来越受到广泛关注.在无线电通信领域中,由于频谱资源是一种不可多得也不可再生的宝贵资源,如何提高频谱的利用率一直是移动通信发展的重要课题.《智能天线技术及其在PHS无线市话系统中的应用》一文就智能天线技术在PHS系统中应用的必要性进行了分析和论证.从智能天线技术的引入使PHS系统大大地改善了系统性能,提高了系统容量,以及通过智能天线技术可以使PHS系统实现定位功能等方面论述了智能天线
2、技术的先进性和实用性,有一定参考价值.智能天线技术及其在PHS无线市话系统中的应用一,引言浙江华能通信发展公司谢志勇智能天线技术(SmartAntennaTechnology)最初应用于雷达,声纳及军事通信领域.近年来,随着现代移动通信技术的不断发展和对通信理论研究的逐渐深入,现代数字信号处理技术的迅速发展,数字信号处理芯片(DSP)处理能力的不断提高,利用数字技术在基带形成天线波束成为可能,智能天线技术开始逐渐应用于具有复杂电波传播环境的移动通信领域.由于智能天线能显着提高移动通信系统的性能和容量,缓锯无线通信系统日益发展与频谱资源不足的矛盾,同时能增加
3、天线系统的灵活性和可靠性,因此在未来的移动通信领域越来越多的采用智能天线技术必将成为一个趋势.二,智能天线技术简单地说,智能天线技术就是将无线电信号导向具体的方向,产生空间定向波束,使天线主波束对准用户信号到达方向DOA(DirectionOfArriva1),旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的.目前,智能天线技术主要分为两大类:波束转换技术(SwitchedBeamTech—nology)和自适应空间数字处理技术(AdaptiveSpatialDigitalProcessingTechnology),分
4、别对应于波束转换天线(SwitchedBeamAntenna)和自适应天线阵列(Adap—tireAntennaArray).波束转换天线(SwitchedBeamAntenna)利用多个并行波束覆盖整个用户区,每个波束的指向是固定的,波束宽度也随天线元数目而确定.当用户在小区中移动时,基站在几个预定义的固定波束中选择其一,检测信号强度,使接收信号最强.当移动台越过扇区时,从一个波束切换到另一个波束,在特定的方向上提高灵敏度,从而提高通信的容量和质量.但是,因为用户信号并不一定总在波束中心,当用户位于波束边缘及干扰信号位于波束中央时,接收效果则较差.同时由
5、于扇形失真,波束转换天线增益在方位角上也不能均匀分布.因此,与自适应天线阵相比较,虽然有结构简单和不需要判断用户信号方向(DOA)的优势,但是不能实现信号的最佳接收,因此主要用于模拟通信系统.自适应天线阵列(AdaptiveAntennaArray)是近30?45?口TELECOMMUNICATIONSNETWORKTECHNOLOGYNo.2ZHEJIANGHUANENGCOLUMN年来最先进的无线电技术之一,它利用基带数字信号处理技术产生空间定向波束,使天线主波束即最大增益点对准用户信号到达方向(DOA),旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,从而给有用信号
6、带来最大增益,有效地减少多径效应所带来影响,达到对干扰信号删除和抑制的目的.同时,自适应天线阵列还能利用各个移动用户间信号空间特征的差异在同一信道上接收和发射多个移动用户的信号而不发生相互干扰,使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效.在不增加系统复杂度的情况下,使用自适应天线阵列可使通信资源不再局限于时间域(TDMA),频率域(FDMA)而拓展到空间域,实现空分多址(SDMA)方式,从而进一步满足系统服务质量和网络扩容的需要,因此自适应天线阵列已经成为智能天线发展的主流.自适应天线阵列是一个由天线阵和实时自适应信号接收处理器所组成的一个闭环反馈控制系统,它
7、用反馈控制方法自动调准天线阵的方向图,使它在干扰方向形成零陷,将干扰信号抵消,而且可以使有用信号得到加强,从而达到抗干扰的目的.在自适应天线阵列中,各天线的放置形式可有多种形式,一般采用4～16天线阵元结构,相邻天线元间距为?特定值.通常在频分双工(FDD)模式中阵元间距为1/2波长,若阵元间距过大,则接收信号彼此相关程度降低,太小则会在方向图形成不必要的栅瓣,故一般采用半波长.而在时分双工(TDD)模式中,自适应阵列天线的阵元间距为5个波长,间距宽而波束更窄,因而更容易进行定位处理,即使旁瓣多,但由于用户和信道都比较少,因而不会带来不利的影响.当接收信号
8、到达自适应天线阵列时,每个阵元上的信号经过不同的加权后叠加在一起产
