无线系统中的智能天线65407

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1、万方数据第12期2000年12月电子学报ACTAI珊I'RONICASⅢ1cAⅧ．28No12Dec2∞O无线系统中的智能天线赵瑞锋，谈振辉，蒋海林(北方交通大学电子信息工程学院．北京100044)摘要：本文介绍了智能天线在未来移动通信系统中的重要作用．分别介绍了多波束天线和自适应天线阵，阐明了智能天线的定义、组成．着重介绍了在自适应天线阵通信系统中的时空信号模型、空间信道模型和时空通信理论，比较了智能天线中的智能算法．最后，结合智能天线技术的应用进展，探讨了实现智能天线的难点和发展前景．关键词：智能天线；移动通信系统；数字波束形成中豳分类号：TN821+．4文献标识码：

2、A文章编号：0372-2112(2000)12-0077-04ZHAORui—feng，TANghen-hui，JIANGHaJ-lin(m“ofE／eamq／c自^nchEng,he,／ng，NorthernJu“oag咖H玑姊w100044，a诗H)A瞻蚴：Inthispaper．therole0fsmartantermainfuturemobileoammmicationsystemisiIl眦dlced．Weintroducedmuhi·beamanda如p“vearrayantentm，giviogthedefinitionandslnlcture．The叩血a

3、landte舶p皤alcommunicationtheory，印鲥alandtera—goralchannelmodelandspace一咖s自gnalmodelareemomsized．1I*algorithmsinⅫ∞d∞t∞Il∞a／ecom刚．nmallyappI／cafionlauspectanddi佑oul6．esmd_iscussedroywords：鲫舭antoa／ta；mobilec0珊枷c8ti蚰system；d酶“beamfmming1引言随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个人通信主要手段的无线移动通信技术引起了极大的关注[1】．如何消除同信道干扰

4、(cCI)、多址干扰(h叫)、码同串扰(tSl)与多径衰落的影响成为提高无线通信系统性能的主要课题，圈和CCI已经成为第三代移动通信急需解决的问题口J．当时延较小时，在时域使用传统的均衡器可以解决这些问题，但是当时延较大时，均衡器的复杂性增大．而智能天线是一组空间概念上的天线，其输出是对每个天线输出合并的结果．智能天线根据到达方向(DOA)的不同来减小干扰，即使延时较大，系统的复杂性也不会增加．将智能天线和传统的均衡器组合可以互相弥补缺点，从而提高系统的性能．智能天线不仅涉及到时问域而且涉及到空间域。因此基于智能天线的时空信号处理成为第三代移动通信系统的一项关键技术．智能

5、天线利用数字信号处理技术，产生空问定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，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．使用智能天线将在以下方面提高未来移动通信系统的性能【3】：(1)扩大系统的覆盖区域；(2)提高系统容量和频谱利用效率；(3)提高数据传输速率；(4)降低基站发射功率，节省系统成本，减少信号间干扰与电磁环境污染．收幡日期：19帅—08_18；修回日期：2000-02埔基金项目：国家自然科学基金(No．69872001)2智能天线技术智能天线分为两大类：多波束天线和自适应天线阵．智能天线不同于常规的扇区天线和天线

6、分集方法，通过在基站使用全向收发智能天线．为每个用户提供一个窄的定向波束，使信号在有限的方向区域发送和接收，充分利用了信号发射功率，降低了信号全向发射带来的电磁污染与相互干扰．智能天线采用数字方法实现波束成形，即数字波束形成DBF(olgilalBeamVom面g)．图l为肼元智能天线的原理图：多波束天线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，波束宽度也随阵元数目的确定而确定．随着用户在小区尺．用户图1M元的天线阵的方框图中的移动，基站选择不同的相应波束，使接收信号最强．白适应天线阵是通过反馈控制方式连续调整本身方向图的天线阵．一般采用4—16天线阵元结构

7、，阵元间距1／2波长．阵元分布方式有直线型、圆环型和平面型．自适应夭线系统采用数字信号处理技术识别用户信号到达方向．并在此方万方数据电子学报2000年向形成天线主波束．白适应天线阵根据用户信号的不同空问传播方向能够提供不同的空间信道，有效地克服了干扰对系统的影响将自适应天线阵接收到的信号进行加权和合并，使信号与干扰加噪声比最大．自适应天线阵的所有分支都应具有相近的方向图，而多波束天线的每个天线方向图都不相同．自适应天线阵有M重的天线增益而不受扇形失真的影响，并且其肼重的分集增益相关性也足够低．这些阵列在理论上用^f个天线可完全