3G之智能天线课件

1、智能天线8/19/20221第1页，共22页。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8/19/20222第2页，共22页。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。 8/19/20223第3页，共22页。使用智能天线技

2、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。8/19/20224第4页，共22页。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。 8/19/20225第5页，共22页。自适应阵列系统 8/19/20226第6页，共22页。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

3、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。 8/19/20227第7页，共22页。自适应阵列系统原理是相邻的抽头之间的延迟，是天线第个抽头因子。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。 8/19/20228第8页，共22页。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

4、，取得最佳的信噪比系数。采用个阵元自适应天线，理论上，自适应天线阵的价值是能产生（ ）倍天线放大，可带来的改善，消除扇形失真的影响，并且它的（）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。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。8/19/20229第9页，共22页。自适应阵列系统原理对基站发射而言，总功率被分配到个阵元，又由于采用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

5、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。 8/19/202210第10页，共22页。自适应阵列系统原理通常采用 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 。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 。 8/19/202211第11页，共22页。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

6、别用户信号的 ，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。8/19/202212第12页，共22页。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。8/19/202213第13页，共22页。智

7、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。 8/19/202214第14页，共22页。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。 8/19/202215第15页

8、，共22页。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，它是通过使用空间取样，空间谱估计算法来得到天线的最优加权值，如果处理速度足够快，可以跟踪信道的时变，所以空间谱估计算法在快衰落信道上优于时域算法。8/19/202216第16页，共22页。智能算法进来，人们又提出了时空联合算法以提高分辨率。当然，智能算法还在不断的研究探索中，相信在不远的将来会有更好的算法来满足日益增长的移动通信需求。 8/19/202217第17页，共22页。智能天线对移

9、动通信的作用智能天线将在以下几个方面提高移动通信系统的性能：提高通信系统的容量和频谱利用效率。增大基站的覆盖面积。提高数据传输速率。降低基站发射功率，节省系统成本，减少信号干扰与电磁环境污染。可见，智能天线技术对提高未来移动通信系统的性能起着在举足轻重的作用，它已成为实现第三代移动通信的关键技术之一。8/19/202218第18页，共22页。智能天线在3G中的应用欧洲欧洲通信委员会(CEC)在RACE(Research into Advanced Communication in Europe)计划中实施了第一阶段智能天线技术研究，2019年初开始现场试验。天线由八个阵元组成，射频工作频率为1

10、.89GHz，阵元间距可调，阵元分布分别有直线型、圆环型和平面型三种形式。 日本ATR光电通信研究所研制了基于波束空间处理方式的多波束智能天线。天线阵元布局为间距半波长的16阵元平面方阵，射频工作频率是1.545GHz。 中国ArrayComm公司和中国邮电电信科学研究院信威公司研制出应用于无线本地环路(WLL)智能天线系统。中国的TD-SCDMA是3G中比较明确使用智能天线的方案 8/19/202219第19页，共22页。智能天线的发展状况我国已将智能天线技术列入国家863-317通信技术主课题研究中的个人通信技术分项；我国的第三代移动通信系统基于同步码分多址技术，广泛采用了智能天线和软件无线电技术作为系统根基的SCDMA-WLL的现场运行结果，足以证明基于TD-SCDMA技术的第三代移动通信系统是可行和成熟