作者：冯显杰 向卫东 胡健栋 张明德 孙小菡
论文关键词：智能天线 码分多址 自适应阵列 移动通信 系统容量
论文摘要：近年发展起来的CDMA移动通信系统技术相对于FDMA、TDMA系统具有较大的容量,但由于多径干扰、多址干扰的存在,其容量优势并没有得到充分的发挥,如果在基站上采用智能天线可以降低这些干扰的影响,提高系统的性能。本文通过对智能天线的认识、优势的阐述,从而引发智能天线在现代移动通信中的重要性。
1引言
我们知道,天线有很多种,但大体上可分为三大类:“线天线”、“面天线”及“阵列天线”。阵列天线最初用于雷达、声纳以及军事通信中,完成空间滤波和参数估计两大任务。当阵列天线应用到移动通信领域时,通信工程师喜欢用“智能天线”来称谓之。智能天线根据方向图形成(或称为波束形成)的方式又可分为两类:第一类,采用固定形状方向图的智能天线,且不需要参考信号;第二类,采用自适应算法形成方向图的智能天线,需要参考信号。
本文在以下提到的智能天线都是指第二类,即(自适应)智能天线,这也是目前智能天线研究的主流。
2智能天线的技术现状
在分析研究智能天线技术理论的同时,国内外一些大学、公司和研究所分别建立了试验平台,用实验的方法来验证理论研究的成果,得出相应的结论。
(1)在美国
在智能天线技术方面,美国较其它国家要成熟的多,并已开始投入实用。美国ArrayComm公司将智能天线技术应用于无线本地环路(WLL)系统。ArrayComm方案采用可变阵元配置,有12阵元、8阵元环形自适应阵列可供不同环境选用,现场实验表明在PHS基站采用该技术可以使系统容量提高4倍。
(2)在欧洲
欧洲通信委员会(CEC)在RACE(Research into AdvancedCommunication in Europe)计划中实施了第一阶段智能天线技术研究,称为TSUNAMI(The Technology in SmartAntennas for Univer-sal Advanced Mobile Infrastructure),由德国、英国、丹麦和西班牙合作完成。该项目是在DECT基站上构造智能天线试验模型,于1995年初开始现场试验,天线阵列由8个阵元组成,射频工作频率为1.89 GHz,阵元间距可调,阵元分布有直线型、圆环型和平面型三种形式。试验模型用数字波束成形的方法实现智能天线,采用ERA技术有限公司的专用ASIC芯片BDF1108完成波束形成,使用TMS320C40芯片作为中央控制。
(3)在日本
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1.545 GHz。阵元组件接收信号在模数变换后,进行快速付氏变换(FFT)处理,形成正交波束后,分别采用恒模(CMA)算法或最大比值合并分集算法,数字信号处理部分由10片FPGA完成,整块电路板大小为23.3 cm×34.0 cm。ATR研究人员提出了智能天线的软件天线的概念。
我国目前有部分单位也正进行相关的研究。信威公司将智能天线应用于TDD(时分双工)方式的WLL系统中,信威公司智能天线采用8阵元环形自适应阵列,射频工作于1785~1 805 MHz,采用TDD双工方式,收发间隔10 ms,接收机灵敏度最大可提高9 dB。
3智能天线的优势
智能天线是第三代移动通信不可缺少的空域信号处理技术,归纳起来,智能天线具有以下几个突出的优点。
(1)具有测向和自适应调零功能,能把主波束对准入射信号并适应实时跟踪信号,同时还能把零响点对准干扰信号。
(2)提高输入信号的信干噪比。显然,采用多天线阵列将截获更多的空间信号,也即是获得阵列增益。
(3)能识别不同入射方向的直射波和反射波,具[1] [2] [3] 下一页 |
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