未來移動通信系統(tǒng)中的智能天線技術(shù)會是怎么樣的

　　隨著全球通信業(yè)務的迅速發(fā)展，作為未來個人通信主要手段的無線移動通信技術(shù)引起人們極大關注。如何消除同信道干擾 （CCI）、多址干擾（MAI）與多徑衰落的影響成為人們在提高無線移動通信系統(tǒng)性能時考慮的主要因素。智能天線利用數(shù)字信號處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分高效利用移動用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的。與其它日漸深入和成熟的干擾削除技術(shù)相比，智能天線技術(shù)在移動通信中的應用研究更顯得方興未艾并顯示出巨大潛力。

　　1 智能天線技術(shù)的起源和發(fā)展智能天線通常包括多波束智能天線和自適應陣智能天線。智能天線最初廣泛應用于雷達、聲納及軍事通信領域，由于價格等因素一直未能普及到其它通信領域。近年來，現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展迅速，數(shù)字信號處理芯片處理能力不斷提高，芯片價格已經(jīng)可以為現(xiàn)代通信系統(tǒng)所接受。同時，利用數(shù)字技術(shù)在基帶形成天線波束成為可能，以此代替模擬電路形成天線波束方法，提高了天線系統(tǒng)的可靠性與靈活程度，智能天線技術(shù)因此開始在移動通信中得到應用。另一方面移動通信用戶數(shù)目增加迅速，人們對移動通話質(zhì)量的要求也不斷提高，這要求蜂窩小區(qū)在大容量下仍有高的話音質(zhì)量。使用智能天線可以在不顯著增加系統(tǒng)復雜度情況下滿足擴充容量的需要。不同于常規(guī)的扇區(qū)天線和天線分集方法，通過在基站使用全向收發(fā)智能天線，可以為每個用戶提供一個窄的定向波束，使信號在有限的方向區(qū)域發(fā)送和接收，充分利用了信號發(fā)射功率，降低了信號全向發(fā)射帶來的電磁污染與相互干擾。不同于傳統(tǒng)的時分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）或碼分多址 （CDMA）方式，智能天線引入了第四維多址方式：空分多址（SDMA）方式。在相同時隙、相同頻率或相同地址碼情況下，用戶仍可以根據(jù)信號不同的空間傳播路徑而區(qū)分。智能天線相當于空時濾波器，在多個指向不同用戶的并行天線波束控制下，可以顯著降低用戶信號彼此間干擾。具體而言，智能天線將在以下方面提高未來移動通信系統(tǒng)性能：（1）擴大系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域；（2） 提高系統(tǒng)容量；（3）提高頻譜利用效率；（4）降低基站發(fā)射功率，節(jié)省系統(tǒng)成本，減少信號間干擾與電磁環(huán)境污染。智能天線可以通過模擬電路方式實現(xiàn)：首先根據(jù)天線方向圖確定饋源的激勵系數(shù)，然后確定饋源的饋電網(wǎng)絡即波束形成網(wǎng)絡。由于饋電布線呈矩陣狀，實現(xiàn)很復雜，隨著陣元數(shù)目增加，更增加電路復雜度。為此，未來移動通信智能天線采用數(shù)字方法實現(xiàn)波束成形，即所謂數(shù)字波束形成DBF（Digital Beam-forming）天線。使用軟件設計完成自適應算法更新，可以在不改變系統(tǒng)硬件配置前提下，增加系統(tǒng)靈活性。

　　2 智能天線技術(shù)的實現(xiàn)方案

　　智能天線分為兩大類：多波束智能天線與自適應陣智能天線，簡稱多波束天線和自適應陣天線。多波束天線利用多個并行波束覆蓋整個用戶區(qū)，每個波束的指向是固定的，波束寬度也隨陣元數(shù)目的確定而確定。隨著用戶在小區(qū)中的移動，基站選擇不同的相應波束，使接受信號最強。因為用戶信號并不一定在固定波束的中心處，當用戶位于波束邊緣，干擾信號位于波束中央時，接收效果最差，所以多波束天線不能實現(xiàn)信號最佳接收，一般只用作接收天線。但是與自適應陣天線相比，多波束天線具有結(jié)構(gòu)簡單、無需判定用戶信號到達方向的優(yōu)點。自適應陣天線一般采用4～16天線陣元結(jié)構(gòu)，陣元間距1／2波長，若陣元間距過大，則接收信號彼此相關程度降低，太小則會在方向圖形成不必要的柵瓣，故一般取半波長。陣元分布方式有直線型、圓環(huán)型和平面型。自適應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。自適應陣天線系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理技術(shù)識別用戶信號到達方向，并在此方向形成天線主波束。自適應陣天線根據(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。智能天線采用數(shù)字方法對陣元接收信號加權(quán)處理形成天線波束，使主波束對準用戶信號方向，而在干擾信號方向形成天線方向圖零陷或較低的功率方向圖增益，達到抑制干擾的目的。根據(jù)天線波束形成的不同過程，實現(xiàn)智能天線的方式又分為兩類：組件空間處理方式與波束空間處理方式，以下分別討論。