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Posted 2023-03-20

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参考技术A 摘要：本文讨论了智能天线技术在未来移动通信系统中的重要作用。澄清不同的智能天线技术的实现：组件空间和波束空间的方式方法，并分析了智能天线的TDMA方式的系统结构的实现。最后，应用智能天线技术，并讨论了智能天线技术的困难，并讨论了自适应天线相结合的多波束天线的新方案。

关键词：移动通信[13]智能天线[6]多波束智能天线[1]自适应阵列智能天线[1]

随着全球通信的飞速发展服务，个人通信作为未来无线移动通信技术引起极大关注的主要手段。如何消除同信道干扰（CCI），多址干扰（MAI）和多径衰落的影响的人成为在无线移动通信系统中考虑了改进的性能的主要因素。使用数字信号处理技术的智能天线，产生的光束在空间的定向，用户信号，旁瓣或零陷干扰信号的到来的取向方向的到达天线主波束方向的取向，以实现充分和有效地利用该移动用户的删除或抑制干扰信号，并且信号的目的。和其他日益深入的技术和成熟相比，干扰削减，应用研究智能天线技术在移动通信变得更加方兴未艾，显示出巨大的潜力。

1智能天线技术的起源和发展

通常包括多波束智能天线和自适应智能天线阵列智能天线。最初广泛应用于智能天线

雷达，声纳及军事通信，价格等因素一直未能因其他通信领域的普及。近年来，现代数字信号处理技术的迅速发展，数字信号处理芯片的处理能力不断提高，芯片的价格已经可以接受的现代通信系统。同时，在基带形成天线波束的使用数字技术成为可能，以代替模拟电路的天线波束形成的方法，提高天线系统，智能天线技术的可靠性和灵活性，因此，开始了在移动通信中使用。另一方面，移动通信用户的数量正在迅速增加，人们正在通话质量的要求也在不断提高，这就需要高容量电池仍处于高语音质量。智能天线可以用来满足产能扩张的需求，又不在系统案件的复杂程度显著增加。不同于传统的扇区天线和天线分集的方法，所述全向接收天线，以提供窄指向性波束为在基站中的有限区域用信号的发送和接收方向上的每个用户，充分利用了信号的发射功率的，减少电磁污染的排放造成的全向信号和相互干扰。不同于传统的时分多址（TDMA），频分多址（FDMA）或码分多路访问（CDMA）模式，引入智能天线的第四维寻址模式：空分多址（SDMA）方式。在同一时隙中，在相同的频率或相同的地址码，则用户仍然可以不同传播路径的基础上的信号空间的区别。时空滤波器对应于智能天线在多个不同的用户并发控制的定向天线波束，用户可以显著减少彼此之间的信号干扰。具体而言，智能天线会改善下列性质的将来的移动通信系统：？（a）扩大系统的覆盖区域，（2），以增加系统容量，（3）以提高频谱利用效率，（4），以减少所述基站的发射功率节省系统成本，减少电磁污染之间的信号干扰。

智能天线可以通过模拟电路来实现：在第一图表根据进给方向，以确定所述天线的激发系数，然后确定是喂养饲料的波束形成网络的网络。由于进料，以形成一个矩阵连线，这是复杂的实现，而增加数组元素的数目，这就增加了电路的复杂性。为此，利用数字方法实现了所谓的数字波束形成DBF的移动通信用智能天线波束形成的将来（数字波束形成）的天线。软件设计采用自适应算法更新完成后，将无法更改系统硬件配置的前提下，提高了系统的灵活性。

<br的智能天线技术

2实施/>智能天线可分为两类：多波束智能天线和自适应阵列智能天线，简称多波束天线和自适应阵列天线。使用多个平行光束，以覆盖整个用户区是一个固定点的每个波束的

多波束天线，波束宽度是与数组元素的数目被确定来确定。如在小区中的移动用户，基站选择不同的相应波束接收到的最强信号。因为用户信号不一定是固定在梁的中心，当用户是在光束中，当干扰信号位于波束接收最坏的中心的边缘，在多波束天线可以达到最佳的信号接收，它通常被用作接收天线。但是，相比具有自适应阵列天线，具有简单结构的多波束天线，无需用户信号的优点的到达方向的确定。

使用自适应阵列天线到天线元件4的结构16的1/2波长，当阵元间距过大的阵元间距，接收信号降低的相关度彼此，太小的图案形成的不需要的光栅波瓣，但一般取半波长。分布式数组元素的方法是线性的，环型和扁平型。自适应天线的主要类型的智能天线，全向天线，可以实现接收和发送信号的用户完成。形成在该方向上使用数字信号处理技术来识别到达与天线主波束的用户信号指示的自适应阵列天线系统。根据不同用户的信号传播方向不同的空间信道的空间，相当于有线传输线的信号的自适应阵列天线，有效地克服干扰的系统的影响。

用对美元的加权接收信号，形成天线波束数字方法的智能天线，主波束对准，使得用户信号的方向，而干扰信号的调零天线图案形成或较低的功率模式的方向获得，以抑制干扰。取决于天线的波束成形处理，智能天线的方法分为两类：组件处理空间和光束空间的方法，下面分别进行讨论。

2.1组件空间方法

空间处理组件，所述天线图案的输出对齐以到达的主瓣用户信号的方向的方向。因为数组元素成分信号，而不进行模数转换（ADC），直接加权等处理，所谓的装配空间的方法。

2.2不同波束处理和装配间隙空间的做法是，从数组中的元素成分，受到相应的处理（信号接收和模拟数字转换器（ADC），例如作为快速傅立叶变换），得到一组相互正交的空间波束，然后通过波束选择，从可根据需要部分或全部波束形成器输出图案的阵列选择。

因为用户经常信号淹没在噪声和干扰信号，并且很难获得所接收信号的最佳权重矩阵元素。使用波束空间方式可以从以上几个光束，以获得该信号满足质量要求，从而减少了计算量选择最强的信号光束和降低系统的复杂性，同时满足的前提下接收阵列。

智能天线技术在实施过程中可以使用不同的算法，有最小均方算法（LMS），递归最小二乘算法（RLS）和恒模算法（CMA）。其中最小均方（LMS），递归最小二乘算法（RLS）的系统，以提供与用户的参考信号，以计算误差，控制阵列的权重相关联的信号。恒模（CMA）算法利用阵列输出信号恒包络原理，无需参考信号，是盲均衡方法。考虑整体的通信系统中，智能天线技术无关的方式传统的多址和调制类型可应用于TDMA，FDMA或CDMA多址系统。然而，在具体实施过程中，天线接收结果是有区别的。

以提高移动通信系统中，智能天线在基站主要作用的能力的重要手段。对于双工型全向天线，时分双工自适应天线（TDD）模式是比较合适的。频分双工（FDD）模式，因为在上行链路（从用户到基站）和下行链路（从基站到用户）的频率间隔为45MHz或80MHz时，受频率选择性衰落的无线信号的传播环境是不一样的，根据由上行链路所计算的权值不能直接应用于下行链路。在TDD模式下，上行链路和下行链路间隔时间短，使用所发送的信号相同的频率上的下行链路的无线传播环境差异不大，则可以使用相同的权重，在TDD方式比FDD模式更好。工作在较高的频率，以满足半波长阵元间距的条件下将来的移动通信系统中，天线的尺寸可以更小，从而使利用智能天线的移动客户端也是可以的。当

3智能天线研究

目前正在建立技术标准的第三代移动通信，欧洲，日本和美国重视智能天线技术的未来具有重要意义移动通信方案的地位和效力。已经进行了大量的理论分析，同时也建立了一些技术测试平台。

3.1欧洲

欧洲电信委员会（CEC）在比赛中（研究到先进的通讯在欧洲）计划实施的所谓的海啸（在该技术智能天线技术的第一阶段通用先进的移动基础设施）智能天线，来自德国，英国，丹麦和西班牙的合作。

智能天线施工项目团队在基于现场试验的DECT基站测试模式开始于1995年初。天线阵元组成的1.89GHz的8 RF工作频率，阵元间距是可调的数组元素分布是线性的，环状的和平面的三种形式。模型与数字波束形成方法来实现智能天线，采用专用的时代使用TMS320C40芯片作为中央控制科技有限公司ASIC芯片DBF1108完成波束形成。波束空间研究方案，包括装卸和组装空间的方法。收发器模块的方法是全向天线类型，使用TDD双工模式。信号识别MUSIC算法的到达方向的系统评估，自适应算法有NLMS（归一化最小均方）算法和RLS（递归最小二乘）算法。

实验系统，以验证智能天线的功能，这两个用户的四个空间信道（包括上行链路和下行链路）的时，误码率测试系统（BER）比10-3为佳。采用MUSIC算法的能力的信号方向的用户识别实验评价，同时，通过现场试验，表明该环与该平面天线用于室内通信环境中，而不是像城市环境是一个简单的线性阵列是比较合适的。

欧洲电信委员会（CEC）准备继续智能天线技术在ACTS（先进的通信技术和服务）项目，主要集中在以下具体问题研究的第二个阶段：最优波束形成算法，系统研究和系统性能评估协议，多用户检测和自适应天线结构，信道估计和微蜂窝和现场试验优化的空间和时间特征。

3.2日

ATR光电通信研究所研制的多波束智能天线的波束空间为基础的方法。天线单元间距半波长平面正方形阵列元件16的布局，射频工作频率为1.545GHz。接收信号的模数转换后的数组元素成分，快速傅立叶变换（FFT）处理，正交波束形成后，分别使用恒模（CMA）算法或最大比率组合分集算法。天线数字信号处理的FPGA部分由10完成整板规格为23.3厘米×34.0厘米。

采用恒模（CMA）算法的多波束天线功能的移动现场试验证实。理论分析和实验表明，使用最大比合并（MRC）算法可以提高多波束天线增益在光束的横截面。梁内两个节目被形成，所接收到的信号的最大电平的选择，而不区分用户信号到达方向和反馈控制机制，例如硬件跟踪装置。

ATR的研究人员已经提出了图5所示的基于软件的智能天线的天线的概念：根据不同的用户环境中，其影响了系统的性能（如噪声或同信道主要因素干扰符号之间的干扰）是不同的，使用软件方法来实现使用不同的算法不同的环境中，例如当噪声是主要因素使用多波束最大比值合并（MRC）算法时，当同信道干扰是使用多波束恒模时的主要因素算法（CMA），为了利用FPGA实时天线配置，以提供分集算法，完成智能处理。

3.3美国和其他

ArrayComm公司和中国邮电研究院研制辛未应用于无线本地环路（WLL）智能天线系统。用于配置变阵元，12元和4元圆形自适应阵列针对不同的环境选择ArrayComm公司的产品。在日本进行的田间试验表明，采用该技术的PHS基站使系统容量提高四倍。使用八个圆形自适应阵列无线在1785MHZ1805MHz工作，使用TDD双工方式，收发间隔10ms的信威智能天线阵元，最高接收灵敏度可提高9分贝。

另外，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的SDMA组建立了智能天线的测试环境，进行实际系统相结合的理论。加拿大麦克马斯特大学已采用恒模（CMA）算法开发了4元阵列天线。大学相关研究国内部分也正在进行中。

4结束语

智能天线，以改善近年来系统容量具有巨大潜力，备受关注。然而，由于执行复杂的因素影响的自适应过程中，这是很难捕捉和跟踪用户信号动力学，再加上移动的空时信道盲辨识多用户和多径的情况下也是困难的，所以使用自适应阵列智能天线在移动环境中存在的困难。从目前的情况来看，智能天线正逐步在固定无线接入系统应用，以满足用户的固定和无线传播环境不断变化的情况。同时，多波束天线也是一个比较容易实现的折衷。总之，在智能天线用于未来的移动通信系统应基于高性能数字信号处理技术，现有的系统不显著增加的折衷解决方案的复杂性。