智能天线在第3代移动通信中的应用研究( 三 )


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 。
3.2.2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 。假如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 。
3.2.3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(jointdetection)、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 。
3.2.4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 。
4、结论
考虑到国内不同的移动通信网络现状,对即将得到3G牌照的各个运营商来说,将会采用不同的3G标准和不同的演进道路,但智能天线将是运营商共同的选择 。
对于原本就没有建设2G移动通信网络的运营商来说,建设全新的网络非常适宜 。假如选择建设TD-SCDMA系统,作为其核心技术,智能天线凭借其提高系统容量、减小移动台发射功率等方面的优势,将会有效地降低运营商的投资并提高其经济收益 。而对于已经建设GSM或CDMA网络的运营商,分别过渡到WCDMA和CDMA2000系统将是最佳选择 。对这些运营商而言,智能天线虽然只作为一种推荐配置,但是它可以显著提高无线网络的容量,由于我国大城市的人口密度一般都很高,因而这一优势对我国的运营商尤其重要 。与此同时,由于智能天线技术的使用,提高了小区的信号质量,减少了邻近小区的干扰,因此也扩大了覆盖范围 。而智能天线技术的干扰缓解机制对系统也有改善:由于整体噪声水平的降低,信号功率能够集中于特定的用户终端,基站和用户终端仅仅需要较小的发射功率就能够达到同样的信号质量水平 。尽管智能天线技术要求配置多个天线,增加了功率放大器的数量,但更重要的是,功率放大器的发射功率有较大的减少,功率放大器的单价大大下降;由于大功率宽带放大器制造工艺复杂,成本高昂,所以使用多个低功率放大器反而大大节约了投资,同时还提高了整个功放子系统的可靠性 。

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