智能天線的技術(shù)應(yīng)用

在3G中的應(yīng)用在CDMA" target="_blank">WCDMA和CDMA2000中的應(yīng)用。第3 代系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為一個(gè)可以提供相當(dāng)高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的系統(tǒng)。但是，它們還會(huì)像第2 代系統(tǒng)那樣受到空中信道質(zhì)量的限制。標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)認(rèn)識(shí)到智能天線在改善這個(gè)矛盾方面所起的作用，并且在3G 標(biāo)準(zhǔn)中制訂了相關(guān)的條款。如WCDMA 和CDMA2000 都允許在上行和下行鏈路為每個(gè)移動(dòng)用戶分配專門的導(dǎo)頻信道，但是將要求使用智能天線系統(tǒng)。對(duì)于WCDMA 和CDMA2000 系統(tǒng)而言，智能天線雖然是推薦配置，但是當(dāng)今的一些WCDMA和CDMA2000 的基站產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始支持智能天線了。在TD- SCDMA系統(tǒng)中的應(yīng)用。TDSCDMA(時(shí)分同步的碼分多址) 智能天線的高效率是基于上行鏈路和下行鏈路的無(wú)線路徑的對(duì)稱性( 無(wú)線環(huán)境和傳輸條件相同) 而獲得的。此外，智能天線可減少小區(qū)間干擾，也可減少小區(qū)內(nèi)干擾。

智能天線的這些特性可顯著提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻譜效率。TD- SCDMA 系統(tǒng)的智能天線是由8 個(gè)天線單元的同心陣列組成的，直徑為25cm。同全方向天線相比，它可獲得較高的增益。其原理是使一組天線和對(duì)應(yīng)的收發(fā)信機(jī)按照一定的方式排列和激勵(lì)，利用波的干涉原理可以產(chǎn)生強(qiáng)方向性的輻射方向圖，使用DSP( 數(shù)字信號(hào)處理器) 使主瓣自適應(yīng)地指向移動(dòng)臺(tái)方向，就可達(dá)到提高信號(hào)的載干比，降低發(fā)射功率等目的。智能天線的上述性能允許更為密集的頻率復(fù)用，使頻譜效率得以顯著地提高。由于每個(gè)用戶在小區(qū)內(nèi)的位置都是不同的。這一方面要求天線具有多向性，另一方面則要求在每一獨(dú)立的方向上，系統(tǒng)都可以跟蹤個(gè)別的用戶。通過(guò)DSP 控制用戶的方向測(cè)量使上述要求可以實(shí)現(xiàn)。每用戶的跟蹤通過(guò)到達(dá)角進(jìn)行測(cè)量。在TD- SCDMA系統(tǒng)中，由于無(wú)線子幀的長(zhǎng)度是5ms，則至少每秒可測(cè)量200 次，每用戶的上下行傳輸發(fā)生在相同的方向，通過(guò)智能天線的方向性和跟蹤性，可獲得其最佳的性能。TDD(時(shí)分雙工) 模式的TD- SCDMA 的進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)是用戶信號(hào)的發(fā)送和接收都發(fā)生在完全相同的頻率上。因此在上行和下行2 個(gè)方向中的傳輸條件是相同的或者說(shuō)是對(duì)稱的，使得智能天線能將小區(qū)間干擾降至最低，從而獲得最佳的系統(tǒng)性能。

智能天線技術(shù)對(duì)無(wú)線通信，特別是CDMA系統(tǒng)的性能提高和成本下降都有巨大的好處。但是，在將智能天線用于CDMA 系統(tǒng)時(shí)，必須考慮所帶來(lái)的問(wèn)題，并在標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)上解決這些問(wèn)題。

全向波束和賦形波束上述智能天線的功能主要是由自適應(yīng)的發(fā)射和接收波束賦形來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而且接收和發(fā)射波束賦形是依據(jù)基站天線幾何結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的要求和所接收到的用戶信號(hào)。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，智能天線對(duì)每個(gè)用戶的上行信號(hào)均采用賦形波束，提高系統(tǒng)性能是非常直接的;但在用戶沒(méi)有發(fā)射、僅處于接收狀態(tài)下，又是在基站的覆蓋區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)( 空閑狀態(tài)) ，基站不可能知道該用戶所處的方位，只能使用全向波束進(jìn)行發(fā)射( 如系統(tǒng)中的pilot、同步、廣播、尋呼等物理信道)。一個(gè)全向覆蓋的基站，其不同碼道的發(fā)射波束是不同的，即基站必須能提供全向和定向的賦形波束。這樣一來(lái)，對(duì)全向信道來(lái)說(shuō)，將要求高得多的發(fā)射功率，這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所必須考慮的。

智能天線的校準(zhǔn)在使用智能天線時(shí)，必須具有對(duì)智能天線進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)校準(zhǔn)的技術(shù)。在TDD系統(tǒng)中使用智能天線時(shí)是根據(jù)電磁場(chǎng)理論中的互易原理，直接利用上行波束賦形系數(shù)來(lái)進(jìn)行下行波束賦形。但對(duì)實(shí)際無(wú)線基站，每一條通路的無(wú)線收發(fā)信機(jī)不可能是完全相同的，而且，其性能將隨時(shí)期、工作電平和環(huán)境條件等因素變化。如果不進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)校準(zhǔn)，則下行波束賦形將受嚴(yán)重影響。這樣，不僅得不到智能天線的優(yōu)勢(shì)，甚至完全不能通信。

智能天線和其他抗干擾技術(shù)的結(jié)合目前，在智能天線算法的復(fù)雜性和實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的可能性之間必須進(jìn)行折中。這樣，實(shí)用的智能天線算法還不能解決時(shí)延超過(guò)一個(gè)碼片寬度的多徑干擾，也無(wú)法克服高速移動(dòng)多普勒效應(yīng)造成的信道惡化。在多徑嚴(yán)重的高速移動(dòng)環(huán)境下，必須將智能天線和其他抗干擾的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)結(jié)合使用，才可能達(dá)到最佳的效果。這些數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)包括聯(lián)合檢測(cè)( joint detection) 、干擾抵消及Rake接收等。目前，智能天線和聯(lián)合檢測(cè)或干擾抵消的結(jié)合已有實(shí)用的算法，而和Rake 接收機(jī)的結(jié)合算法還在研究中。

設(shè)備復(fù)雜性的考慮顯然，智能天線的性能將隨著天線陣元數(shù)目的增加而增加。但是增加天線陣元的數(shù)量，又將增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。此復(fù)雜性主要是基帶數(shù)字信號(hào)處理的量將成幾何級(jí)數(shù)遞增。現(xiàn)在，CDMA系統(tǒng)在向?qū)拵Х较虬l(fā)展，碼片速率已經(jīng)很高，基帶處理的復(fù)雜性已對(duì)微電子技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求，這就限制了天線元的數(shù)量不可能太多。按目前的水平，天線元的數(shù)量在6～16 之間。