文档介绍：现代通信技术
题目:移动通信中的智能天线技术
院系:电子与信息工学院
班级:XX
姓名:XX
学号:XX
移动通信中的智能天线技术
摘要:近年来,智能天线技术已成为移动通信领域中最具有吸引力的技术之一。本文对智能天线的产生背景、基本概念、基本原理和分类进行了综合论述,并讨论了其应用范围,最后对智能天线所面临的挑战和发展方向发表了看法。
关键词:智能天线;移动通信;自适应算法;
引言 
最初的智能天线技术主要用于军事抗干扰通信和定位等。近年来,随着移动通信的发展及对移动通信电波传播、组网技术、天线理论等方面的研究逐渐深入,智能天线开始用于具有复杂电波传播环境的移动通信。当今社会信息量的逐渐增加,全球的通信事业飞速发展,个人移动通信迅速普及。移动通信业务需求量的增长和有限的频谱资源的矛盾日益突出。在不远的将来,用户的需求将超越现有的技术所能提供的信道资源[1]。近 20 年来,移动通信迅猛发展,尤其是以 GSM、CDMA 等系统为代表的第二代( 2G) 移动通信的飞速发展,使得移动通信用户数量急剧增加,同时对移动通信所提供的服务质量和内容提出了新的要求,2G 提供的的数据传输速率已经不能满足人们的要求,即将大规模商用化的第三代( 3G) 移动通信可以提供高达 2Mbps 的最高数据传输速率,传输速率更高(高达几百 Mbps) 的第四代( 4G) 移动通信已经提上日程。为了提高容量和数据传输率,目前已经充分挖掘了时域和频域相关技术,要想解决提高传输速率、系统容量和有限的资源之间的矛盾,就必须把目光转向还没有完全开发的空域。因此,智能天线的提出为解决以上问题提供了新的思路,被称为无线移动通信技术的
“最后新疆界”( Last Fron- tier) ,成为未来移动通信关键技术之一。
智能天线的基本概念、基本原理和分类

智能天线也叫自适应天线,由多个天线单元组成,每一个天线后接一个复数加权器,最后用相加器进行合并输出。这种结构的智能天线只能完成空域处理,同时具有空域、时域处理能力的智能天线在结构上相对复杂些,每个天线后接的是一个延时抽头加权网络(结构上与时域FIR均衡器相同)。自适应或智能的主要含义是指这些加权系数可以根据一定的自适应算法进行自适应更新调整。

智能天线包括多波束天线阵列和自适应天线阵列,后者是智能天线的主要形式。智能天线技术主要基于自适应天线阵列原理,天线阵收到信号后,通过由处理器和权值调整算法组成的反馈控制系统,根据一定的算法分析该信号,判断信号及干扰到达的方位角度,将计算分析所得的信号作为天线阵元的激励信号,调整天线阵列单元的辐射方向图、频率响应及其它参数。利用天线阵列的波束合成和指向,产生多个独立的波束,自适应地调整其方向图,跟踪信号变化,对干扰方向调零,减弱甚至抵消干扰,从而提高接收信号的载干比,改善无线网基站覆盖质量,增加系统容量。  
基站使用智能天线,可为用户提供窄定向波束,在一定的方向区域内收发信号。这样既充分利用信号发射功率,又可降低发射信号带来的电磁干扰。智能天线引入空分多址(SDMA)方式,根据信号的空间传播方向不同,区分用户。 

根据不同的复杂度和结构,智能天线可分为波束切换智能天线和自适应智能天线两大类。

波束转换天线将传统的一个扇区一个波束变为一个扇区数个波束来覆盖,每个波束的指向是固定和预定义的,波束宽度随阵元数目而定。它采用波束切换技术,随着用户在小区内的移动,基地台自动选择不同的相应波束,使接收信号最强。波束转换天线虽然不能实现信号最佳接收,但结构简单,便于实现,且无需判定所接收信号的方向。
波束转换天线的波束宽度由天线阵列的口径决定。对于处于主波束外的干扰,波束转换天线通过控制低的旁瓣电平确保抑制。而对于处于主波束内的干扰,它的抑制能力是有限的。由于所需信号的到达方向并不一定固定在主波束中央,当信号的到达方向随着移动台的移动位于波束边缘,而干扰信号位于波束中心时,接收效果最差。此时必须进行波束间切换,切换至载干比好的波束中。

自适应阵列智能天线融入了自适应数字处理技术,在天线阵接收到信号后,通过由处理器和权值调整算法组成的反馈控制系统,根据一定的算法分析该信号,判断信号及干扰到达的方位角度,将计算分析所得的信号作为天线阵元的激励信号,调整天线阵列单元的辐射方向图、频率响应及其他参数。利用天线阵列的波束合成和指向,产生多个独立的波束,自适应地调整其方向图,跟踪信号变化,对干扰方向调零,减弱甚至抵消干扰,从而提高接收信号的载干比,改善无线网基站覆盖质量,增加系统容量。
自适应天