移動(dòng)通信中的天線(xiàn)技術(shù)(3)

３．自適應天線(xiàn)陣
　　自適應天線(xiàn)陣（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ａｒｒａｙ），最初應用于雷達、聲納、軍事方面，主要用來(lái)完成空間濾波和定位，如相控陣雷達就是一種較簡(jiǎn)單的自適應天線(xiàn)陣。自適應天線(xiàn)是通過(guò)反饋控制方式連續調整本身方向圖的天線(xiàn)陣，其方向圖與變形蟲(chóng)相似，沒(méi)有固定的形狀，隨著(zhù)信號及干擾而變化。一般采用４？１６個(gè)天線(xiàn)陣元結構，陣元間距１／２波長(cháng)，間距過(guò)大則各接收信號相關(guān)程度降低，間距過(guò)小則會(huì )在方向圖形成不必要的副瓣。智能天線(xiàn)采用數字信號處理技術(shù)（ＤＳＰ）識別用戶(hù)信號到達方向，并在此方向形成天線(xiàn)主波束，提供空間信道。由于自適應天線(xiàn)能形成不同的天線(xiàn)方向圖，并且可以用軟件設計完成自適應算法更新，自適應地調整方向圖，可以在不改變系統硬件配置的前提下，增加系統靈活性，所以又被稱(chēng)為軟件天線(xiàn)。自適應天線(xiàn)陣的缺點(diǎn)是算法較復雜，動(dòng)態(tài)響應速度較慢。

　　自適應天線(xiàn)研究的核心是自適應算法，目前已提出很多著(zhù)名算法，概括地講有非盲算法和盲算法兩大類(lèi)。非盲算法是指需借助參考信號（導頻序列或導頻信道）的算法，此時(shí)收端知道發(fā)送的是什么，進(jìn)行算法處理時(shí)要么先確定信道響應再按一定準則，比如最優(yōu)的迫零準則（Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ）確定各加權值，要么直接按一定的準則確定或逐漸調整權值，以使智能天線(xiàn)輸出與已知輸入最大相關(guān)，常用的相關(guān)準則有ＭＭＳＥ（最小均方誤差）、ＬＭＳ（最小均方）和ＬＳ（最小二乘）等。盲算法則無(wú)需發(fā)端傳送已知的導頻信號，判決反饋算法（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）是一類(lèi)較特殊的盲算法，收端自己估計發(fā)送的信號并以此為參考信號進(jìn)行上述處理，但需注意的是應確保判決信號與實(shí)際傳送的信號間有較小差錯。盲算法一般利用調制信號本身固有的、與具體承載的信息比特無(wú)關(guān)的一些特征，并調整權值以使輸出滿(mǎn)足這種特性，常見(jiàn)的是各種基于梯度的使用不同約束量的算法。非盲算法相對盲算法而言，通常誤差較小，收斂速度也較快，但需浪費一定的系統資源，將兩者結合的有一種半盲算法，即先用非盲算法確定初始權值，再用盲算法進(jìn)行跟蹤和調整，這樣做一方面可綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，一方面也是與實(shí)際的通信系統相一致的，因為通常導頻符不會(huì )時(shí)時(shí)發(fā)送而是與對應的業(yè)務(wù)信道時(shí)分復用的。

　　需要注意的是，智能天線(xiàn)對每個(gè)用戶(hù)的上行信號均采用賦形波束，但當用戶(hù)沒(méi)有發(fā)射，僅處于接收狀態(tài)時(shí)，又是在基站的覆蓋區域內移動(dòng)（空閑狀態(tài)），基站是不可能知道該用戶(hù)所處的方位，只能使用全向波束進(jìn)行發(fā)射（如系統中的同步、廣播、尋呼等物理信道），即基站必須能提供全向和定向的賦形波束。這樣一來(lái)，對全向信道來(lái)說(shuō)，將要求高得多的發(fā)射功率，這是系統設計時(shí)所必須考慮的。

　?。矗悄芴炀€(xiàn)的應用實(shí)例

　　目前已經(jīng)有一些智能天線(xiàn)投入了商用，如上海聯(lián)通使用了美國Ｍｅｔａｗａｖｅ公司的ＳｐｏｔＬｉｇｈｔ ＧＳＭ智能天線(xiàn)系統，取得了良好的效果。ＳｐｏｔＬｉｇｈｔ ＧＳＭ天線(xiàn)屬于多波束智能天線(xiàn)，它用４個(gè)３０°天線(xiàn)代替一個(gè)１２０°扇面天線(xiàn)。系統依靠專(zhuān)利的最佳波束選擇算法轉換發(fā)射和接收波束。射頻能量在每一時(shí)隙在一指定的３０°波束內而不是整個(gè)１２０°扇面中作下行線(xiàn)發(fā)射，所以同信道干擾在鄰近蜂窩中大大減少。同樣，對接收同信道干擾的開(kāi)放波束也有效地從１２０°減到３０°。這樣，相對于單一１２０°扇面天線(xiàn)，３０°天線(xiàn)有效地降低了４倍的同信道干擾，理論上相當于６ｄＢ的Ｃ／Ｉ改善。這個(gè)增益使得通信信道的上行（手機－基站）和下行（基站－手機）都得到了改善。在上行方面，安裝了智能天線(xiàn)系統的小區的載干比得到了增加；而在下行方面，原有的那些可視范圍內的同頻小區的載干比得到了增加。如果要保持原有的Ｃ／Ｉ值，則可以采用更密集的頻率復用方式，從而提高了系統容量。ＳｐｏｔＬｉｇｈｔ ＧＳＭ執行波束轉換，無(wú)須與基站的額外通信，所以ＳｐｏｔＬｉｇｈｔ ＧＳＭ系統的安裝不增加基站通信負荷。事實(shí)上，由于無(wú)效試呼以及干擾或不良覆蓋引起的重撥減少，基站處理器的負荷也降低了。此外，在測試中還發(fā)現在使用了智能天線(xiàn)的小區中，不僅小區中的網(wǎng)絡(luò )容量和質(zhì)量都得到有效地提高，小區中手機的平均接收功率和發(fā)射功率都下降了２－３ ｄＢ，尤其是手機的發(fā)射功率，下降為原來(lái)的５４％，而手機以滿(mǎn)功率發(fā)射的比率也從２２％下降到８％。ＳｐｏｔＬｉｇｈｔ ＧＳＭ智能天線(xiàn)通過(guò)降低手機的收發(fā)功率減少了手機電磁波對人體的輻射，并通過(guò)提高網(wǎng)絡(luò )的容量和質(zhì)量，減少了小區中所需建立的新基站，因此有“綠色天線(xiàn)”之美稱(chēng)。

三、結束語(yǔ)

　　天線(xiàn)作為移動(dòng)通信的重要組成部分，在提高網(wǎng)絡(luò )性能、改善網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量等方面起著(zhù)巨大的作用。天線(xiàn)技術(shù)發(fā)展迅速，天線(xiàn)的分集技術(shù)是提高系統增益的一個(gè)重要手段，分集方式有空間分集和極化分集等多種；為了工程和維護的方便，出現了可電調傾角的天線(xiàn)；為了保證天線(xiàn)方向圖不變形扭曲，發(fā)展了內置傾角天線(xiàn)。尤其近年的智能天線(xiàn)更是代表了移動(dòng)通信天線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展方向，它已經(jīng)在實(shí)際應用中表現出了極大的優(yōu)勢，但在加快波束賦型響應速度及切換等方面還需進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。