浅析智能天线

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1、浅析智能天线论文关键词：智能天线空分多址自适应天线阵列论文摘要：主要介绍了智能天线的提出背景、基本概念、关键技术、优点以及国外的研宄进展情况，最后指出了智能天线的发展方向。1刖旨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

2、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

3、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

4、，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

5、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，只需经过一维搜索就能实现对信号来向的无偏估计，并且估计的方差接近CRLBo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宄。数字波束形成主要通过调整加权系数来达到增强有用

6、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统中，用户的干扰主要来自其他用户，而智能天线将波束零点对准其他用户，从而减少了干扰的影响。由于系统提高了接收信噪比，因此减少了频谱资源的复用距离，从而获得了更大的系统容量。(2)扩大小区

7、覆盖距离和范围使用智能天线可以提高用户和基站的功率接收效率，进一步扩大基站的通信距离，减少功率损失，从而延长电池的寿命，减小用户的终端。(3)减少多径干扰影响智能天线使用阵列天线，通过利用多个天线单元的接收信息和分集技术，可以将多径衰落和其他多径效应最小化。(4)降低蜂窝系统的成本智能天线利用多种技术优化了信号的接收，从而能够显著降低放大器成本和功率损耗，提高系统的可靠性，实现系统的低成本。(5)提供新服务智能天线在使用过程中必须对用户进行测向，以确定用户的位置，从而为用户提供基