4g通信系统中的智能天线技术

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------4G通信系统中的智能天线技术信息技术张臻福建省邮电规划设计院有限公司【摘要】文章介绍了基于智能天线收发机结构的最新进展和优点，并且探讨了4G移动通信系统的智能天线技术发展趋势和面临的一些问题。【关键词】MIMO；智能天线一、引言智能天线是一种安装于基站的双向天线，它通过一组带可编程电子相位的固定天线单元获取针对覆盖的方向，同时能够获取基站和手机之间各链路的方向特性。智能天线技术是

2、一种能够提高无线通信系统容量和抗干扰能力的技术，利用天线阵列中各个单元之间的位置关系，也就是利用了信号的相位关系来克服多址干扰和多径干扰。MIMO系统(Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出技术)是指在发射端和接收端同时使用多个天线的通信系统。MIMO系统能够有效的利用随机衰落和可能存在的多径传播成倍的提高业务传输速率。核心技术是空时信号的处理，也就是利用多个时间域和空间域的结合进行信号处理。因此，MIMO系统可以看作是智能天线技术的扩展。二、智能天线结构和技术分类下图所示，数据比特流经过编码、调制和空时处理（波束成行或———————

3、———————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------空时编码）后，转换成不同的信息符号，从几个天线同时发射出去，经过无线信道空中传播后，在接收端用多根天线进行接收，同时相应的解调、解码和空时处理，转换为数据。波束中发送的信息不同而且相互不干扰。每个波束方向都是固定的，波束的宽度也随着天线阵元数的变化而变化。对于手机用户，基站在发送信息时必须要选择不同的对应波束，这样才能

4、接收到最强的信号。由于扇形失真，波束转换天线增益在方位角上不均匀分布。多波束天线在整个用户区都是利用多个并行的波束进行覆盖，每个波束都有固定的指向，波束宽度的确定与天线元的数目相关。当手机在覆盖区域中移动时，基站在几个互不相同的对应的波束中进行选择，接收其中最强的信号。用户的信号并不一定会处于波束中心，当用户的位置在波束的边缘或者干扰信号位于波束的中心时，接收效果最差，因此多波束天线在实际应用中无法实现接收到最强的信号，该技术一般只用作接收天线。当然，多波束天线也有一定的优势。与自适应天线阵列相比，多波束天线的结构简单、无需判定用户信号到达方向。自适应天线阵列在实际工

5、程应用中通常采用4组到16组天线的阵元结构，相邻阵元的间距取值一般为接收信号中心频率波长的二分之一。如果阵元间距过大，会导致接收信号相关度降低；如果阵元间距过小，会导致方向图产生不多余要的波瓣形成干扰，因此阵元间距必须为二分之一波长。天线阵元的分布方式分为直线型、环型和平面型等几种。自适应天线阵列是通信网络中智能天线的主要类型，负责——————————————————————————————————————----------------------------------------------------------------------------------

6、--------------用户信号接收和发送。自适应天线阵列采用数字信号处理技术识别用户信号的DOA，或者是主波束的方向。根据不同空间手机用户信号传播方向的不同，自适应天线阵列能够提供不同的空间通道，有效克服对移动通信网络的干扰。自适应天线阵列是一个由天线阵列和实时自适应信号接收处理器组成的一个闭环反馈控制系统，天线阵列方向图通过反馈控制法自动调准，这就使得它在干扰方向上产生零陷，从而抵消掉干扰信号，同时还能够加强有用的信号，达到抗干扰的目的。自适应天线阵列接收到的信号被加权和合并，取得最佳的信噪比系数。三、智能天线的优点多径问题一直都是移动通信网络所面对的主要问题

7、。多径传播会造成接收端信号的幅度变化，也就是多径衰落。多径传播时延扩展导致符号间干扰，严重地影响通信链路质量。同时，共信道干扰是移动通信系统容量的主要限制因素，严重影响了用户对移动通信网络资源（如频率、时间）的复用。智能天线的引用，克服了传统天线无法解决的问题，通过利用多径改善系统通信质量，通过减小相互干扰来增加系统容量，并且不同的天线波束可以发射不同的数据。综合以上几点，智能天线的优点可以归纳如下：（1）增加无线网络覆盖范围；（2）降低功率、减小成本；（3）改善通信质量、增加系统可靠性；（4）增加系统容量。四、4G移动通信系统中的智能天线技术4G—