GSM網(wǎng)絡(luò)中的智能天線應(yīng)用教程

一、智能天線應(yīng)用背景

最初的智能天線技術(shù)主要用于雷達(dá)、聲納、軍事抗干擾通信，用來(lái)完成空間濾波和定位等。近年來(lái)，隨著移動(dòng)通信的發(fā)展及對(duì)移動(dòng)通信電波傳播、組網(wǎng)技術(shù)、天線理論等方面的研究逐漸深入，現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展迅速，數(shù)字信號(hào)處理芯片處理能力不斷提高，利用數(shù)字技術(shù)在基帶形成天線波束成為可能，天線系統(tǒng)的可靠性與靈活程度不斷提高。

智能天線技術(shù)可用于具有復(fù)雜電波傳播的移動(dòng)通信環(huán)境。智能天線的原理是將無(wú)線電的信號(hào)導(dǎo)向具體的方向，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)到達(dá)方向DOA（DirectionofArrinal），旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向，達(dá)到充分高效利用移動(dòng)用戶信號(hào)并刪除或抑制干擾信號(hào)的目的。同時(shí)，智能天線技術(shù)利用各個(gè)移動(dòng)用戶間信號(hào)空間特征的差異，通過(guò)陣列天線技術(shù)在同一信道上接收和發(fā)射多個(gè)移動(dòng)用戶信號(hào)而不發(fā)生相互干擾，使無(wú)線電頻譜的利用和信號(hào)的傳輸更為有效。在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下，使用智能天線可滿足服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的需要。實(shí)際上，它使通信資源不再局限于時(shí)間域、頻率域或碼域而拓展到了空間域，屬于空分多址（SDMA）體制。第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)組織已經(jīng)認(rèn)識(shí)到智能天線在降低網(wǎng)絡(luò)干擾方面的重要作用，因此，在3G標(biāo)準(zhǔn)如WCDMA和cdma2000中，支持智能天線的條款已經(jīng)出現(xiàn)，智能天線已成為3G的重要組成部分。

目前除了極少數(shù)的國(guó)家有正式的3G商用網(wǎng)，我國(guó)和大多數(shù)地區(qū)3G仍然處于試驗(yàn)網(wǎng)的階段，預(yù)計(jì)未來(lái)兩到三年內(nèi)GSM網(wǎng)絡(luò)仍然是移動(dòng)話務(wù)的主要承載網(wǎng)絡(luò)。在中國(guó)大中城市GSM網(wǎng)的用戶數(shù)以每年約20%比例增加，在部分熱點(diǎn)地區(qū)，每平方公里承載的話務(wù)量甚至達(dá)到了1500erl。GSM網(wǎng)絡(luò)的容量在硬件配置充分的環(huán)境下完全受限于網(wǎng)絡(luò)的頻率資源，在有限的頻寬下，要增加網(wǎng)絡(luò)容量，只能減小頻率復(fù)用距離，而頻率復(fù)用距離越近，網(wǎng)絡(luò)的干擾越高。

根據(jù)目前GSM網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)驗(yàn)，在保證使用合適的小區(qū)信號(hào)的前提下，要保持網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量在客戶可接受的話音質(zhì)量（清晰無(wú)雜音）范圍內(nèi)，則必須按照載干比在18dB以上進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。無(wú)論是按照傳統(tǒng)的4/12頻率復(fù)用方式還是利用MRP或1*3頻率復(fù)用方式，在現(xiàn)有頻寬下均最多按照12dB的載干比進(jìn)行頻率規(guī)劃，剩余的載干比只能依靠動(dòng)態(tài)功率控制、跳頻、不連續(xù)發(fā)射等功能的增益進(jìn)行補(bǔ)償。降低網(wǎng)絡(luò)的干擾水平、提高系統(tǒng)的載干比在GSM高速增長(zhǎng)期，特別是在GPRS業(yè)務(wù)正式商用后顯得非常重要，因此不少GSM生產(chǎn)廠商和運(yùn)營(yíng)商都在考慮將3G標(biāo)準(zhǔn)中的智能天線用于GSM網(wǎng)絡(luò)中，一些廠商如愛(ài)立信、麥得威等公司在話務(wù)高的局部區(qū)域開(kāi)展了相應(yīng)的研究和試驗(yàn)，并取得了較理想的效果。

二、智能天線的原理

具有高增益、窄波束相位陣列天線的智能切換天線正在替代傳統(tǒng)的扇區(qū)天線。一個(gè)多波束的天線面板包括了4個(gè)30？（或者22.5？）的波束，因而接收信號(hào)時(shí)能夠接收到比標(biāo)準(zhǔn)扇區(qū)天線更少的干擾信號(hào)，故而提高接收信號(hào)的質(zhì)量。根據(jù)理論計(jì)算，一個(gè)包括4個(gè)可切換的窄波束天線的平均C/I值可比傳統(tǒng)的3-扇區(qū)天線系統(tǒng)增加6dB。

智能天線系統(tǒng)以時(shí)隙為基礎(chǔ)連續(xù)地進(jìn)行波束選擇，以確保用戶在通話過(guò)程中的話音質(zhì)量。

用于試驗(yàn)的智能天線有兩部分組成，即一根多波束陣列天線和一根雙極化天線，這兩部分可整體封裝在一個(gè)天線平板中也可以分開(kāi)使用。多波束陣列天線是一個(gè)由6？8天線陣源的天線陣列形成的4個(gè)水平3dB波瓣寬度22.5？多波束陣列天線，一般稱其為窄波束天線，其主要功能是發(fā)射話務(wù)信道的信號(hào)（TCH）和接收上行信號(hào)；雙極化天線包含2個(gè)水平3dB波瓣寬度90？天線，一般稱其為寬波束天線，其功能是發(fā)射控制信道的信號(hào)（如：BCCH，SDCCH和CBCH等等）。

三、智能天線在GSM網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用實(shí)例

1．引入智能天線的小區(qū)選擇