用自適應(yīng)陣列天線技術(shù)改善GPRS網(wǎng)絡(luò)

1 前言

GPRS作為中國移動通信公司的2.5代移動通信系統(tǒng)，要在當(dāng)前越來越激烈的競爭保證用戶的穩(wěn)定增長以及擴大業(yè)務(wù)范圍，就是要增加新業(yè)務(wù)，在業(yè)務(wù)數(shù)量和質(zhì)量上趕超對手。應(yīng)用智能天線技術(shù)改善GPRS系統(tǒng)，使GPRS能支持更多的業(yè)務(wù)種類和承載更高級的業(yè)務(wù)應(yīng)用，是比較有效的競爭手段�？辗侄嘀�(SDMA)下的智能天線技術(shù)是移動通信領(lǐng)域近年來的熱點，而且自適應(yīng)陣列天線是智能天線主要的發(fā)展方向，本文主要介紹自適應(yīng)陣列天線以及ArrayComm公司的IntelliCell®技術(shù)，并指出在GPRS網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用自適應(yīng)陣列天線的方法和優(yōu)點。

2 自適應(yīng)陣列天線

智能天線系統(tǒng)的組成基本可劃分為天線陣、收發(fā)信機組和智能處理器，

自適應(yīng)陣列天線是智能天線的主要類型，可以實現(xiàn)全向天線，完成用戶信號接收和發(fā)送。自適應(yīng)列天線系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理技術(shù)識別用戶信號到達方向，并在此方向肜成天線主波束。自適應(yīng)陣列天線基本原理

自適應(yīng)智能天線技術(shù)使用了自適應(yīng)陣列信號處理軟件，對所有用戶的無線信號進行高速時空處理從而實時調(diào)整無線信號的傳輸，為每位用戶提供優(yōu)質(zhì)的上行鏈路和下行鏈路信號。即使基站在充滿噪音和干擾的環(huán)境中，也能監(jiān)測開保持與多個不同用戶的通信連接，從而實現(xiàn)空分多址 (SDMA)的效果。在網(wǎng)絡(luò)中，這種先進的基站性能可以用來增加基站覆蓋范圍，從而降低網(wǎng)絡(luò)成本，提高系統(tǒng)容量，最終達到提同頻率使用效率的目的。

自適應(yīng)陣列天線一般采用4-16天線陣元結(jié)構(gòu)，在FDD中陣元間距1/2波長，若陣元間距過大，則接收信號彼此相關(guān)程度降低。太小則會在方向圖形成不必要的柵瓣，故一股取半波長。而在TDD中，美國的ArrayComm公司在PHS系統(tǒng)中的自適應(yīng)陣列天線的陣元間距為5個波長。間距寬而波束更窄，而PHS系統(tǒng)中采用TDD模式，因而更容易進行定位處理。即使旁瓣多，但由于用戶和信道都比較少，因而不會帶來不利的影響。

自適應(yīng)陣列天線根據(jù)用戶信號的不同空間傳播方向提供不同的空間信道，等同于信號有線傳輸?shù)木�纜，有效克服了干擾對系統(tǒng)的影響。

基帶處理部分是自適應(yīng)陣列天線技術(shù)最重要的部分，它將自適應(yīng)天線陣接收到的信號進行加權(quán)和合并，從而使SINR最大�；鶐�處理部分采用復(fù)雜的自適應(yīng)算法，通過算法自動調(diào)整加權(quán)值得到所需空間和頻率濾波器的作用。目前己提出很多著名算法，概括地講有非盲算法和盲算法兩大類。非肓算法是指需要借助參考信號 (導(dǎo)頻序列或?qū)ьl信道)的算法，此時接收端知道發(fā)送的是什么，迸行算法處理時要么先確定信道響應(yīng)再按一定的準則確定或逐漸各加權(quán)值，要么直接按一定的準則確定或逐漸調(diào)整權(quán)值，以使智能天線輸出與已知輸入最大調(diào)整權(quán)值，以使智能天線輸出與已知輸入最大相關(guān)，常用的相關(guān)準則有MMSE(最小均方誤差)、LMS(最小均方)和LS(最小二乘)等，盲算法則無需發(fā)端傳送已知的導(dǎo)頻信號。

自適應(yīng)智能天線技術(shù)是一種物理層技術(shù)，它并不影響系統(tǒng)的高層協(xié)議，因此，它適用于各種無線接口。按照對傳統(tǒng)的智能天線的理解，自適應(yīng)陣列智能天線技術(shù)由于其技術(shù)特點的限制僅適用于TDD系統(tǒng)，而現(xiàn)在隨著這一新技術(shù)的不斷完善，它在FDD系統(tǒng)中的應(yīng)用同樣能達到理想的效果。

3 IntelliCell®自適應(yīng)陣列智能天線

自適應(yīng)陣列天線技術(shù)是近30年中最先進的無線技術(shù)之一，而愛瑞通信公司(ArrayComm lnc)的IntelliCell®技術(shù)堪稱其中杰出的代表。IgntelliCell®技術(shù)又被稱為完全自適應(yīng)智能天線解決方案，它利用專利軟件和標準陣列天線，連續(xù)的實時優(yōu)化每一個無線用戶的信道，從而能夠優(yōu)化發(fā)射、減少干擾和降低對頻譜的需求，實現(xiàn)在所有空中接口上極大地提高無線語音與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的容量、覆蓋范圍和傳輸質(zhì)量的目的。圖3顯示出了IntelliCell�；�站和傳統(tǒng)基站的區(qū)別。

IntelliCell®自適應(yīng)陣列智能天線系統(tǒng)及其使用IntelliCell®自適應(yīng)陣列智能天線的基站結(jié)構(gòu)

應(yīng)用自適應(yīng)陣列天線的GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示。要實現(xiàn)更多的功能，提高GPRS系統(tǒng)的容量和抗干擾能力，我們需要增加一些相應(yīng)硬件以及升級控制軟件如下:

(1)基站自適應(yīng)陣列天線。

(2)移動終端智能天線。由于目前SDMA技術(shù)還處在開發(fā)和繼續(xù)研究中，要在GPRS系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)SDMA，初期可以在基站增加智能天線。當(dāng)技術(shù)發(fā)展和成熟后再增加移動終端智能天線。

(3)自適應(yīng)陣列天線和基站收發(fā)信臺(BTS)的接口。

(4)對基站控制器(BSC)中的軟件進行升級，軟件主要對其站智能天線傳送過來的信號進行處理，并反饋給基站控制器的相應(yīng)硬件設(shè)備以及智能天線使之做相應(yīng)的動作。

智能天線技術(shù)不僅可以使用在TDD系統(tǒng)中，也完全可能使用到FDD系統(tǒng)中。

5 結(jié)束語

采用智能天線可以為運營商帶來的益處主要是:

（1）增加系統(tǒng)容量，提高系統(tǒng)覆蓋

平均而言，發(fā)送分集和2-Branch智能接收天線，能夠在現(xiàn)有基礎(chǔ)上將系統(tǒng)容量提高10%到25%，采用波束賦形發(fā)送分集和4-Branch智能接收天線，能夠?qū)⑦@一增長擴大到近一倍。并且能夠改善鏈路預(yù)算，能夠提高系統(tǒng)的覆蓋。

（2）提高高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)覆蓋

在通常情況下，小區(qū)內(nèi)對高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持僅限于靠近基站的小部分區(qū)域，而智能天線技術(shù)的采用，將能使小區(qū)內(nèi)支持高速數(shù)據(jù)的覆蓋面積增加非常大的一塊，或者在原有區(qū)域內(nèi)支持更多高速數(shù)據(jù)用戶數(shù)。

（3）降低用戶服務(wù)成本雖然在網(wǎng)絡(luò)中需要增加相應(yīng)的軟硬件才能支持智能天線技術(shù)，但由于系統(tǒng)容量得到很大提高，用戶的成本和傳統(tǒng)天線系統(tǒng)相比，仍會有大幅的降低。

（4）保護運營商現(xiàn)有投資

通過平滑的軟硬件升級運營商可以充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，在不更改網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和增加基站的情況下，實現(xiàn)系統(tǒng)容量的提升。

總之，由于目前蜂窩移動通信系統(tǒng)只能確定移動臺所處的小區(qū)，因此利用自適應(yīng)陣列天線實現(xiàn)移動臺定位可以使許多與位置有關(guān)的新業(yè)務(wù)得以方便地推出，而發(fā)展新業(yè)務(wù)是目前移動運營商提升ARPU值、加強自身競爭力的必然手段。