移動(dòng)通信中的天線(xiàn)技術(shù)(2)
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?。常捎?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/分集">分集技術(shù)提高增益
由于傳播環(huán)境的惡劣，無(wú)線(xiàn)信號會(huì )產(chǎn)生深度衰落和多普勒頻移等，使接收電平下降到熱噪聲電平附近，相位亦隨時(shí)間產(chǎn)生隨機變化，從而導致通信質(zhì)量下降。對此，我們可以采用分集接收技術(shù)減輕衰落的影響，獲得分集增益，提高接收靈敏度。分集天線(xiàn)有空間分集、方向分集、極化分集和場(chǎng)成分分集等?？臻g分集是利用多副接收天線(xiàn)來(lái)實(shí)現的。在發(fā)端采用一副天線(xiàn)發(fā)射，而在接收端采用多副天線(xiàn)接收。接收端天線(xiàn)之間的距離ｄ≥λ／２（λ為工作波長(cháng)），以保證接收天線(xiàn)輸出信號的衰落特性是相互獨立的，也就是說(shuō)，當某一副接收天線(xiàn)的輸出信號很低時(shí)，其他接收天線(xiàn)的輸出則不一定在這同一時(shí)刻也出現幅度低的現象，經(jīng)相應的合并電路從中選出信號幅度較大、信噪比最佳的一路，得到一個(gè)總的接收天線(xiàn)輸出信號。這樣就降低了信道衰落的影響，改善了傳輸的可靠性。該技術(shù)在模擬頻分移動(dòng)通信系統（ＦＤＭＡ）、數字時(shí)分系統（ＴＤＭＡ）及碼分系統（ＣＤＭＡ）中都有應用。
空間分集接收的優(yōu)點(diǎn)是分集增益高，缺點(diǎn)是還需另外一根單獨的接收天線(xiàn)。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，近來(lái)又生產(chǎn)出定向雙極化天線(xiàn)。在移動(dòng)信道中，兩個(gè)在同一地點(diǎn)、極化方向相互正交的天線(xiàn)發(fā)出的信號呈現出互不相關(guān)衰落特性。利用這一特點(diǎn)，在發(fā)端同一地點(diǎn)裝上垂直極化和水平極化兩副發(fā)射天線(xiàn)，在收端同一地點(diǎn)裝上垂直極化和水平極化兩副接收天線(xiàn)，就可以得到兩路衰落特性互不相關(guān)的極化分量Ｅｘ和Ｅｙ。所謂定向雙極化天線(xiàn)就是把垂直極化和水平極化兩副接收天線(xiàn)集成到一個(gè)物理實(shí)體中，通過(guò)極化分集接收來(lái)達到空間分集接收的效果，所以極化分集實(shí)際上是空間分集的特殊情況。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是它只需一根天線(xiàn)，結構緊湊，節省空間，缺點(diǎn)是它的分集接收效果低于空間分集接收天線(xiàn)，并且由于發(fā)射功率要分配到兩副天線(xiàn)上，將會(huì )造成３ｄＢ的信號功率損失。
分集增益依賴(lài)于基站天線(xiàn)間不相關(guān)特性的好壞，通過(guò)在水平或垂直方向上天線(xiàn)位置間的分離來(lái)實(shí)現空間分集?？臻g上的位置分離保證兩面接收天線(xiàn)分別接收不同路徑來(lái)的移動(dòng)臺信號，同時(shí)也使兩面天線(xiàn)間滿(mǎn)足一定隔離度的要求。若采用交叉極化天線(xiàn)，同樣需要滿(mǎn)足這種隔離度要求。對于極化分集的雙極化天線(xiàn)來(lái)說(shuō)，天線(xiàn)中兩個(gè)交叉極化輻射源的正交性是決定無(wú)線(xiàn)信號上行鏈路分集增益的主要因素。該分集增益依賴(lài)于雙極化天線(xiàn)中兩個(gè)交叉極化輻射源是否在相同的覆蓋區域內提供了相同的信號場(chǎng)強。兩個(gè)交叉極化輻射源要求具有很好的正交特性，并且在整個(gè)１２０°扇區及切換重疊區內保持很好的水平跟蹤特性，代替空間分集天線(xiàn)所取得的覆蓋效果。大多數交叉極化天線(xiàn)在天線(xiàn)場(chǎng)圖的主瓣方向具有很好的電氣特性，但對于基站天線(xiàn)來(lái)說(shuō)，還要求在小區的邊緣及切換重疊區內仍能保持較好的交叉極化特性。為了獲得好的覆蓋效果，要求天線(xiàn)在整個(gè)扇區范圍內均具有高的交叉極化分辨率。雙極化天線(xiàn)在整個(gè)扇區范圍內的正交特性，即兩個(gè)分集接收天線(xiàn)端口信號的不相關(guān)性，決定了雙極化天線(xiàn)總的分集效果。為了在雙極化天線(xiàn)的兩個(gè)分集接收端口獲得較好的信號不相關(guān)特性，兩個(gè)端口之間的隔離度通常要求達到３０ ｄＢ以上。
分集天線(xiàn)把多徑信號分離出來(lái)，使其互不相干，然后通過(guò)合并技術(shù)將分離出來(lái)的信號合并起來(lái)，獲得最大的信噪比收益。常用的合并方法有選擇性合并、切換合并、最大比合并、等增益合并等，本文不作詳細論述。
二、智能天線(xiàn)技術(shù)
?。保畟鹘y天線(xiàn)的局限性
近年來(lái)，隨著(zhù)通信需求的不斷發(fā)展，智能天線(xiàn)技術(shù)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，它幫助無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商達到了２個(gè)極具價(jià)值的目的：提供更高的數據傳輸速率和增加了網(wǎng)絡(luò )的容量。在ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ和３Ｇ網(wǎng)絡(luò )中，運營(yíng)商開(kāi)始利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )為用戶(hù)提供分組數據業(yè)務(wù)。與話(huà)音業(yè)務(wù)一樣，數據業(yè)務(wù)要達到規定的傳輸速率同樣需要一定質(zhì)量的無(wú)線(xiàn)信號，這就取決于網(wǎng)絡(luò )的載干比（Ｃ／Ｉ）。載干比過(guò)低將嚴重影響傳輸速率和服務(wù)質(zhì)量；而在ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò )的中后期，系統容量不斷增加，小區不斷分裂，而隨之增加的干擾則阻礙了系統容量的進(jìn)一步增加，傳統的全向天線(xiàn)和定向天線(xiàn)已不能滿(mǎn)足需要。智能天線(xiàn)利用數字信號處理技術(shù)產(chǎn)生空間定向波束，為每個(gè)用戶(hù)提供一個(gè)窄的定向波束，使信號在有效的方向區域內發(fā)送和接收，充分利用信號的有效發(fā)射功率，降低信號全向發(fā)射帶來(lái)的電磁污染和相互干擾，從而提高了載干比，而載干比提高了，就可以提供更高的數據傳輸速率和更大的網(wǎng)絡(luò )容量。
干擾是蜂窩系統性能和容量限制的重要因素，它引起串音、通話(huà)丟失或通話(huà)信號跌落并使用戶(hù)心煩意亂，最重要的是干擾限制了經(jīng)營(yíng)商可復用頻率的緊密度，因此也限制了從固定射頻頻譜中提取通信承載容量的程度。干擾可來(lái)自另一移動(dòng)終端、在同一頻率工作的其它蜂窩站址、或泄入分配頻譜的帶外射頻能量。蜂窩干擾最通常的種類(lèi)有同信道干擾和相鄰信道干擾。同信道干擾是由使用同一頻率的非相鄰蜂窩的發(fā)射引起的。這種干擾在接近蜂窩邊界時(shí)最明顯，此時(shí)與使用相同頻率的鄰近蜂窩的物理分隔處于最低程度。相鄰信道干擾是由使用相鄰頻率的鄰近蜂窩對用戶(hù)信道的漏泄而造成的。在相鄰信道，用戶(hù)在極靠近電話(huà)用戶(hù)接收機處工作時(shí)，或者用戶(hù)信號大大弱于相鄰信道用戶(hù)的信號時(shí)會(huì )發(fā)生這種情況。載干比是通話(huà)質(zhì)量的重要標志，對用戶(hù)而言，較高的Ｃ／Ｉ比就是較低的干擾、更少的掉話(huà)以及改善的音頻質(zhì)量；對經(jīng)營(yíng)商而言，較高的Ｃ／Ｉ比可以使信號距離延伸以及采用更為緊密的頻率復用方式，因此增加了整個(gè)系統的容量。
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智能天線(xiàn)是一個(gè)天線(xiàn)陣列，它由Ｎ個(gè)天線(xiàn)單元組成，每個(gè)天線(xiàn)單元有Ｍ套加權器，可以形成Ｍ個(gè)不同方向的波束，用戶(hù)數Ｍ可以大于天線(xiàn)單元數Ｎ。根據采用的天線(xiàn)方向圖形狀，智能天線(xiàn)可以分為２類(lèi)：多波束天線(xiàn)和自適應天線(xiàn)陣。
多波束天線(xiàn)利用多個(gè)并行波束覆蓋整個(gè)用戶(hù)區，每個(gè)波束的指向是固定的，波束寬度隨陣元數目而定。隨著(zhù)用戶(hù)在小區中的移動(dòng)，基站相應選擇不同的波束，使接收信號最強。但是由于它的波束不是任意指向的，而只能對當前傳輸環(huán)境進(jìn)行部分匹配。當用戶(hù)不在固定波束的中心處，而處于波束邊緣時(shí)，且干擾信號處于波束中心時(shí)，接收效果最差，所以多波束天線(xiàn)不能實(shí)現信號最佳接收。但與自適應天線(xiàn)陣相比，它具有結構簡(jiǎn)單、無(wú)須判斷用戶(hù)信號到達方向以及響應速度快等優(yōu)點(diǎn)。更主要的是，上行鏈路的同一波束也可用于下行鏈路，從而在下行鏈路上也能提供增益。但是由于扇形失真，如波束間方向圖的區別，多波束天線(xiàn)獲得的增益與角度成非均勻分布。它在波束間的區別有時(shí)會(huì )達到２ｄＢ，還有可能由于多徑或干擾的影響，它們鎖定在錯誤的波束上，因為它們無(wú)法抑制和有用信號處在同一波束內的干擾信號。多波束天線(xiàn)又稱(chēng)波束切換天線(xiàn)，實(shí)際上我們可將其看作是介于扇形定向天線(xiàn)與全自適應天線(xiàn)間的一種技術(shù)。多波束天線(xiàn)中值得研究的有以下內容：如何劃分空域，即確定波束的問(wèn)題，包括數目和形狀；挑選波束的準則；波束跟蹤的實(shí)現，主要指的是實(shí)現快速搜索算法等；切換波束與自適應波束成型的理論關(guān)系等。
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