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1、智能天线技术与应用的综述摘要：在移动通信领域，形成了一个新的研究热点--智能天线（SmartAntennas），本文首先对智能天线做一定的概述，论述智能天线的结构，主要探究智能天线在移动通信系统和智能天线技术在军事上的应用。1智能天线技术的概述1.1发展历程智能天线起源于军事上雷达和声纳系统中所采用的自适应天线。最初研究对象是雷达天线阵,目的是提高雷达的系统性能和电子对抗的能力。近年来,随着微机和数字信号处理技术的发展,DSP芯片的处理能力日益提高,价格也逐渐能够为科研和生产所接受,这在一定程度上
2、促进了自适应天线的快速发展。20世纪50年代,美国出于增强卫星通信信号的需要,开始研究最初意义上的自适应天线。早期自适应天线研究主要局限于雷达系统,其波束形成网络由微波器件完成。自适应天线阵列的概念自1959年提出以来,其发展大体可划分为四个阶段,IEEE天线传播杂志(T-AP)对这四个阶段作了总结,20世纪60年代主波束自适应控制发展阶段,如自适应波束操纵天线等;70年代,零向自适应控制发展阶段,如自适应滤波、自适应调零、自适应旁瓣对消、自适应杂波控制等;80年代,空间信号来向估计的空间谱估计发
3、展阶段,如最大似然谱估计、最大熵谱估计、特征空间正交谱估算等;从上世纪90年代以后,即进入第四阶段,主要是进行实用性研究,并派生出了一些新名词和概念,如数字波束形成天线、智能天线,它们有着相同的技术内容,只是侧重点不同而已,从发展过程来看,它们一脉相承。智能天线的基本思想是:天线以多个高增益窄波束动态地跟踪多个期望用户,接收模式下,来自窄波束之外的信号被抑制;发射模式下,能使期望用户接收的信号功率最大,同时使窄波束照射范围以外的非期望用户受到的干扰最小。智能天线是利用用户空间位置的不同来区分不同用
4、户。智能天线与传统天线概念有本质的区别,其理论支撑是信号统计检测与估计理论、信号处理及最优控制理论;其技术基础是自适应天线和高分辨阵列信号处理。1.2智能天线的基本思想天线以多个高增益窄带波束动态地跟踪多个期望用户；接收模式下，来自窄带波束以外地信号被抑制；发射模式下，能使期望用户接收的信号功率最大，同时使窄带波束照射范围以外的非期望用户受到的干扰最小。2智能天线的结构2.1典型阵列均匀线阵（如图1a）；随机分步线阵（如图1b）；十字阵（如图1c）；图1三种典型阵列2.2结构原理图图2结构原理图2
5、.3系统组成天线阵列：天线阵元数量与天线阵元的配置方式，对智能天线的性能有着重要的影响；模数转换：接收链路：模拟信号→数字信号发射链路：数字信号→模拟信号智能处理：天线波束在一定范围内能根据用户的需要和天线传播环境的变化而自适应地进行调整，包括：以数字信号处理器和自适应算法为核心的自适应数字信号处理器，用来产生自适应的最优权值系数；以动态自适应加权网络构成自适应波束形成网络。3智能天线在移动通信中的应用近年来，随着微电子技术的高速发展，智能天线技术已成功应用于移动通信系统，并通过对无线数字信号的高
6、速时空处理，极大地改善了频谱的使用效率。今后几年我国将进入3G高速建设发展期，智能天线技术将会迎来广阔的发展空间。3.1智能天线的主要作用智能天线潜在的性能效益表现在多方面，例如，抗多径衰落、减小时延扩展、支持高数据速率、抑制干扰、减少远近效应、减小中断概率、改善比特差错率性能、增加系统容量、提高频谱效率、支持灵活有效的越区切换、扩大小区覆盖范围、灵活的小区管理、延长移动台电池寿命以及维护和运营成本较低等等。简单归纳起来智能天线的主要作用在以下两方面。改善系统性能，提高通信质量。采用智能天线技术可
7、提高第三代移动通信系统的容量及服务质量，WCDMA系统就采用自适应天线阵列技术，增加系统容量。我国TD－SCDMA系统是应用智能天线技术的典型范例。TD－SCDMA系统采用TDD方式，使上下射频信道完全对称，可同时解决诸如天线上下行波束赋形、抗多径干扰和抗多址干扰等问题。该系统具有准确的定位功能，可实现接力切换，减少信道资源浪费。3.2智能天线在3G中的应用美国、日本和欧洲等国非常重视未来移动通信中智能天线的作用，已经开展了大量的理论分析和研究。中国的TD-SCDMA是3G中比较明确使用智能天线的
8、方案。3G系统采用智能天线技术可提高其容量及系统服务质量，WCDMA系统就采用自适应天线阵列技术，增加系统容量。由我国大唐电信提出并拥有较多的基本专利的TD－SCDMA系统是应用智能天线技术的典型范例。TD－SCDMA系统采用TDD方式，使上下射频信道完全对称，可同时解决诸如天线上下行波束赋形、抗多径干扰和抗多址干扰等问题。TD－SCDMA系统采用了智能天线、联合检测等一系列关键技术。智能天线用于波束的赋形，从而在基站和用户之间建立起一条能量相对集中的无线链路，大大降低系统干扰，提
