6 智能天线技术.ppt

现代通信技术进展 第六讲：智能天线 一、概述:天线的分类 全向天线 全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用与郊县大区制的站型，覆盖范围大。  定向天线 定向天线，在在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。 一、天线的分类 机械天线 所谓机械天线，即指使用机械调整下倾角度的移动天线。 电调天线 所谓电调天线，即指使用电子调整下倾角度的移动天线。 对称振子 天线方向性 天线方向性增强 波瓣宽度 栅状抛物面天线 八木定向天线 室内吸顶天线与室内壁挂天线 二、概述 随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个人通信主要手段的无线移动通信技术引起人们极大关注。 二、概述 如何消除同信道干扰(CCI)、多址干扰(MAI)与多径衰落的影响成为人们在提高无线移动通信系统性能时考虑的主要因素。 近年来智能天线成为移动通信领域中的一个研究热点，是解决频率资源匮乏的有效途径，同时还可以提高系统容量和通信质量。 自适应天线阵列 同频干扰 现代蜂窝通讯为了提高频率使用效率,使用了各种频率复用技术,这也带来了同频干扰的问题。对特定用户发出的有用信号,对这个小区或者其它小区中采用相同频率的用户来说,形成了很强的干扰,限制了用户数量的增加。相对于传统基站天线,扇区天线系统通过减小总发射功率的方法使这个问题得到了一定程度的改善;而智能天线系统不但可以通过指向预定用户,而且可以通过产生方向图零点来对准干扰来源方向的方法,减小同频干扰。 小区内的频率复用 互调干扰的形成 ??? 在双向无线电通信拥挤的区域里，当两个或更多个信号加到非线性器件中时，产生了互调干扰分量，发射机和接收机都能产生这些干扰分量。这些分量出现在不同的频率上，而且能在另一些信道上引起干扰。如果干扰和有用信号差不多大小或比有用信号大，则有用信号就受到严重的干扰。如果干扰比有用的信号弱，只在没有信号时，干扰才能被听到。 两个或更多个发射机互相靠得很近时，每个发射机与其他发射机之间通常通过天线系统耦合，从每个发射机来的辐射信号进入其他发射机的末级放大器和传输系统，于是就形成了互调。而这些产物落到末级放大器的通带内并被辐射出去，这种辐射可能落在除了已指配的发射机频率之外的那些信道上。 互调干扰的形成 何谓智能天线？ ?? 智能天线原名自适应天线阵列（AAA，Adaptive Antenna Array）。 最初的智能天线技术主要用于雷达、声纳、抗干扰通信、定位、军事方面等，用来完成空间滤波和定位。 智能天线的特点 （1）扩大系统的覆盖区域；（2）增加系统容量； （3）提高频谱利用效率；（4）降低基站发射功率，节省系统成本，减少信号间干扰与电磁环境污染。 智能天线 采用空分复用(SDMA)，利用在信号传播方向上的差别，将同频率、同时隙的信号区分开来。 它可以成倍地扩展通信容量，并和其他复用技术相结合，最大限度地利用有限的频谱资源。另外在移动通信中，由于复杂的地形、建筑物结构对电波传播的影响，大量用户间的相互影响，产生时延扩散、瑞利衰落、多径、共信道干扰等，使通信质量受到严重影响。 等间距线天线阵 M元智能天线阵结构图 智能天线的分类 人们在习惯上还是将智能天线系统分为两类，开关波束和自适应阵列系统。 开关波束天线接收机 波束切换系统原理图 开关波束天线方向图 开关波束天线方向图 自适应天线阵接收机 自适应天线阵方向图 自适应天线阵方向图 波束形成步骤 步骤：首先，估计所有多径分量的入射角； 其次，确定某一方向的信号为有用信号还是干扰信号，当然这需要有用户识别信号； 第三，计算出天线加权值，形成特定的波束，得到最优化的信号噪声干扰信号比。该波束自适应波束形成需三个能够最大限度地放大有效信号，同时以零陷对准干扰信号，使干扰信号在理论上被完全地抑制。 智能天线的优点 智能天线利用数字信号处理技术，采用了先进的波束转换技术（switched beam technology）和自适应空间数字处理技术（adaptive spatial digital processing technology），产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。 覆盖范围的比较 新建系统投资比较 智能天线在移动通信中的功能　　（1）抗衰落 在陆地移动通信中，电波传播路径由反射、折射及散射的多径波组成，随着移动台移动及环境变化，信号瞬时值及延迟失真的变化非常迅速，且不规则，