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近年來，隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，智能天線技術(shù)已成功應(yīng)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)，并通過對(duì)無線數(shù)字信號(hào)的高速時(shí)空處理，極大地改善了頻譜的使用效率。今后幾年我國(guó)將進(jìn)入3G高速建設(shè)發(fā)展期，智能天線技術(shù)將會(huì)迎來廣闊的發(fā)展空間。
智能天線技術(shù)的起源和發(fā)展
一般說來，智能天線包括多波束智能天線和自適應(yīng)陣列智能天線，自適應(yīng)陣列智能天線已經(jīng)成為智能天線發(fā)展的主流。
最初的自適應(yīng)陣列智能天線技術(shù)主要用于雷達(dá)、聲納、軍事抗干擾通信，用來完成空間濾波和定位等功能，提高系統(tǒng)的性能和電子對(duì)抗的能力，但由于價(jià)格等因素一直未能普及到其它通信領(lǐng)域。而智能天線真正的發(fā)展是在20世紀(jì)90年代初，隨著移動(dòng)通信的發(fā)展及對(duì)移動(dòng)通信電波傳播、組網(wǎng)技術(shù)、天線理論等方面的研究逐漸深入，微計(jì)算器和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展，DSP數(shù)字信號(hào)處理芯片的處理能力日益提高，利用數(shù)字技術(shù)在基帶形成天線波束成為可能，提高了天線系統(tǒng)的可靠性與靈活程度；同時(shí)數(shù)字芯片的價(jià)格已經(jīng)為現(xiàn)代通信系統(tǒng)所接受。因此，智能天線技術(shù)開始用于具有復(fù)雜電波傳播環(huán)境的移動(dòng)通信。
智能天線可將無線電的信號(hào)導(dǎo)向具體的方向，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)到達(dá)方向DOA（direction of arrinal），旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向，達(dá)到充分高效利用移動(dòng)用戶信號(hào)并刪除或抑制干擾信號(hào)的目的。同時(shí)，利用各個(gè)移動(dòng)用戶間信號(hào)空間特征的差異，通過陣列天線技術(shù)在同一信道上接收和發(fā)射多個(gè)移動(dòng)用戶信號(hào)而不發(fā)生相互干擾，使無線電頻譜的利用和信號(hào)的傳輸更為有效。在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下，使用智能天線可滿足服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的需要。
智能天線的主要作用
智能天線潛在的性能效益表現(xiàn)在多方面，例如，抗多徑衰落、減小時(shí)延擴(kuò)展、支持高數(shù)據(jù)速率、抑制干擾、減少遠(yuǎn)近效應(yīng)、減小中斷概率、改善比特差錯(cuò)率性能、增加系統(tǒng)容量、提高頻譜效率、支持靈活有效的越區(qū)切換、擴(kuò)大小區(qū)覆蓋范圍、靈活的小區(qū)管理、延長(zhǎng)移動(dòng)臺(tái)電池壽命以及維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本較低等等。簡(jiǎn)單歸納起來智能天線的主要作用在以下兩方面。
——改善系統(tǒng)性能，提高通信質(zhì)量。采用智能天線技術(shù)可提高第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量及服務(wù)質(zhì)量，WCDMA系統(tǒng)就采用自適應(yīng)天線陣列技術(shù)，增加系統(tǒng)容量。我國(guó)TD－SCDMA系統(tǒng)是應(yīng)用智能天線技術(shù)的典型范例。TD－SCDMA系統(tǒng)采用TDD方式，使上下射頻信道完全對(duì)稱，可同時(shí)解決諸如天線上下行波束賦形、抗多徑干擾和抗多址干擾等問題。該系統(tǒng)具有準(zhǔn)確的定位功能，可實(shí)現(xiàn)接力切換，減少信道資源浪費(fèi)。
——提高頻譜利用效率，增加網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。智能天線通過空分多址，將基站天線的收發(fā)限定在一定的方向角范圍內(nèi)，其實(shí)質(zhì)是分配移動(dòng)通信系統(tǒng)工作的空間區(qū)域，使空間資源之間的交疊最小、干擾最小。
智能天線在未來3G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
美國(guó)、日本和歐洲等國(guó)非常重視未來移動(dòng)通信中智能天線的作用，已經(jīng)開展了大量的理論分析和研究。我國(guó)也早已將研究智能天線技術(shù)列入國(guó)家863－317通信技術(shù)主題研究中的個(gè)人通信技術(shù)分項(xiàng)，許多專家及大學(xué)正在進(jìn)行相關(guān)的研究。
3G系統(tǒng)采用智能天線技術(shù)可提高其容量及系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量，WCDMA系統(tǒng)就采用自適應(yīng)天線陣列技術(shù)，增加系統(tǒng)容量。由我國(guó)大唐電信提出并擁有較多的基本專利的TD－SCDMA系統(tǒng)是應(yīng)用智能天線技術(shù)的典型范例。
TD－SCDMA系統(tǒng)采用TDD方式，使上下射頻信道完全對(duì)稱，可同時(shí)解決諸如天線上下行波束賦形、抗多徑干擾和抗多址干擾等問題。TD－SCDMA系統(tǒng)采用了智能天線、聯(lián)合檢測(cè)等一系列關(guān)鍵技術(shù)。智能天線用于波束的賦形，從而在基站和用戶之間建立起一條能量相對(duì)集中的無線鏈路，大大降低系統(tǒng)干擾，提高系統(tǒng)容量。聯(lián)合檢測(cè)充分利用所有用戶的擴(kuò)頻碼、幅度、相位等信息，能同時(shí)消除多址干擾（MAI）和碼間干擾（ISI）。智能天線和聯(lián)合檢測(cè)雖然都能抑制系統(tǒng)干擾，但各有側(cè)重，智能天線在抑制區(qū)間干擾方面的能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于聯(lián)合檢測(cè)，而聯(lián)合檢測(cè)在抑制區(qū)內(nèi)干擾方面的能力優(yōu)于智能天線，兩者需要配合使用。
智能天線技術(shù)對(duì)CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能提高和成本下降都有很大的作用，但智能天線應(yīng)用于CDMA系統(tǒng)時(shí)，也同時(shí)帶來了相應(yīng)的新問題，如：智能天線的校準(zhǔn)、智能天線和其他抗干擾技術(shù)的結(jié)合、波束賦形的速度問題、設(shè)備復(fù)雜性的考慮、共享下行信道及不連續(xù)發(fā)射、幀結(jié)構(gòu)及有關(guān)物理層技術(shù)等。我們?cè)谕苿?dòng)標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)上都需要考慮和不斷解決這些問題。
摘自 人民郵電報(bào)
