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文档简介
天线技术大作业智能天线的基础知识以及TD-SCDMA智能天线发展趋势的浅谈引言: 智能天线是一种安装在基站现场的双向天线,通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性,并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。它是阵列天线与先进的信号处理技术相结合,将信号处理从时域和频域扩展到空域,利用接收信号的空问信息,来完成空域滤波和定位,从而形成同时具有空时处理能力的天线。第一部分:智能天线的基础知识1. 智能天线的原理:将无线电的信号导向具体的方向,产生空间定向波束,使天线主波束对准用户信号到达方向DOA(Direction of Arrinal),旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。2. 智能天线的分类:根据波束成形的实现方式以及目前的应用情况,智能天线通常可分为多波束智能天线和自适应智能天线:多波束智能天线采用准动态预多波束的波束切换方式,利用多个不同固定指向的波束覆盖整个小区,随着用户在小区中的移动,基站选择其中最合适的波束,从而增强接收信号的强度。多波束智能天线的优点是复杂度低、可靠性高,但缺点是它受天线波束宽度等参数影响较大,性能差于自适应智能天线。 自适应智能天线采用全自适应阵列自动跟踪方式,通过不同自适应调整各个天线单元的加权值,达到形成若干自适应波束,同时跟踪若干个用户,从而能够对当前的传播环境进行最大程度上的匹配。自适应智能天线在理论上性能可以达到最优,但是其实现结构和算法复杂度均明显高于多波束智能天线。3. 智能天线的结构:一般由多个天线单元组成,每一个天线后接一个复数加权器,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自适应调整,智能天线利用现代数字信号处理技术,选择合适的自适应算法,动态形成空间定向波束,使天线阵列方向图主瓣对准用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,从而达到充分利用移动用户信号并抵消或最大程度地抑制干扰信号的目的。给定一组加权值,一定的入射信号强度,不同入射角度的信号,由于在天线间的相位差不同,合并后的输出信号强度也会不同。理想情况下,可以做到将天线方向图主瓣对准有用信号,而把副瓣或零陷对准干扰。4. 智能天线的优势:与传统的FDMA(频分多址)、TDMA(时分多址)、CDMA(码分多址)方式相比,智能天线引入了SDMA(空分多址)方式。SDMA突破了传统的三维思维方式,在第四维空间上极大地提高了无线频谱资源的利用率。智能天线具有自适应调整天线方向图、跟踪期望信号、抵消干扰信号、提高信干比等很多优点。智能天线技术是信号处理中的一个重要领域。第二部分:TD-SCDMA天线1. 基本原理:TD-SCDMA系统采用的是自适应智能天线阵。核心是天线阵列单元的设计、下行波束赋形算法以及上行DOA预估。1)一维波束扫描相控阵天线(智能天线阵的实现类似于相控阵天线)是一个等间距排列的直线阵列,其中阵列的每个辐射单元的激励相位可以变化,阵列方向图是通过对每一列天线单元的幅度相位激励进行调整实现波束扫描的。波束的最大指向偏离法线方向为0;各个天线端口的激励波程差为: N=2dsin0(N-1) (d为相邻单元的间距,为天线工作频率的波长)2)N个天线辐射单元接收到信号经过射频放大后,在基带的数字波束成形网络中采用Wi的复权系数加权并进行叠加合成,然后进入接收机,其中DSP智能算法处理器根据N个天线辐射单元来波的幅度/相位关系预测出有用信号的方向。叠加合成得到最大的接收信号。DSP根据上述预测的有用信号方向以及预测的干扰信号方向,可以自适应产生合适的Wi复权系数,并激励各个天线单元的辐射,从而将主瓣板对准有用信号,将零点对消。2. 关键技术:智能天线技术:智能(自适应)天线系统以阵列天线和自适应信号处理算法为基础,能够从多个多路径信号和干扰信号中把有用信号区分出来,自动地把主瓣最大值锁定在有用的移动来波信号方向上,并自动减小干扰方向的付瓣电平。智能天线所具有的这种精确跟踪能力和干扰抑制能力可以使在同一个小区内的几个用户使用相同的信道。联合检测技术(略)3. TD-SCDMA天线的优点:1)通过多个天线通道功率的最大比合并以及阵列信号处理,明显提高了接收灵敏度;2)波束赋形算法使得基站针对不同用户的接收和发射很高的指向性,因此用户间的干扰在空间上能够得到很好的隔离;3)波束赋形对用户间干扰的空间隔离,明显增加了CDMA的容量,结合联合检测技术,使得TD-SCDMA能够实现满码道配置;4)通过波束赋形算法能够实现广播波束宽度的灵活调整,这使得TD-SCDMA在网络优化过程中小区广播覆盖范围的调整可以通过软件算法实现(常规基站天线的广播波束是固定不可变的,若想调整覆盖范围必须要更换天线),从而明显提高了网优效率;5)通过对天线阵进行波束赋形使得下行信号能够对准一个(或若干个不同位置的用户)用户,这等效于提高了发射机的有效发射功率。第三部分:TD-SCDMA天线未来发展的趋势1. 与一体化智能天线一体化智能天线是将天线与RRU整合为一体的智能天线,此类天线是在普通双极化天线的基础上,外部结构做相应调整完成的,在电气性能,电性能测试等方面,与普通双极化天线一致。考虑到室外F、E频段的引入,一体化智能天线必将成为TD-SCDMA网络建设的重要内容。2. 与MIMO技术相结合智能天线和MIMO都是多天线系统中的天线,但是两种天线有着明显的区别:智能天线是仅在无线链路的一端采用阵列天线捕获与合并信号的处理技术;而MIMO是在无线链路两端都使用多元天线阵列,将发送分集和接收分集结合起来的技术。智能天线的原理是利用到达天线阵的信号之间完全相关性形成天线方向图,利用信号的相位关系克服多径干扰,实现信号的定向发送和接收;而在MIMO中天线收发信号是全方位的,并且到达天线阵的信号必须相互独立,用多个天线接收信号来克服信号到达接收机的空间深衰落,增加分集增益。智能天线技术可以形成能量集中的波束,增强有用信号并降低干扰,而MIMO技术可以充分利用多径信息来提高系统容量。如果将两者结合起来,充分利用两种技术带来的增益,将给系统性能和容量带来极大的提升。因此,充分结合MIMO技术和智能天线技术的优点,进一步开发空域资源,使得通信终端能在更高的移动速度下实现可靠传输,则成为智能天线未来发展的必然趋势之一。3. 电调智能天线 现网采用的智能天线均采用预置下倾和机械下倾相结合的方式来调整天线的下倾角。虽然这种方式也能满足覆盖要求,但在工程应用中也暴露了一些机械调下倾角无法克服的缺点,如:调整下倾角困难,在网络优化的工程中,需要耗费大量的人力资源,调节效率低;由于采用机械下倾,站点在进行隐蔽工程时,隐蔽外罩需要预留较大的下倾角调节空间,造成隐蔽工程体积庞大;在大角度下倾时水平面覆盖产生畸变,且伴随交叉极化和主极化特性变差、水平面前后比与无下倾时趋势不一致等。正是由于常规智能天线存在这些不可克服的缺点,电调智能天线的开发与应用将必然成为未来TD-SCDMA智能天线发展的重要趋势之一。电调智能天线有以下优点:1)可实现波束下倾角的连续动态调整,网络优化动态实时调整时不需要闭站,可以及时平衡覆盖、容量、干扰等多方面的矛盾;2)在结构上垂直安装,无需考虑下倾预留空间,安装件简单可靠,且便于美化;3)监控数据库保存各站址天线波束的调整数据和历史数据,便于结合远程监控分析和优化网络覆盖。结语:智能天线作为一种优良的新兴的天线广泛应用于当今的TD-SCDMA天线技术中,它有着很多的优势,引领着天线技术的发展趋势,并且必将成今后技术革新的主力。参考文献:1. 肖育苗 江洪峰TD智能天线的四大趋势2011.01 2. 黄小实 罗德与施瓦茨浅谈TD-SCDMA智能天线基本原理和测试方法2010.02 3.
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