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智能天線是天線技術(shù)的發(fā)展方向。
智能天線的概念來(lái)源于軍事上雷達(dá)和聲納系統(tǒng)中所采用的陣列天線，最初的研究對(duì)象是雷達(dá)天線陣，目的是提高雷達(dá)的性能和電子對(duì)抗的能力。近年來(lái)，隨著微計(jì)算機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，智能天線技術(shù)已經(jīng)成為移動(dòng)通信中最具有吸引力的技術(shù)之一，尤其是在TD-SCDMA系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用，并且隨著TD-SCDMA技術(shù)的不斷成熟，逐步被大家認(rèn)識(shí)和熟悉。
動(dòng)態(tài)跟蹤用戶
智能天線的工作原理是使一組天線和對(duì)應(yīng)的收發(fā)信機(jī)按照一定的方式排列和激勵(lì)，利用波的干涉原理產(chǎn)生強(qiáng)方向性的輻射方向圖，通過(guò)自適應(yīng)算法，控制天線波束的方向和形狀，將高增益的窄波束對(duì)準(zhǔn)服務(wù)用戶方向，零陷對(duì)準(zhǔn)干擾方向，實(shí)現(xiàn)波束賦形，達(dá)到定向發(fā)射和接收的目的。
由于智能天線可以自適應(yīng)的動(dòng)態(tài)跟蹤用戶，并且能夠提供比普通天線更高的增益，因此，智能天線的引入為系統(tǒng)帶來(lái)了諸多優(yōu)勢(shì)。
智能天線能夠?qū)?lái)自各個(gè)方向的波束進(jìn)行空間濾波。它通過(guò)將高增益的窄波束對(duì)準(zhǔn)服務(wù)用戶方向，零陷對(duì)準(zhǔn)干擾方向，大大提高陣列的輸出信干比，降低了系統(tǒng)內(nèi)的干擾，同時(shí)提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。此外，智能天線還可以有效對(duì)抗多徑，改善通信質(zhì)量，提高系統(tǒng)可靠性。
在CDMA系統(tǒng)中使用智能天線，將所有擴(kuò)頻碼所提供的資源充分利用。同時(shí)智能天線的引入使系統(tǒng)資源在原來(lái)的頻率、時(shí)隙、碼道上又增加了空間角度，智能天線通過(guò)空分技術(shù)復(fù)用信道，增加了系統(tǒng)容量。
由于智能天線賦形增益的提高，使得基站和手機(jī)發(fā)射功率不變的情況下，可以容忍更大的路徑損耗，獲得更遠(yuǎn)的覆蓋距離，從而提供小區(qū)擴(kuò)展能力。距離的擴(kuò)展可以減小無(wú)線系統(tǒng)初期建網(wǎng)費(fèi)用。
頻譜利用率的問(wèn)題是發(fā)展移動(dòng)通信根本性的問(wèn)題。智能天線通過(guò)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，合理利用無(wú)線資源。此外，使用智能天線減少了移動(dòng)通信系統(tǒng)的同頻干擾，降低了頻率復(fù)用系數(shù)，進(jìn)而提高了頻譜利用效率。
采用智能天線的基站可以獲得接收信號(hào)的空間特征矩陣，由此獲得信號(hào)的功率估值和到達(dá)方向。通過(guò)此方法，用兩個(gè)基站就可將用戶終端定位到一個(gè)較小區(qū)域，因此移動(dòng)臺(tái)定位的實(shí)現(xiàn)可以使許多與位置有關(guān)的新業(yè)務(wù)得以方便的推出，而發(fā)展新業(yè)務(wù)是目前移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提升ARPU(每用戶平均收入)、加強(qiáng)自身競(jìng)爭(zhēng)力的必然手段。
此外，在使用普通天線的無(wú)線基站中，發(fā)射信號(hào)采用的是高功率放大器，而使用了智能天線，波束賦型的增益可以減小對(duì)功放的要求，大大降低了基站的發(fā)射功率，同時(shí)也減少了電磁環(huán)境污染。
歷經(jīng)環(huán)境考驗(yàn)
從理論上講智能天線的應(yīng)用可以很大程度改善系統(tǒng)性能，然而在很多方面還存在著不足，面臨著挑戰(zhàn)。
從技術(shù)角度講，智能天線技術(shù)源于最早應(yīng)用于雷達(dá)、軍事對(duì)抗等領(lǐng)域的自適應(yīng)天線技術(shù)，主要針對(duì)點(diǎn)式信號(hào)或者干擾源。其顯著的特征是，信號(hào)一般都是具有較強(qiáng)的方向性和主徑，或者說(shuō)信號(hào)源一般都有顯著的方向角，因此采用自適應(yīng)天線技術(shù)可以較好地檢測(cè)出信號(hào)源，同時(shí)形成天線波束零陷對(duì)準(zhǔn)干擾源，從而消除干擾。
然而移動(dòng)通信系統(tǒng)所處的無(wú)線傳播環(huán)境遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜于前面所說(shuō)的信號(hào)傳播環(huán)境，一方面，在3G系統(tǒng)中，由于信號(hào)一般為寬帶信號(hào)，因此信號(hào)經(jīng)過(guò)信道以后存在頻率選擇性衰落，產(chǎn)生多徑，這樣對(duì)智能天線的接收產(chǎn)生了較大的影響;另一方面，移動(dòng)通信系統(tǒng)是典型的多用戶系統(tǒng)，而智能天線陣列一般只能同時(shí)在干擾方向上形成M-1(M為智能天線陣元數(shù)目)個(gè)零陷，而在WCDMA、CDMA2000等FDD系統(tǒng)中，即便在一個(gè)小區(qū)用戶的數(shù)目往往以數(shù)十，甚至數(shù)百計(jì)，所以，這也是目前只能在TD-SCDMA系統(tǒng)中較為可行的實(shí)現(xiàn)智能天線的原因之一。此外，由于移動(dòng)通信傳播環(huán)境的多徑和時(shí)變特性，使得準(zhǔn)確快速的DOA估計(jì)變得更加困難，而DOA估計(jì)的不準(zhǔn)確將嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。在理想智能天線的情況下，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)干擾的最小化，容量最大化；然而由于智能天線的不理想，DOA估計(jì)存在一定偏差，此偏差甚至可達(dá)幾十度，此時(shí)可能出現(xiàn)智能天線主瓣對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)的情況，系統(tǒng)干擾迅速上升，使得系統(tǒng)的容量急劇下降，同時(shí)系統(tǒng)覆蓋、質(zhì)量等也將受到嚴(yán)重影響，整體性能惡化。因此，從技術(shù)角度來(lái)講，智能天線技術(shù)并沒有完全適合移動(dòng)通信系統(tǒng)的要求。
智能天線發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在各個(gè)方面，物理層的可重復(fù)配置性；不同層之間的優(yōu)化；多用戶分集；實(shí)際的性能評(píng)估等。
投入“匹配”產(chǎn)出？
從市場(chǎng)角度講，一項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用，不僅僅要看其所可能帶來(lái)的改善，更要考慮應(yīng)用這種新技術(shù)的投入產(chǎn)出比。對(duì)于FDD系統(tǒng)，由于智能天線是一種全新的多天線系統(tǒng)，如果要在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上使用智能天線，必然需要置換天線陣列，并增加相應(yīng)的基帶信號(hào)處理單元，而這也正是基站系統(tǒng)中較為昂貴的器件，因此，應(yīng)用智能天線技術(shù)需要較大的投人，即使在TD-SCDMA中，其昂貴的價(jià)格也是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)需要考慮的因素之一。
另一方面，應(yīng)用智能天線技術(shù)以后，由于智能天線所引人的波束成形技術(shù)，會(huì)改變?cè)械木W(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和小區(qū)劃分，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行必要的調(diào)整，而這種調(diào)整將是全局性的，對(duì)于系統(tǒng)性能的影響具有很多不確定性，并不一定能夠達(dá)到預(yù)想效果。在TD-SCDMA中，由于智能天線的引入，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化方面與已往的FDD模式產(chǎn)生了很大區(qū)別，需要更為深入的研究。
智能天線作為3G乃至4G待選技術(shù)，在帶來(lái)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，在應(yīng)用過(guò)程中面臨的問(wèn)題也很不容忽視。因此，如何充分有效的利用智能天線的優(yōu)點(diǎn)而避免其缺點(diǎn)，如何使智能天線技術(shù)更適合于移動(dòng)通信系統(tǒng)，這些方面需要進(jìn)行更為深入的探討。
鏈接:智能天線在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的應(yīng)用
鏈路預(yù)算和容量估算
智能天線的賦形增益在上行可以等效為增加基站接收靈敏度，在下行可等效為提高基站的EIRP(各向同性全向有效輻射功率)，不管在上行還是下行都可以有效擴(kuò)大覆蓋半徑。
干擾分析
智能天線的引入使得系統(tǒng)上、下行鏈路的天線增益大大提高，降低了發(fā)射功率電平，提高了信號(hào)質(zhì)量，有效地克服了信道傳輸衰落的影響。
同時(shí)，由于智能天線可以使得天線主瓣直接指向用戶，零陷對(duì)準(zhǔn)干擾，從而減小了與本小區(qū)內(nèi)其它用戶之間，以及與相鄰小區(qū)用戶之間的干擾，而且也減少了移動(dòng)通信信道的多徑效應(yīng)。所以智能天線可以降低干擾，提高用戶的信噪比。
動(dòng)態(tài)信道分配
由于采用了智能天線對(duì)用戶進(jìn)行波束成形后，只有主瓣和較大旁瓣內(nèi)的用戶才會(huì)對(duì)用戶信號(hào)產(chǎn)生較大的干擾，也就是智能天線能夠把用戶從空間上區(qū)分開來(lái)。
功率控制
智能天線的引入對(duì)功率控制流程產(chǎn)生了影響。
分組調(diào)度
分組調(diào)度方式中增加了新的一維--空分，因此新的分組調(diào)度方式將包括時(shí)分、碼分和空分三種方式。
切換控制
由于采用了智能天線、聯(lián)合檢測(cè)以及上行同步技術(shù)，使有條件采用接力切換技術(shù)，降低了資源消耗。
----《通信產(chǎn)業(yè)報(bào)》
