智能天線技術的工作原理和特征及技術優(yōu)勢的詳細分析

　　智能天線（SmartAntenna或IntelligentAntenna）最初應用于雷達、聲納及軍用通信領域。近年來，現代數字信號處理技術發(fā)展迅速，DSP芯片處理能力的不斷提高和芯片價格的不斷下降，使得利用數字技術在基帶形成天線波束成為可行，促使智能天線技術開始在無線通信中廣泛應用。由于智能天線能顯著提高系統(tǒng)的性能和容量，并增加了天線系統(tǒng)的靈活性，未來幾乎所有先進的移動通信系統(tǒng)都將采用該技術。智能天線提高系統(tǒng)性能的原理智能天線分為兩大類：多波束天線與自適應天線陣列。多波束天線利用多個并行波束覆蓋整個用戶區(qū)，每個波束的指向是固定的，波束寬度也隨天線元數目而確定。當用戶在小區(qū)中移動時，基站在不同的相應波束中進行選擇，使接收信號最強。因為用戶信號并不一定在波束中心，當用戶位于波束邊緣及干擾信號位于波束中央時，接收效果最差，所以多波束天線不能實現信號最佳接收，一般只用作接收天線。但是與自適應天線陣列相比，多波束天線具有結構簡單、無須判定用戶信號到達方向的優(yōu)點。自適應天線陣列一般采用4～16天線陣元結構，陣元間距為半個波長。天線陣元分布方式有直線型、圓環(huán)型和平面型。自適應天線陣列是智能天線的主要類型，可以完成用戶信號接收和發(fā)送。自適應天線陣列系統(tǒng)采用數字信號處理技術識別用戶信號到達方向，并在此方向形成天線主波束?，F在，簡要地介紹一下智能天線如何克服無線通信中的時延擴展和多徑衰落來提高系統(tǒng)的性能和容量。設天線陣列的不同天線元對信號施以不同的權值，然后相加，產生一個輸出信號。如果定義“天線增益”為在一定輸出信噪比的情況下所需要輸入信號功率的降低，“分集增益”為在有衰落的情況下給定誤碼率所需要輸入信噪比的降低，那么一般來說，M元的天線陣列可以提供M倍的天線增益加上一個分集增益，具體提高的值決定于天線陣元間的相關性。首先我們考慮多波束天線。多波束天線是在一個扇區(qū)內放置多個天線來覆蓋整個扇區(qū)，每個天線只覆蓋一部分角度范圍。扇區(qū)天線的另外一個優(yōu)點就是在下行的波束方向可以利用上行的波束方向，這樣在下行方向也可以獲得M倍的天線增益。但扇區(qū)天線由于其自身的構成形式，有下面缺點：相鄰天線之間重疊的部分由于天線增益比較小，會有2dB的降低；當由于多徑或干擾而錯誤地鎖定天線波束時，多波束天線能提供的增益很小。自適應天線陣列中，各天線元的放置形式可有多種，相鄰天線元間距為一特定值。在接收信號到達天線陣時，每個陣元上的信號經過不同的加權，然后再疊加產生一個輸出信號，加權系數和疊加可以根據不同的準則。需要注意的是，自適應天線的陣元必須具有相似的波束，而在多波束天線中則沒有這樣的要求。與多波束天線相似，一個M元自適應天線陣可以提供M倍的天線增益，但它沒有波束之間部分重疊的缺點。M元自適應天線陣列可以完全抑制N（N〈M）個干擾用戶，即使在N＞M時也可以獲得很大的增益。盡管自適應天線較多波束天線有更多優(yōu)點，但自適應天線計算加權系數的速度必須與衰落速率相當才能跟蹤用戶（注意到3G中衰落速率將達到1000Hz）。然而，多波束天線波束之間的切換只要幾秒鐘一次即可。