智能天線(xiàn)技術(shù)改善頻譜使用效率

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信業(yè)的高速發(fā)展及無(wú)線(xiàn)通信用戶(hù)的飛速增長(cháng)，市場(chǎng)對無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷改進(jìn)和更新提出了更高的要求。而如何提高無(wú)線(xiàn)頻譜的使用效率則是近些 年來(lái)各種新技術(shù)所面臨解決的核心問(wèn)題。尤其是當我國全面進(jìn)入WTO后，移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)隨著(zhù)同世界全面接軌，將面臨新的挑戰。目前，頻率資源的投入已成為全球 各運營(yíng)商資金投入成本的重要組成部分?？梢灶A言，在我國，頻率資源不再無(wú)償使用的日子已為期不遠了。因此，如何采取新技術(shù)提高有限頻率資源的使用效率已成 為人們日益關(guān)注的課題。全球第一部移動(dòng)手機的研發(fā)者，被譽(yù)為“世界手機之父”的馬丁·庫珀先生曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“我們并不缺乏頻率，我們缺乏的是頻率的使用效 率。”近些年來(lái)，隨著(zhù)微電子技術(shù)的高速發(fā)展，智能天線(xiàn)技術(shù)作為有效解決這一問(wèn)題的新技術(shù)已成功應用于移動(dòng)通信系統，并通過(guò)對無(wú)線(xiàn)數字信號的高速時(shí)空處理， 極大的改善了無(wú)線(xiàn)信號的傳輸，成倍地提高了系統的容量和覆蓋范圍，從而極大的改善了頻譜的使用效率。

一、智能天線(xiàn)的原理

智能天線(xiàn)最初廣泛應用于雷達、聲納及軍事通信領(lǐng)域，后來(lái)被引入移動(dòng)通信系統中。智能天線(xiàn)通常包括波束轉換智能天線(xiàn)(Switched Beam Antenna) 和自適應陣列智能天線(xiàn)(Adaptive Array Antenna)。自適應陣列智能天線(xiàn)利用基帶數字信號處理技術(shù)，通過(guò)先進(jìn)的算法處理，對基站的接收和發(fā)射波束進(jìn)行自適應的賦形，從而達到降低干擾、增加 容量、擴大覆蓋和提高無(wú)線(xiàn)數據傳輸速率的目的。目前，自適應陣列智能天線(xiàn)已經(jīng)成為智能天線(xiàn)發(fā)展的主流。

移動(dòng)通信信道傳輸環(huán)境較惡劣。實(shí)際 環(huán)境中的干擾和多徑衰落現象異常復雜，多徑衰落、時(shí)延擴展造成的符號間串擾ISI（Inter-Symbol Interference）、FDMATDMA系統（如GSM）由于頻率復用引入的同信道干擾（CCI，Co-Channel Interference）、CDMA系統中的MAI（Multiple Access Interference）等都使鏈路性能、系統容量下降。

自適應陣列天線(xiàn)技術(shù)是近30年中最先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)技術(shù)之一，它利用基帶數字信號處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線(xiàn)主波束即最大增益點(diǎn)對準用戶(hù)信號到達方向，旁 瓣或零陷對準干擾信號到達方向，從而給有用信號帶來(lái)最大增益，有效的減少多徑效應所帶來(lái)的影響，同時(shí)達到對干擾信號刪除和抑制的目的（如圖1所示）。使用 自適應陣列天線(xiàn)技術(shù)能帶來(lái)很多好處，如擴大系統覆蓋區域、提高系統容量、提高數據傳輸速率、提高頻譜利用效率、降低基站發(fā)射功率、節省系統成本、減少信號間干擾與電磁環(huán)境污染等。

自適應陣天線(xiàn)一般采用4～16天線(xiàn)陣元結構，在FDD中陣元間距1／2波長(cháng)，若陣元間距過(guò)大，則接收信號彼此相關(guān)程度降低；太小則會(huì )在方向圖形成不必要的柵 瓣，故一般取半波長(cháng)。而在TDD中, 如美國ArrayComm公司在PHS系統中的自適應陣列天線(xiàn)的陣元間距為5個(gè)波長(cháng)。間距寬而波束更窄，而PHS系統中采用TDD模式,因而更容易進(jìn)行定 位處理。即使旁瓣多，但由于用戶(hù)和信道都比較少，因而不會(huì )帶來(lái)不利的影響。

陣元分布方式有直線(xiàn)型、圓環(huán)型和平面型。自適應天線(xiàn)是智能天線(xiàn)的主要類(lèi)型，可以實(shí)現全向天線(xiàn)，完成用戶(hù)信號接收和發(fā)送。自適應陣天線(xiàn)系統采用數字信號處理技術(shù)識別用戶(hù)信號到達方向，并在此方向形成天線(xiàn)主波束。自適應陣天線(xiàn)根據用戶(hù)信號的不同空間傳播方向提供不同的空間信道，等同于信號有線(xiàn)傳輸的線(xiàn)纜，有效克服了干擾對系統的影響。