智能天线（精选9篇）
智能天线 篇1
韩国研究人员开发了一种包含有嵌入式微带天线的智能皮肤材料。这种智能皮肤将成为飞机或其他交能工具不可分割的一个组成部分, 可用于雷达、通信、广播接收及GPS等。该智能皮肤由夹在两个介电质层间的有机蜂窝结构制成。一些微带天线 (基本上是金属片) 嵌入这两个介电质层间的蜂窝结构内。于是, 这个平板状天线就能发射无线信号, 并具有90度的扫描范围。将尺寸略有不同、频率略有偏移的微带天线堆集在一起, 反过来又增加了频率带宽, 提高了运行速度。目前, 运行在7.5吉赫兹的系统具有500兆赫兹的带宽。
智能天线 篇2
智能天线技术利用信号传输的空间特性，可达到抑制干扰、提取信号的目的。智能天线所形成的波束可实现空间滤波，对期望的信号方向具有高增益，而对不希望的干扰信号实现近似零陷作用，以达到抑制和减少干扰的目的。基于上述特性，采用智能天线技术可跟踪强信号、减少或抵消干扰信号、提高信干比、增加移动通信系统容量，降低信号发射功率、提高通信的覆盖范围，所以，3G广泛将智能天线作为可选技术，而TD－SCDMA也已将智能天线技术写入具体建议中。引入智能天线技术后，CDMA网络规划与优化中将产生新的特点。下面将对覆盖范围、容量、负荷平衡、专用波束分配等方面进行分析。
应用智能天线的一个重要收益是覆盖范围的增加，使得移动用户不必增加上行发射功率就能比普通用户拥有与基站更远的通信距离，而基站也不必在下行链路发射更多的功率。应用智能天线可以显著地增加小区覆盖面积，从而减少基站数目，降低建设成本。但是，由于实际传播环境的复杂，当在城市高楼密集环境下，智能天线不能很好地区分期望信号与干扰信号，信干比会有所下降，面积增益也会相应下降。因此，在网络规划时，要保留一定的冗余，
采用智能天线，在提高期望信号增益的同时，可抑制干扰信号，从而增加了网络容量。在上行链路，如果在基站采用智能天线，则可对小区内外的干扰以相同的比例同时进行抑制。由于CDMA系统本身是干扰受限系统，对干扰的抑制必将转化为容量的增加，这对于频谱日益紧张的无线通信，益处是不言而喻的。网络规划时，应对用户分布做好正确预测，合理布局基站。但应注意到，当用户密度过大时，智能天线则不能很好地区分用户，规划时须加以考虑。
由于实际通信系统中的负荷流量经常是不均匀的，经常会出现“热点”地区，而不均衡的流量意味着系统的容量未得到充分的利用。负荷平衡将根据网络流量的需求，平衡每个蜂窝或扇区的流量负荷。这时可利用智能天线的动态波束进行负荷平衡。比较可行的方式是采用预多波束智能天线，采用动态扇区调节和波束负荷两种方式进行负荷负担。动态扇区调节方式通过调节波束的方向和波宽来调节分布扇区的大小和位置，从而平衡高负荷程度。波束负荷方式则通过将一些窄波束定向到“热点”地区来平衡网络流量负荷。通过负荷平衡，可以大大降低高负荷水平同时提高网络的通信能力。此外，在越区切换中，智能天线同样也发挥着重要的作用。
综上所述将智能天线应用到CDMA网络的规划与优化中，可以增加容量，扩大覆盖范围，进行良好的负荷分担，同时可以对于不同的业务分配不同的专用波束。这样运营商不但可以获得直接的经济效益，也增加了工作的便利性。
Wi－Fi智能天线悄然走近 篇3
Wi-Fi交换机和路由器的天线大多很“笨”，只能锁定客户端发出的最强的Wi-Fi信号从而侦测出电子信号。而“智能”天线则可以在无需用户干预的情况下，在一定的范围内主动搜索Wi-Fi信号，并将几股弱信号合成为一股较强的信号。
智能天线算不上新技术。它在几年前就已应用于移动通信领域，让移动电话用户在高速公路上快速行驶或穿过城市的广场时仍然能够正常接收信号。现在，硅芯片技术的发展和成本的降低已经为在下一代Wi-Fi设备中使用智能天线技术创造了条件。
智能天线适用于大学或者大型建筑（比如机场、会议中心）这些Wi-Fi网络覆盖范围很大的地方，对于那些使用较小规模的室内无线网络的公司而言，采用智能天线的性价比就不怎么样了。此外，在人们对Wi-Fi网络最关注的部署难易程度、管理性、安全性等方面，智能天线表现尚可，但并不突出。
企业的IT技术人员对于层出不穷的新技术往往感到无所适从。虽然公司里的许多员工都会对网络技术的发展很兴奋，但是IT部门的员工却不怎么满意，因为他们要管理RF（无线射频）设备，他们觉得买一些便宜的AP一样可以保证网络的覆盖范围。那么智能天线的前景如何呢？智能天线供应商通过有力的案例来说明，事实上使用一种技术上更复杂的网络要比管理一个松散的、通过AP连接起来的网络更节省开支。
Vivato公司就在其802.11b Wi-Fi交换机中使用了智能天线，以实现较大的室内和室外覆盖范围。天线本身并不能移动，但是它的覆盖模式可以根据接收到的信息包的变化来做出相应的改变。这样交换机就可以在100°角、305米（受到可视距离的限制）的范围内进行数据收发。Vivato公司的每台交换机大约可以支持100个客户端。而佛罗里达州立大学则花1.3万美元购买了一台户外交换机并将其安装在Doak
Camplbell体育场中，这个设备可以覆盖整个橄榄球场，甚至包括教练在球场地下室中的办公室。
Bandsped公司也是智能天线技术的采用者，他们称天线之所以“智能”，要归功于他们所设计的软件，而他们现在正打算将软件固化到芯片中，这样就可以同时减低天线和软件这二者的成本和复杂程度。从事半导体业务的Motia公司正在制造这种芯片，据其首席科学家Jack
智能天线的本质技术及其智能实现 篇4
关键词：智能天线,空分多址,波束形成,算法
空分多址技术通过用户空间特征的差异, 使用自适应波束形成算法控制的天线阵列来实现多个用户的同步通信。它是智能天线的本质特征和集中体现, 可以在相同的时域、频域、码域下根据位置来区分和识别不同的用户, 空分多址可以有效降低用户间的串扰, 大大增加系统容量和提升通信质量。
一、智能天线的基本概念和本质技术
1.1智能天线的基本概念
智能天线起源于天线阵列, 最早应用在雷达和声呐等军事领域, 具有空间滤波和目标定位等特点。随着控制理论、数字信号处理技术等学科的发展和硬件实现, 阵列天线的自适应性得以增强。上世纪八、九十年代该领域的一些学者把这种自适应性称为智能性, 从此智能天线的名字逐渐响亮。从阵列的智能化角度看, 智能天线的工作方式包括波束切换、类主波束形成和完全自适应阵列三种, 同时这也是智能天线发展的三个阶段, 第三种方式是真正意义上的智能天线, 也是未来发展的趋势和主流。智能天线的基本思想是利用多个相距一定距离天线阵元 (一般取4、8、16) 组成的阵列天线和现代数字信号处理技术将无线波束导向指定的目标方向, 即利用自适应波束形成算法使用阵列天线产生所需要的最佳波束, 使得天线的主瓣对准用户目标信号, 旁瓣或栅瓣对准干扰信号的来源方向, 实现最大程度利用用户有用信号和抑制和消除干扰信号的双重目的。
1.2智能天线的本质技术
俗话说, 时代造就英雄, 英雄的产生离不开特定的历史条件, 智能天线技术也是出现于特殊的通信环境。上世纪后叶个人通信的数量爆炸式的增长和逐渐匮乏的无线通信资源形成了显著的矛盾, 通信技术人员在充分挖掘时域、频域、码域资源以后, 逐渐对空域资源重视起来, 于是智能天线技术在这个背景下应运而生并逐渐成长。世界各国对智能天线都高度重视, 经过几十年的发展, 智能天线对无线通信系统产生了重要的影响, 智能天线技术理所当然成为4G、5G未来移动通信的关键必选技术之一。
智能天线是继已有频分多址 (FDMA) 、时分多址 (TDMA) 、码分多址 (MDMA) 方式之后的第四种多址技术——空分多址 (SDMA) 技术, 它是智能天线的本质技术和集中体现。SDMA在中移动3G通信系统TD-SCDMA中开始引入, 其利用目标空间位置的不同来区分不同的用户, 即使这些用户使用相同的通信信道, 智能天线仍然可以根据信号在空间的不同传播路径来区分用户。智能天线的SDMA技术是采用自适应的方法对空间进一步的开发和利用, 在相同的时隙内可以多路传输信号, 从而可以达到更高效率的传输、能够大大提高无线通信系统的容量。另一方面, SDMA技术从不同的空间位置使用不同的定向波束接受信号, 可以大大降低不同信号之间的相互干扰, 提高信号的传输质量。
二、智能天线的智能性实现
2.1智能天线的智能性
智能天线实现了空分多址, 把不同位置的目标在相应的传播路径上区分开来, 但这并不是智能天线的智能性。它的智能性主要表现在该天线能实时跟踪用户的移动, 能根据用户的位置变化实现天线方向图的自由切换和利用数字信号处理技术实时重建针对此每个用户的最佳波束, 做到将高增益的窄波束指向目标用户、充分抑制干扰信号, 实现每路信号的实时最佳传输。智能天线的智能性依托于波束转换技术和自适应空间数字处理技术, 这些技术都是通过智能天线的自适应算法来完成。
2.2智能天线的自适应算法
智能天线利用一定的最有准则产生最佳波束, 使得波束的主瓣对准目标用户, 并且能随着无线信道的变化或目标信号的移动, 智能天线的权值向量作实时性的更新或自适应地调整, 之后把生成的权值向量作用到每一个阵元上发射出去。这个实时改变的过程就叫做自适应波束形成, 调整权值的最优算法称为自适应波束形成算法, 它是智能天线的核心研究内容, 也是智能天线实现智能性的根本保证。到目前, 相关学者已经提出过多种实用的算法, 按其是否需要参考信号或训练序列可分为非盲算法、盲算法和半盲算法三种。
2.2.1非盲算法
非盲算法, 顾名思义需要先知的训练序列, 利用这些序列在接收端对随机信号的概率统计特性进行实时估计, 随后按一定的最优准则来计算和逐渐实时调整权值, 以使智能天线阵列的输出与已知输入关联度最大。常用的非盲算法有最小均方误差算法 (LMS) 、递归最小二乘法 (RLS) 、采样矩阵求逆法 (SMI) 等。这些算法各有特点, LMS是基于最速下降的估计方法, 而SMI和RLS是基于维纳解最优表达式直接求解或最小二乘求解。在迭代方式上, LMS和RLS是迭代求解, 而SMI是矩阵块直接求精确解, 但矩阵阶数较高时运算量极大SMI的劣势明显。共轭梯度法也是一种非盲算法, 它依然是基于均方误差最小化, 通过梯度搜索, 以迭代形式寻找最优解。
2.2.2盲算法
盲算法是相对非盲算法来讲的, 它不需要参考信号或导频信息, 而只利用调制信号本身的特征信息和一定的最优准则使得调整天线权值的输出满足这些特征信息。与非盲算法相比, 盲算法具有无需预先发送导频信号、频谱利用率较高等优点, 但其却收敛速度略差。常见的盲算法有恒模算法 (CMA) 、判决导向算法 (DDA) 、谱自相干恢复算法 (SCORE) 等。CMA利用的是信号的恒模特性, 因此该算法的突出优点是对载波同步和采样时刻没有较高的要求。DDA在初始信噪比较高的情况下比恒模算法具有更快的收敛速度, 它可以和非盲算法结合使用, 利用非盲算法的训练序列作为伪训练序列, 用以获取所需信号并实时跟踪信道的变化。SCORE是一种特征恢复性盲算法, 当干扰信号和有用信号没有相同的循环平稳性质时, SCORE就能利用有用信号的循环平稳特性将该目标信号从夹带干扰信号的接收信号中提炼出来。
2.2.3半盲算法
介于非盲算法和盲算法之间的是半盲算法, 该算法吸取以上两种算法的优点, 把接收到的已知信号作为导频信号应用非盲算法, 导频信号结束之后再利用盲算法继续进行计算、调整和跟踪而获得最优权值, 该算法在一定程度下保证了较好的收敛速度和较小的收敛误差。
三、结语
智能天线的本质是空分多址, 在无线通信中利用多天线阵元和自适应算法实现通信系统指定波束的自适应形成和实时调整。智能天线能极大地增强系统的抗衰落性和抗干扰性, 提高频谱的利用率、增加系统容量。随着移动通信需求的提高, 作为未来5G关键技术的智能天线技术的研究将会不断深入, 智能天线的智能性会进一步增强, 应用领域也会大大拓展, 智能天线技术势必对未来移动通信产生深远的影响。
参考文献
[1]王亚军, 张艳4G通信中的关键技术之智能天线技[J].信息通信, 2015.1.
[2]付永生无线通信中智能天线技术的研究[D].[博士学位论文].东南大学, 2004
[3]金荣洪, 耿军平等无线通信中的智能天线[M].北京邮电大学出版社, 2006.6
智能天线运用于当代移动通信 篇5
关键词：智能天线,移动通信,多址技术,智能化
通信技术的发展极大地影响着人类社会的进步, 高效、便捷、精准的通信技术对于加快社会运行效率以及便利人们的生活意义重大, 而现代社会对移动通信技术的要求也越来越高, 一方面通信盲区要不断缩减, 同时通信质量以及通信涵盖范围都须有大幅上升。近年来, 随着网络、通信等领域的突破式发展, 移动通信领域的技术瓶颈不断被打破, 越来越多的新型通信技术开始规模化地应用到移动通信之中, 在这方面, 智能天线便是突出的一类。
众所周知, 天线是移动通信技术的基础性元件, 作为电磁波传播的载体和接收端, 天线可以在移动通信中承担电磁波辐射和接受电磁波感应的作用, 从而实现移动通信的信号传递。因此, 虽然构成简单, 天线却是是目前移动通信必须采用的元件。
智能天线是在传统天线的基础之上逐步研发的, 它是由一个天线阵列和一组波束形成的网络组成的, 虽然基本原理类似, 但是和传统天线有着很大的差别。结构较为复杂, 尤其是在抗干扰能力、频率使用优化组合性等方面表现良好, 因而在移动通信中逐渐受到重视并开始规模化推广使用。
1 多种接入模式, 扩大网络使用范围和利用率
智能天线提供包括模拟接入和数字接入在内的多种接入方式, 这些方式和目前在移动通信领域逐步更新换代的CDMA、3G网络等有着良好的嵌入性 (表1) 。由于目前的CDMA和3G网络普遍采用基于移动通信网络的多址接入技术, 而网络地址是随机分配的, 所以接收端的信号并不完全同步, 同时由于各种网络的使用频率存在“串频”现象, 所以导致用户偶尔会受到干扰。而智能天线可以在多种接入模式中优化选择, 同时与几乎现有和正在研发的所有移动通信模式配对, 于是安装智能天线额移动通信终端, 可以实现自动选网、自动优化频率, 大大提高了通信质量, 即使在地下室等传统的信号屏蔽区, 也可以通过智能组网使用相应的接入模式和频率, 极大地扩充了移动通信的使用范围。
2 发射耗能降低, 多址分配加强
正如前文所言, 多址分配是目前移动通信的发展趋势, 而智能天线在这方面便有着极大的优势。智能天线可以发射多路信号, 且波束极窄, 可以跟随用户移动, 在这样的情况之下, 无线信号的干扰比得到明显提高, 发射耗能得到降低, 这既可以降低辐射, 也可以是移动通信终端使用时间变得更长。智能天线的多路信号和极窄波束还可以提供空分多址 (SDMA) , 这一多址技术还可以与目前其他的多址技术衔接使用, 于是在智能天线的作用下, 移动通信的信号除了传统的频率、通信网络识别之外, 还可通过地址吗识别, 这样便大大提高了通信的精准性, 串频、串线等现象将大幅下降。
3 优化移动通信网络流量
未来的移动通信必将朝着动态化、影像化的途径发展, 而这些通信模式将产生大量的数据流量, 目前这已成为严重限制3G技术、可视电话等技术推广和进一步发展的瓶颈。在这方面, 因为智能天线的频谱利用率远远高于传统通信, 有望成为摆脱频谱资源限制, 解决这一技术难题的方向, 智能天线通过增加系统SDMA (空分多址) 的能力, “能够有效地缓解3G系统中容量与网内干扰之间的矛盾, 很大程度地提高系统对空中无线频谱资源的利用能力”。[1]
4 推动移动通信的智能化
由于智能天线在通信范围内范围为“跟踪性的极窄波束辐射”, 频谱资源可以多次重复使用, , 且具备跟踪性和良好的定位性, 这些可以使得我们的通信变得智能化, 一方面可以实现通信的自动换频和自动定位, 更可以实现对物体的操作, 2008年的ITU国际电信联盟高新通信技术峰会便预测, 物与物之间通过智能天线主动进行数据交流不再遥不可及, 今后大量的信息将在无生命的物间流动, 从而形成一个更大更复杂的物联网。
物联网的关键技术是无线射频标签 (RFID) , 作为一种微型智能天线, ID信息存储在微电子芯片内, 对标签信息的读取是通过非接触式的无线射频信号, 而非电流传输或是可见光的照射。没有生命的物体被贴上或者嵌入这样的RFID标签, 就成为能够被RFID射频识别器识别的信息节点, 而利用覆盖全球的互联网连接的大量阅读器和无数移动的标签就组成了物联网。通过这样的物联网, 我们可以实现自动、实时地对各种物体进行识别、定位、追踪和配送。
RFID阅读器和射频标签之间的数据传递是通过无线通信进行的, 通信距离一般从几毫米到几十米, 这种通信在国际上被称为近场通信 (NFC) , NFC区别于传统的电信通信, 采用非接触式通信, 不产生电信费用。作为一个全新的通信领域, 目前我们的RFID技术还并不十分成熟, 但是基于其强大的功能, 未来发展空间巨大。
智能天线是一个复杂且庞大的体系, 相信随着我们研究的深入, 其必将在包括移动通信领域在内的诸多领域发挥巨大作用, 并推动移动通信技术的变革。
参考文献
[1]李小强, 胡健栋.未来移动通信中的智能天线技术[J].移动通信, 2009 (1) .
[2]林敏, 龚铮权.智能天线及其在移动通信中的应用[J].电信快报, 2008 (2) .
[3]向卫东, 姚彦.智能天线及其在无线通信中的应用[J].微波与卫星通信, 2007 (2) .
智能天线及其在3G中的应用 篇6
1 智能天线原理及优点
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[1]。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,如图1所示。
实际智能天线结构比图1复杂,因为图1是单个用户情况,假如在一个小区中有K个用户,则图1中仅天线阵列和模数转换部分可以共用,其余自适应数字信号处理器与相应的波束形成网络需要每个用户一套,共K套。以形成K个自适应波束跟踪K个用户。被跟踪的用户为期望用户,剩下的K-1个用户均为干扰用户。
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[2]: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
欧、日、美等国非常重视智能天线技术在未来移动通信方案中的地位与作用,已经开展了大量的理论分析研究,同时也建立了一些技术试验平台。欧洲通信委员会(CEC)在RACE(researchinto advanced communication in Europe)计划中实施了第一阶段智能天线技术研究,由德国、英国、丹麦和西班牙合作完成。日本的ATR光电通信研究所研制了基于波束空间处理方式的多波束智能天线。而美国的Array Comm公司和中国电信科学研究院信威公司也研制出应用于无线本地环路(WLL)智能天线系统。我国也早已将研究智能天线技术列入国家863-317通信技术主题研究中的个人通信技术分项,许多专家及大学正在进行相关的研究[3]。
2.1 在WCDMA和CDMA2000中的应用。
第3代系统被设计为一个可以提供相当高速的数据业务的系统。但是,它们还会像第2代系统那样受到空中信道质量的限制。标准化组织已经认识到智能天线在改善这个矛盾方面所起的作用,并且在即将出台的3G标准中制订了相关的条款。如WCDMA和CDMA2000都允许在上行和下行链路为每个移动用户分配专门的导频信道,但是将要求使用智能天线系统。
对于WCDMA和CDMA2000系统而言,智能天线虽然是推荐配置,但是当今的一些WCD-MA和CDMA2000的基站产品已经开始支持智能天线了。
2.2 在TD-SCDMA系统中的应用。
TD-SCDMA(时分同步的码分多址)智能天线的高效率是基于上行链路和下行链路的无线路径的对称性(无线环境和传输条件相同)而获得的。此外,智能天线可减少小区间干扰,也可减少小区内干扰。智能天线的这些特性可显著提高移动通信系统的频谱效率。
TD-SCDMA系统的智能天线是由8个天线单元的同心阵列组成的,直径为25cm。同全方向天线相比,它可获得较高的增益。其原理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(数字信号处理器)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。智能天线的上述性能允许更为密集的频率复用,使频谱效率得以显著地提高。
由于每个用户在小区内的位置都是不同的。这一方面要求天线具有多向性,另一方面则要求在每一独立的方向上,系统都可以跟踪个别的用户。通过DSP控制用户的方向测量使上述要求可以实现。每用户的跟踪通过到达角进行测量。在TD-SCDMA系统中,由于无线子帧的长度是5ms,则至少每秒可测量200次,每用户的上下行传输发生在相同的方向,通过智能天线的方向性和跟踪性,可获得其最佳的性能。
TDD(时分双工)模式的TD-SCDMA的进一步的优势是用户信号的发送和接收都发生在完全相同的频率上。因此在上行和下行2个方向中的传输条件是相同的或者说是对称的,使得智能天线能将小区间干扰降至最低,从而获得最佳的系统性能。
3 在实际应用中需要解决的问题
智能天线技术对无线通信,特别是CDMA系统的性能提高和成本下降都有巨大的好处。但是,在将智能天线用于CDMA系统时,必须考虑所带来的问题,并在标准和产品设计上解决这些问题。
3.1 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)。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,这是系统设计时所必须考虑的。
3.2 智能天线的校准。
在使用智能天线时,必须具有对智能天线进行实时自动校准的技术。在TDD系统中使用智能天线时是根据电磁场理论中的互易原理,直接利用上行波束赋形系数来进行下行波束赋形。但对实际无线基站,每一条通路的无线收发信机不可能是完全相同的,而且,其性能将随时期、工作电平和环境条件等因素变化。如果不进行实时自动校准,则下行波束赋形将受严重影响。这样,不仅得不到智能天线的优势,甚至完全不能通信。
3.3 智能天线和其他抗干扰技术的结合。
目前,在智能天线算法的复杂性和实时实现的可能性之间必须进行折中。这样,实用的智能天线算法还不能解决时延超过一个码片宽度的多径干扰,也无法克服高速移动多普勒效应造成的信道恶化。在多径严重的高速移动环境下,必须将智能天线和其他抗干扰的数字信号处理技术结合使用,才可能达到最佳的效果。这些数字信号处理技术包括联合检测(joint detection)、干扰抵消及Rake接收等。目前,智能天线和联合检测或干扰抵消的结合已有实用的算法,而和Rake接收机的结合算法还在研究中。
3.4 设备复杂性的考虑。
显然,智能天线的性能将随着天线阵元数目的增加而增加。但是增加天线阵元的数量,又将增加系统的复杂性。此复杂性主要是基带数字信号处理的量将成几何级数递增。现在,CDMA系统在向宽带方向发展,码片速率已经很高,基带处理的复杂性已对微电子技术提出了越来越高的要求,这就限制了天线元的数量不可能太多。按目前的水平,天线元的数量在6~16之间。
结论:在目前电磁环境日益恶化的情况下,将空间信号和时间信号处理结合,采用智能天线技术是解决需求和可能矛盾的根本出路。自适应天线已经历了4O多年的发展历史,有了长足的进步。但是,智能天线的发展必将在更高层次上、更广泛的内涵上将无线通信带入新的时代。
参考文献
[1]何先刚,刘勇,王平.智能天线在第三代移动通信中的应用[J].西南师范大学学报,2004(1).
[2]谢显中,唐宏.基于TDD的第四代移动通信技术[M].北京:电子工业出版社,2005.7.
移动通信中的智能天线技术 篇7
1 智能天线技术的基本形式与特征
1.1 智能天线技术的基本形式
智能天线主要包括两大种类, 那就是多波束天线、自适应天线。前者通过众多的并行波束来波及所有的用户所在的区域范围, 任何一个波束都由特定不变的方向, 其宽度则根据陈元数目变化。波束会根据区域内用户的移动由基站进行择取, 这样才能保证收到最佳信号, 然而其中的弊端在于, 因为其波束是固定不变的, 仅仅局限于当下的传播环境实行部分信息的匹配, 一旦用户走出波束所波及的范围时, 而且在波束中又出现了干扰信息时, 则会影响信号接收效果。虽然如此, 然而同自适应天线对比起来, 智能天线的结构相对简明单一, 不用核实用户所发出信号的去向, 而且反应速度极为敏捷。同时, 同一个波束能够在上下行链路中共用, 实现双行链路的共同受益。然而, 因为扇形出现失真, 使得各个天线的角度以及所得到的增益等的分布非常不均匀, 有时会出现因为多径传播的作用而波束定位失误。
1.2 智能天线的技术特征
这项技术在新时期移动通信中发挥着关键而重要的作用, 已经成为非常必要的空域信号处理技术。一般情况下, 天线设置了两种阵列形式, 那就是直线形式与平面形式。阵列之间的距离多数为半个波长大小。通过数字信息处理技术来衡量并决定用户信号所传播并抵达的方位, 再据此来构建天线主波束, 通过这种方式就能够在用户与移动台中间形成一个直通传输通道, 以此来抵抗各种干扰。
信号的接受与数据集中等部门则负责信号的各种处理工作, 例如:变频处理、高频扩大等, 以此来构建数字信号。现阶段来看, 由于一些技术水平有限, 对于信号的采集仍然具有难度, 需要通过下变频处理这一步骤, 以便控制好采集速度。
智能技术最重要、最核心的功能体现在信息处理方面, 在这一方面智能技术通常具有卓越的功能, 体现为:对陈列进行高分辨的处理, 创建数字波束。前者的主要目标为:得到充足的信号数据信息, 具体涵盖:信号的源头方向、总数量、调制模式等。信号的源头方向占据非常重要地位, 因为它能够达到空分多址的目的, 也能自行适应抵御干扰。所创建的波束同系统性能标准一致, 并能够达到信号的理想分配。
2 移动通信中的智能天线技术的优势分析
2.1 抗衰落功能
在整个的路面移动通信系统中, 电波所具有的传播规律体现为:反射、折射与散射。由于移动站位置的不断更新、周围环境也随之变化, 那么信号的瞬间数值也会飞快更新, 可能出现失真现象, 由于这种变化没有规律可循, 会导致传输信号时路径的大规模损毁, 小规模衰落。无论是全向天线还是定向天线在接受符合自身方向特征的信号时, 都有可能由于衰落而造成信号不真实。然而, 智能天线则有效解决了这些问题, 它能够科学调控信号接收方向, 自主地调节形成波束方向, 有效控制信号衰落的不良影响。
2.2 抗干扰能力
智能天线在CDMA系统中发挥着重要的、积极的作用, 能够有效协调移动中心与基站的关系, 控制不良干扰, 优化系统功能。因为智能天线波束有一定的方向特征, 能够明确辨别来自于各个入射角度的无线电波, 对权值做出科学的调控, 能够有效适应电波身处的各种环境, 规范天线方位图, 确保零点自行准确地指向干扰位置, 从而全面增强系统的安全度、稳定性。
2.3 扩展系统容积
由于移动通信服务量不断上升, 越来越多的用户希望能够更加方便地进行高速率、高清晰度的对话与信息交流, 只有通过增加已有的基站容量、扩展其覆盖规模, 以此来控制基站新建规模, 提升频谱利用率, 达到这一目标的最佳途径当属引入智能天线技术, 因为天线波束更狭, 这样就更加确保了天线的增益, 控制了来自于内外部因素的不良干扰, 保证了频谱的高效利用, 扩展系统容积, 达到对更多用户提供高质量的通信服务的良好效果。
3 总结
智能天线技术是一项新型技术, 值得深入研究与发展, 因为其自身具有优势功能和积极作用, 将其应用在移动通信系统中发挥了良好的作用, 极大地支持了通信系统的运行, 提高了通信服务效果。
摘要：随着移动通信技术的不断发展进步, 智能天线技术以其独到的优势呈现出广阔的发展前景, 已经得到了广泛的关注。它不仅推动了通讯技术的发展, 同时也适应了一系列高端领域通信技术的需要。例如:军事、卫星研究等等。发挥了自身优势功能, 积极支持了这些领域的通讯服务需求, 具有抗干扰能力等优势特征, 是一项值得深入研究与开发的技术。本文针对这一技术展开讨论, 分析了这项技术的特征, 同时也展现了其在移动通信中的积极作用。
关键词：移动通信,智能天线技术,探究
参考文献
[1]田雨, 徐朝晖.Tian Yu.Xu Zhao-hui移动通信中的智能天线技术[J].山西电子技术, 2006 (3) .
[2]朱广信, 陈彪, 吴涛.金蓉移动通信中的智能天线技术[J].通信技术, 2002 (10) .
[3]邓满兰.智能天线在移动通信中的应用[J].考试周刊, 2010 (28) .
智能天线 篇8
一、智能天线的结构原理
作为一种具有波束形成能力和测向能力的天线阵列, 智能天线可以利用数字信号处理技术, 然后向空间发送定向波束, 从而可以使信号主波束到达期望用户的方向。
二、智能天线的实现
自适应处理器, 天线阵列和波束形成网络作为智能天线阵的主要三个部分, 自适应处理器可以把一部分有规律的信号转换成与各波束一一对应的相位和幅度, 从而来确定网络形成的各部分。和开始使用的复杂模拟电路不同, 如今的智能天线使用的是数字波束形成方式即DBF, 不仅可以采用数模结合的方法去处理, 也可以用计算机软件来完成数据和信号的处理和接收, 这两种方法不仅可以保证信号处理的精确度, 速度上也可以实现迅速和灵活的特点。
三、智能天线在移动通信中的应用
3.1抗干扰, 抗衰落
智能天线在陆地移动通信过程中往往会遇到一个很大的问题, 那就是信号的衰落, 一般的全向天线或者定向天线会因此而使信号较大程度上的失真。如果我们采用智能天线系统的话来控制信号的接收方向, 让天线自主去适应波数构成的方向性, 从而可以一定程度上极大的降低信号衰落对其的影响。
3.2扩大系统容量
随着全球通讯业务量的需求的逐渐增加, 扩大信号的覆盖范围和基站的信息容量成为了当务之急, 扩大信息容量不仅能使在一定数据量下用户数目的增加, 还能够保证系统的通信容量的增加, 从而可以提高频谱的效率。但是我们需要在尽量减少网络新建额基站数量的同时, 必须要通过各种方式来提高频谱的利用效率。
为了实现这个目标, 用智能天线技术来代替传统天线, 即用多波束板状天线来代替传统定向或非定向电线。这样不仅可以提高频谱的利用效率, 还能够减少移动通信系统上同频信号相互间的干扰, 最大限度上增强了现在我国现有的移动通讯基础网络设施建设的性能。扩大了系统的容量。
未来智能天线的发展趋势应该为其可以允许任何一类型的无线信号通道同任意波束进行配对, 这样一定程度上完全可以保证在信号堵塞严重的地区拥有更多的信号通道资源, 从而可以成数倍的速度增加系统的容量。并且智能天线还能够在给定的频谱的条件下通过多波束去形成可以增加的新的信息传播通道。
3.3提高系统质量
对于智能天线来说, 提高系统质量可以从好几个方面来详细说明, 在多径信号传播途中, 由于延时拓展引起的代码之间 (ISI) 的串扰, 很大程度上限制了数据传输的效率。所以说使用智能天线之后, 一方面不仅可以在某一特定方向上形成高增益波束, 同时还能够使其在其他方向上形成波束的零点, 从而提高了系统的稳定性和可靠性。
3.4可以实现移动台的定位
在信号基站采用智能天线技术之后, 通过一系列的技术革新, 可以将终端用户锁定在一个比较小的范围内, 由于目前我国大部分使用的是第二代移动通信系统, 所以实现移动台的定位从而可以推出很多和客户位置有关联的新的业务套餐, 从而提高各大通讯运营商的竞争实力。
四、智能天线技术的研究方向
作为我国通讯科学技术研究的重点课题之一, 智能天线技术的发展也越来越成熟, 与传统天线相比, 智能天线除了有抗干扰, 抗衰落等优点之外, 它还可以同样起着电磁波的辐射和感应作用。智能天线技术本身的优越性在于它的灵活性, 不仅可以使自身信号不被干扰, 还可以减少干扰其他信号的机会, 这之中体现出来的自选择, 自由化和自适性等等新兴的概念, 对我国乃至世界上的通讯科学和通讯事业起了极大的推动作用。
参考文献
[1]王正旺, 粱培峰.智能天线技术及其在移动通信中的应用.通信世界., 2002 (27)
[2]曹恺, 裘正定.智能天线技术在未来移动通信系统中的应用[J].电子工程师., 2001 (01)
WiMAX系统中的智能天线技术 篇9
近年来,随着通信需求的不断发展,智能天线技术成为人们关注的焦点,它帮助无线网络运营商达到了两个极具价值的目的:提供更高的数据传输速率和增加网络的容量。
智能天线的基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发机来实现射频信号的接收和发送。通过基带数字信号处理器,对各个天线链路上接收的信号按一定的算法进行合并,实现上、下行波束成形。
智能天线利用数字信号处理技术产生空间定向波束,为每个用户提供一个窄的定向波束,使信号在有效的方向区域内发送和接收。充分利用信号的有效发射功率,降低信号全向发射带来的电磁污染和相互干扰,从而提高了SNR。而SNR提高了,就可以提供更高的数据传输速率和更大的网络容量。
1智能天线的分类
智能天线是一个天线阵列,根据采用的天线方向图形状,智能天线可以分为两类:切换波束系统(Switched Beam System)和自适应天线系统(Adaptive Antenna System)。
1.1切换波束系统
切换波束系统利用多个并行波束覆盖某一个小区或扇区,每个波束的指向是固定的,波束宽度随阵元数目而定。随着用户在小区内的移动,基站相应的选择不同的波束,使接收信号最强。但是由于它的波束不是任意指向,而只能对当前传输环境进行部分匹配。当用户不在固定波束的中心处,而处在波束的边缘时,且干扰信号正处于波束的中心时,接收效果最差,所以切换波束系统不能实现信号的最佳接收。
1.2自适应天线系统
自适应天线系统是能够针对噪声、干扰和多径而动态改变天线方向图的一个天线阵列。自适应天线系统根据到达的信号,实时地计算波束成形的权值。它不仅可以对目标信号进行加权,也可以对干扰信号进行抑制(甚至零抑制),因而在一定的信号检测准则下可以达到加权,也可以对干扰信号进行抑制,所以在一定的信号检测准则下可以达到天线阵系统所能得到的最优性能。
2智能天线对系统性能的改善
2.1减少延迟扩展与多径衰落
当期望的信号从不同方向以不同的传播距离到达时,多径传输将造成延迟扩展。具有在一定方向形成波束而在其它方向形成零陷能力的天线阵列,可以用两种方法来消除一些延迟信号。在发射方式下,可以向所需方向集中发射能量,这有助于减少多径反射,进而减少延迟扩展;其次在接收方式下,可以通过分集合并补偿多径衰落。
2.2减少同信道干扰
在发射模式下,阵列天线可以通过接收机所在小区内形成的波束集中发射能量,这意味着在非波束方向干扰较小。同时,同信道干扰还可以通过在其它接收机方向上形成具有零陷的特定波束,而进一步减少干扰。这通常需要知道同信道接收机的位置信息。
2.3频谱效率与容量的改善
首先,阵列天线降低同信道干扰和多径衰落所带来的性能提高,可以与用户数的增加相互转换。其次,阵列天线可以通过波束成形,在不增加额外频谱的情况下,增加额外的信道。相应的增加了额外的用户数和提高了频谱效率。
2.4减少切换
当小区内移动台的数量超过容量时,可以采用小区分裂的方法产生新的小区,每一个移动台重新分配到新的基站和新的频率。小区尺寸的减少导致切换的增加,采用阵列天线可以减少切换频率。采用阵列天线通过波束成形增加系统的容量,可以避免小区分裂技术。当移动台的位置发生变化时,波束跟踪移动台。这样,只要使用相同频率不同波束服务的移动台,在位置上不相互交错,就不需要切换。
3 WiMAX中的智能天线技术
为了支持智能天线技术,IEEE 802.16e提供了一套信令机制和特殊的帧结构,提出了所谓的分集映射扫描的实现模式。在PUSC、FUSC和可选的FUSC排列中,下行帧的两个最高编号的子信道可用于AAS分集映射区域。而在AMC排列中,第一个和最后一个子信道可用于AAS分集映射区域。
OFDMA模式下,AAS网络接入过程具体流程如图1所示:
1) AAS用户(AAS-SS)通过DL前导字与基站取得时间和频率的同步,从而可以接收基站发来的下行帧;
2) 如果AAS-SS能够对下行广播的FCH或UL-MAP以及DL-MAP所包含的信息解码,则可以获得DCD、UCD等用于下一步传输的参数,从而直接发起初始测距。如果AAS-SS位于小区的边缘而不能正确对以上信息解码,则在AAS分集映射扫描区域中搜索DL前导字;
3) 当AAS用户正确的解码DCD和UCD信息后,就可以在最佳接收的AAS-DLFP所指定的间隔内完成初始接入;
4) AAS用户可能通过AAS-DLFP(广播CID)所指定的DL-MAP分配来接收一个测距响应消息,如果得到测距完成的通知,则下面可向基站发起带宽请求;
5) AAS-SS可能通过AAS-DLFP(广播CID或专用CID)所指定的DL-MAP分配来接收一个初始下行资源分配的通知。由于此时已经完成测距接入,所以此传输可通过广播CID或专用的CID来完成;
6) 此后由专用的(经过波束成形的)DL-MAP和UL-MAP分配资源,数据传输就可以使用分配到的资源完成。
可以看出,AAS-DLFP的使用是一个可选项,当AAS用户不能正确对FCH、DL-MAP和UL-MAP进行解码时,这部分才真正起作用。它实际上是为了把基站设置的一些信息,比如用户进行初始测距以及接入分配等操作的信息,更加鲁棒地传输给用户。它使用1/2速率的编码、QPSK调制和2次重复编码进行传输,并且经过了基站的波束成形以增强某个方向的能量。
4智能天线的实现
在OFDM系统中,AAS算法主要有两种实现形式。其一是在时域上进行波束成形;其二是在频域上进行波束成形。对于其中任一种实现形式,可以是固定波束成形,也可以是自适应波束成形。对于时间域波束成形,可以采用模拟波束成形技术,也可以采用数字波束成形技术;而对于频率域波束成形,只能采用数字波束成形技术。
如果要实现智能天线,需对AAS进行可行性分析。如果可行,需找一个算法的有效性和运算量折中的算法。建议初期不要实现自适应波束成形,原因是计算量大,并且天线数量少用户多,效果不一定好(零陷的效果不好)。另外,在支持移动的情况下,对用户的跟踪也使计算量增大,因此建议使用固定波束成形。
当采用固定波束实现形式时,所有的子载波加权系数固定为几个不同的离散值,分别对应不同的固定波束。通过检测不同加权系数对应的接收信号的质量,选择接收信号质量最好的加权系数。802.16系统中,固定波束可以采用两种实现形式:模拟固定波束成形和数字固定波束成形。两种实现的复杂度相当。但是相比而下,模拟固定波束成形的过程实施更为简单,更容易实施校正。因此,系统实施过程中,应该首先选择模拟固定波束成形实施方案。
使用固定波束成形,需要事先确定多个不同方向的波束,而权值的确定是重点,也是难点。可以将想要的几个方向的权值叠加之后,再乘以信号进行波束成形。这样,就可以同时形成多个方向的波束。在这过程中,关键是最优波束的选择算法和波束之间的切换算法,这需要进行大量的仿真试验,以确定各种算法的优劣。
5结束语
在无线宽带领域,智能天线有着诱人的前景。智能天线的优越性在于自身可以分析并处理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。提高了频谱效率,改善了系统性能。智能天线虽然从理论上讲可以达到最优,但要实现理想的智能的天线,还有许多问题有待研究解决。到目前为止,还没有看到哪一家公司有成熟的商用自适应波束成形的AAS的基站推出。
参考文献
[1]IEEE Std 802.16-2004.IEEE Standard for local andmetropolitan area networks,Part16.Air Interface forFixed Broadband Wireless Access System[S].Oct,2004.
[2]IEEE Std 802.16e.IEEE standard for local andmetropolitan area networks,Part16.Air Interface forFixed Broadband Wireless Access System,Amendmentfor Physical and Medium Access Control Layersfor Com-bined Fixed and Mobile Operation in Lincensed Bands[S].Feb,2005.