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智能天线 智能天线技术 引言 智能天线技术的主要优点 智能天线的工作原理 自适应阵列系统原理 智能天线和自适应天线的不同 智能算法 智能天线对移动通信的作用 智能天线在3G中的应用 智能天线的现状及展望 引言 由于无线电频率资源的日益紧张，导致蜂窝系统的容量受到限制，因此把空域处理看作无线容量战中最后的阵地，从而引起对智能天线技术的重视。智能天线在蜂窝系统中的应用研究于20世纪90年代初，人们希望通过引入智能天线来扩大系统容量，同时克服共信道、多径衰落等无线移动通信技术中急需解决的问题。 使用智能天线技术的主要优点有： 具有较高的接收灵敏度。 使空分多址系统（SDMA）成为可能。 消除在上下链路中的干扰。 抑制多径衰落效应。 智能天线的工作原理 智能天线是由天线阵和智能算法构成，是数字信号处理技术与天线有机结合的产物。 由天线阵的理论可知，阵列天线的方向图取决于各天线单元上的电流幅度和相位，也就是说，如果天线单元上的电流幅度或相位发生变化，则方向图也发生相应的变化。 自适应阵列系统 自适应阵列系统原理 融入自适应数字处理技术的智能天线是利用数字信号处理的算法去测量不同波束的信号强度，因而能动态地改变波束使天线的传输功率集中。应用空间处理技术可以增强信号能力，使多个用户共同使用一个信道。 自适应阵列系统原理 Ｔ０是相邻的抽头之间的延迟，Ｗｎ．ｍ是ｎ天线第ｍ个抽头因子。每个天线后接一个延时抽头加权网，可自适应的调整加权系数。这样一来同时具有时域和空域处理能力。 自适应天线阵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。 自适应阵列系统原理 由自适应天线阵接收到的信号被加权和合并，取得最佳的信噪比系数。采用Ｍ个阵元自适应天线，理论上，自适应天线阵的价值是能产生（ Ｍ－１）倍天线放大，可带来１０ｌｇＭ的ＳＮＲ改善，消除扇形失真的影响，并且它的（Ｍ－１）倍分集增益相关性是足够低的。对相同的通信质量要求，移动台的发射功率可减小１０ｌｇＭ。这不但表明可以延长移动台电池寿命或可采用体积更小的电池，也意味着基站可以和信号微弱的用户建立正常的通信链路。 自适应阵列系统原理 对基站发射而言，总功率被分配到Ｍ个阵元，又由于采用ＤＢＦ可以使所需总功率下降，因此，每个阵元通道的发射功率大大降低，进而可使用低功率器件。 采用自适应抽头时延线天线阵对信号接收、均衡和测试很有帮助。对每一接收天线加上若干抽头延时线，然后送入智能处理器，则可以对多径信号进行最佳接收，减少多径干扰的影响，从而使基站的接收信号的信噪比得到很大程度的提高，降低了系统的误码率。 自适应阵列系统原理 通常采用４－１６ 天线阵元结构，相邻阵元间距一般取为接收信号中心频率波长的 １／２ 。阵元间距过大，降低接收信号相关度；阵元间距过小，将在方向图引起不必要的波瓣，因此阵元半波长间距通常是优选的。天线阵元配置方式包含直线的型，环型和平面的型，自适应天线是智能天线的主要的型式 。 自适应阵列系统原理 自适应天线完成用户信号接收和发送可认为是全向天线。它采用数字信号处理技术识别用户信号的 ＤＯＡ ，或者是主波束方向。根据不同空间用户信号传播方向，提供不同空间通道，有效克服对系统干扰。自适应天线主要用于数字通信系统。 智能天线和自适应天线的不同 智能天线以自适应天线为基础的新一代天线系统，其目标是通过抑制干扰和对抗衰落来增加系统容量，进而提高频谱利用率，不仅涉及智能接收，还包括智能发射； 智能天线与自适应天线有着本质的区别，后者只能对功率方向图进行调整，而前者还可以独立的对信道方向图进行调整。智能天线的最大魅力在于，它可以利用信号方向的不同，将不同信号分开，从而对传统信道空分复用，增加系统容量。 智能算法——智能天线系统的核心部分 实际上，智能天线包含来波到达角检测、数字波束形成和零点相消三种技术，它们是由智能算法控制天线阵来实现的，因此智能算法是智能天线系统的核心部分。 智能算法 当天线阵接收到来自移动台的多径电波时，一是利用数字信号处理进行来波到达角估计（D0A），并通过高效、快速的算法来自动调整权值以便实现所需的空间和频率滤波；二是对天线阵采用数字方法进行波束形成，即数字波束形成（DBF），使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零辐射方向对准干扰信号到达方向，从而节省了发射机的功率，减少了信号干扰与电磁环境污染。 智能算法分类 智能算法分为两大类：一类是时域中进行处理来获得天线最优加权，这些算法起源于自适应数字滤波器，像最小均方算法、递归最小均方误差算法等；另一类是在空间域对频谱进行分析来获得DOA的估计