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无线通讯新变革 智能天线的应用

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【无线通讯新变革 智能天线的应用】最近几年来, 随着全球移动通信业务的迅速发展 。对于移动通讯中所要求的信号传输强度也越来越高，由于覆盖范围的增大和传输数据的增多，对网络的传输和接收都提出了更高要求，智能天线能很好的解决这方面的问题，因此智能天线 也越来越受到人们广泛的关注 。智能天线最初广泛应用于雷达、声纳及军事通信领域, 后来被引入移动通信系统 。智能天线目前已经广泛被应用于时分双工(TDD)中的PHS系统 。虽然在FDD系统里,如GSM、CDMA、W-CDMA以及CDMA2000中应用智能天线难度更大, 但由于近年来在技术方面取得突破, 使得智能天线在FDD中的应用成为趋势而备受关注 。

智能天线通常包括波束转换智能天线(Switched Beam Antenna) 和自适应阵列智能天线(Adaptive Array Antenna) 。自适应阵列智能天线利用基带数字信号处理技术, 通过先进的算法处理, 对基站的接收和发射波束进行自适应的赋形, 从而达到降低干扰、增加容量、扩大覆盖和提高无线数据传输速率的目的 。目前,自适应阵列智能天线已经成为智能天线发展的主流 。

智能天线的特征及优势

智能天线由多个天线单元组成，不同天线单元对信号施以不同的权值，以形成多个不同方向的波束 。每一个天线单元后接一个加权器，最后用相加器进行合并输出 。智能的主要含义是指这些加权系数可以根据一定的自适应算法进行调整 。智能天线的基本思想是：天线以多个高增益窄波束动态地跟踪多个期望用户，接收模式下，来自窄波束之外的信号被抑制；发射模式下，能使期望用户接收的信号功率最大，同时使窄波束照射范围以外的非期望用户受到的干扰最小 。具体而言，应用智能天线的移动通信系统呈现以下四个方面的特点：形成多个波束，最简单的情况是基站的智能天线形成多个波束覆盖整个小区；形成自适应波束，在用户结队移动或沿限定路线（如在高速公路上）移动时尤其有效；形成波束零点，智能天线在其阵列方向图上形成对准同频MS的波束零点有助于减小收发两个方向上的同频干扰；构造动态小区，使用智能天线可以改变小区边界，从而能随着业务需求的变化为每个小区分配一定数量的信道，即实现信道的动态分配 。

智能天线可以明显改善无线通信系统的性能，提高系统的容量 。智能天线给移动通信系统带来的优势是：扩大系统的覆盖区域，增加通信覆盖距离；增加系统容量；提高频谱利用效率；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 。智能天线还可用于分集，减少衰落，实现移动台定位，采用智能天线的基站可以获得接收信号的空间特征矩阵，由此获得信号的功率估值和到达方向 。由于目前蜂窝移动通信系统只能确定移动台所处的小区，因此移动台定位的实现可以使许多与位置有关的新业务得以方便地推出，而发展新业务是目前移动运营商提升ARPU值、加强自身竞争力的必然手段 。

智能天线的应用

智能天线的发展也有四五十年的历史了，随着移动通讯技术及业务的发展，到今天智能天线也取得了长足的发展，且广泛应用于全球的移动通信之中 。

现在的2G移动通信系统，已经广泛采用了智能天线 。PHS、GSM和CDMA可以看做是2G移动通信系统, 其中，PHS为时分双工TDD模式, 即收发频率共用，而GSM和CDMA均为FDD模式, 收发频率之间要间隔一定的频率 。目前，在PHS中自适应阵列天线技术比较成熟, 应用十分泛 。PHS系统的通信距离有限，需要建立很多基站，若采用智能天线技术, 可以提高覆盖, 而且可以降低成本 。在GSM系统中,目前有ArrayComm和爱立信推出了自己的解决方案. ArrayComm在与美国Airnet的合作中推出了具有自适应阵列天线功能和软件无线电功能的GSM基站 。爱立信在德国Mannesman公司的GSM的网络中曾进行过试验 。

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