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浅析智能天线

论文摘要：主要介绍了智能天线的提出

背景、基本概念、关键技术、优点以及国外

的研究进展情况,最后指出了智能天线的发

展方向。

1前言

随着蜂窝移动用户的不断增长,如何解

决频谱资源紧张、抑制各种干扰、提高通信

服务质量成为一个亟待解决的问题。为此,

人们提出了一系列的解决方案,例如,在通

信密集的地方引入微蜂窝技术、频率跳变技

术、高效的编码技术以及进行功率控制等。

而智能天线为这一切问题的解决提供了一

条新思路。智能天线能够成倍地提高通信系

统的容量,有效地抑制复杂电磁环境下的各

种干扰,并且还能与各种通信系统和其他多

址方式兼容,从而以较小的代价获取较大的

性能提高。目前,国内外有许多大学和公司

致力于智能天线的研究。欧洲电信委员会

(ETSI)明确提出智能天线是第三代移动通

信系统必不可少的关键技术之一,并制定了

相应的开发计划。

2智能天线的基本概念

智能天线综合了自适应天线和阵列天

线的优点,以自适应信号处理算法为基础,

并引入了人工智能的处理方法。智能天线不

再是一个简单的单元,它已成为一个具有智

能的系统。其具体定义为:智能天线以天线

阵列为基础,在取得电磁信息之后,使用人

工智能的方法进行处理,对电磁环境做出分

析、判断,并自动调整本身的工作状态使之

达到最佳。依据天线的智能化程度可将天线

分成可变波束天线、动态相控阵列和自适应

阵列3类。可变波束天线依据接收功率最大

原则,在几个预设阵列波束中进行切换;动

态相控阵列使用测向算法,能够连续追踪用

户的方向而改变天线的波束,使接收功率达

到最大;自适应阵列既对用户进行测向,又

对各种干扰源进行测向,在形成波束时,不

仅使接收功率最大,而且使噪声降到最低,

从而使接收信噪比最高。

智能天线的发展可分成3个阶段:第1

阶段是应用于上行链路,通过使用智能天线

增加基站的接收增益,从而使接收机的灵敏

度和接收距离大大增加;第2阶段是将智能

天线技术同时应用于下行链路,在智能天线

应用于下行链路后,能够控制波束的发射方

向,从而有助于频率的复用,提高系统的容

量;最后一个阶段是完全的空分多址,此时

在一个蜂窝系统中,可以将同一个物理信道

分配给不同的用户,例如,在TDMA中,可以将

同一小区内同一时隙同一载波同时分配给

两个用户。

3智能天线的组成和关键技术

智能天线主要分为天线阵列、接收通道

及数据采集、信息处理3部分。在移动通信

系统中,天线阵列通常采用直线阵列和平面

阵列两种方式。在确定天线阵列的形式后,

天线单元的选择就十分关键。天线单元不仅

要达到本身的性能指标,还必须具有单元之

间的互耦小、一致性好以及加工方便的特点。

目前微带天线使用较多。

接收通道及数据采集部分主要完成信

号的高频放大、变频和A/D转换,以形成数

字信号。目前,受A/D器件抽样速率的限制,

不能直接对高射频信号和微波信号进行采

样,必须对信号进行下变频处理,降低采样

速率。

信息处理部分是智能天线的核心部分,

主要完成超分辨率阵列处理和数字波束形

成两方面的功能。进行超分辨率阵列处理的

目的是获得空间信号的参数,这些参数主要

包括信号的数目、信号的来向、信号的调制

方式及射频频率等,其中信号的来向对于实

现空分多址和自适应抑制干扰有着重要作

用。在众多的超分辨率测向算法中,MUSIC算

法及其改进算法一直占据主导地位,它不受

天线阵排阵方式的影响,只需经过一维有哪些信誉好的足球投注网站

就能实现对信号来向的无偏估计,并且估计

的方差接近CRLB。此外,使用ESPRIT算法来

解决移动通信中的测向问题也得到了广泛

的研究。数字波束形成主要通过调整加权系

数来达到增强有用信号和抑制干扰的作用,

它需要收敛速度快、精度高的算法支持。根

据所需先验知识的不同,目前的波束形成算

法主要有3类:以信号来向为先验知识,如

LCMV算法;以参考信号为先验知识,包括LMS

算法及其改进算法NLMS、RLS等;不需要任

何先验知识,如CMA算法。由于移动通信环

境复杂,各种算法也有各自的优缺点,因此

系统中必须对多种算法取长补短,才能达到

最佳效果。

4智能天线的特点和优势

(1)提高系统容量

在蜂窝系