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1、目目 录录 摘要摘要 1 1 ABSTRACT 2 2 第一章第一章 智能天线简介智能天线简介 3 3 1 1 引言 3 1 2 智能天线的提出及基本概念 4 1 3 智能天线的分类及特点 5 1 4 智能天线的组成 5 第二章第二章 智能天线的基本机构和工作原理智能天线的基本机构和工作原理 6 6 2 1 基本结构 6 2 2 工作原理 6 2 3 智能天线的发展阶段 7 第三章第三章 智能天线的关键技术智能天线的关键技术 8 8 3 1 智能化接收技术 8 3 2 智能化发射技术 8 3 3 动态信道分配 9 3 4 下一代移动通信中的时空多用户检测技术 9 第四章第四章 智能天线的用途及
2、应用前景智能天线的用途及应用前景 1010 4 1 智能天线用途 10 4 2 智能天线在 3G 中的应用前景 11 4 3 第三代移动通信系统之 TD SCDMA 11 4 3 1 技术概述 12 4 3 2 系统结构 12 4 3 3 关键技术 12 4 4 智能天线在 TD SCDMA 系统中的应用 14 第五章第五章 结束语结束语 1515 参考文献参考文献 1616 附录 附录 1717 谢谢 词词 2121 1 摘要摘要 随着全球通信业务的迅速发展 作为未来个人通信主要手段的无线移动通信 技术引起人们极大关注 如何消除同信道干扰 CCI 多址干扰 MAI 与多径衰落 的影响成为人们
3、在提高无线移动通信系统性能时考虑的主要因素 智能天线利用 数字信号处理技术 产生空间定向波束 使天线主波束对准用户信号到达方向 旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向 达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑 制干扰信号的目的 与其它日渐深入和成熟的干扰削除技术相比 智能天线技术 在移动通信中的应用研究更显得方兴未艾并显示出巨大潜力 我国提交的第三代 移动通信标准 TD SCDMA 系统的关键技术之一就是智能天线技术 论文详细介绍 了智能天线的历史及其发展 深入分析了智能天线在 TD SCDMA 中的应用 最后 对智能天线的应用进行了展望 关键词关键词 TD SCDMA 智能天线 2 ABSTRACT
4、With the global communications business the rapid development of personal communications as a major means of future wireless mobile communication technology and cause for great concern How to eliminate interference with the channel CCI multi access interference MAI and multipath fading effects of th
5、e people in improving the performance of wireless mobile communication system of the main factors to consider Smart antennas using digital signal processing technology resulting in beam spatial orientation so that the main beam antenna at the user direction of arrival signal or zero subsidence side
6、lobe interference signals arrive at the purpose of the direction of full efficient use of mobile users and to delete or suppress the signal interference With other growing depth and maturity deletion interference technology smart antenna technology in mobile communication has become more apparent af
7、ter the application of the ascendant and shows great potential China submitted the third generation mobile communication standard TD SCDMA system is one of the key technologies of smart antenna technology paper details the history of smart antennas and their development in depth analysis of smart an
8、tenna in TD SCDMA application the last of the smart antenna outlook application Key words TD SCDMA smart antennas 3 第一章第一章 智能天线简介智能天线简介 1 11 1 引言引言 随着移动通信的迅速发展 越来越多的业务将通过无线电波的方式来进行 有限的频谱资源面对着越来越高的容量需求的压力 对于第二代移动通信系统 GSM 在我国的一些大城市已经出现了容量供应困难的现象 小区蜂窝的半径已 经很小 而目前作为应用研究重点的 3G 以及它的业务模式无疑将对网络容量有 更高的要求 高速的
9、数据业务将作为 3G 网络服务的一个主要特点 这使得网络 数据流量尤其是下行方向上将有明显的提高 因此 为了在 3G 系统中实现与第 二代系统明显的差别服务 充分体现 3G 系统在业务能力上的优势 网络容量将 是网络的运营者必须重点考虑的问题 就目前的情况而言 智能天线技术将是提 高网络容量最有效的方法之一 尤其对于 3G 中以自干扰为主要干扰形式的通信 系统 天线方向图的增益特性能够根据信号情况实时进行自适应变化的天线称为智 能天线 与普通天线以射频部分为主不同 智能天线包括射频部分以及信号处理 和控制部分 同时 由于终端在尺寸和成本上的限制 所以目前对于智能天线的 研究主要集中在基站 目前
10、 普遍使用的是全向天线或者扇区天线 这些天线具有固定的天线方向 图形式 而智能天线将具有根据信号情况实时变化的方向图特性 见图 如图所示 在使用扇区天线的系统中 对于在同一扇区中的终端 基站使用 相同的方向图特性进行通信 这时系统依靠频率 时间和码字的不同来避免相互 间的干扰 而在使用智能天线的系统中 系统将能够以更小的刻度区别用户位置 的不同 并且形成有针对性的方向图 由此最大化有用信号 最小化干扰信号 在频率 时间和码字的基础上 提高了系统从空间上区别用户的能力 这相当于 在频率和时间的基础上扩展了一个新的维度 能够很大程度地提高系统的容量以 及与之相关的目录 4 1 21 2 智能天线的
11、提出及基本概念智能天线的提出及基本概念 1 智能天线的提出 智能天线是在自适应滤波和阵列信号处理技术的基础上发展起来的 是通信 系统中能通过调整接收或发射特性来增强天线性能的一种天线 它利用信号传输 的空间特性 从空间位置及入射角度上区分所需信号与干扰信号 从而控制天线 阵的方向图 达到增强所需信号 抑制干扰信号的目的 同时它还能根据所需信 号和干扰信号位置及入射角度的变化 自动调整天线阵的方向图 实现智能跟踪 环境变化和用户移动的目的 达到最佳收发信号 实现动态 空间滤波 的效果 采用智能天线的目的主要有以下 3 点 a 通过提供最佳增益来增强接收信号 b 通过控制天线零点来抑制干扰 c 利
12、用空间信息增大信道容量 2 智能天线的基本概念 智能天线是一种安装在基站现场的双向天线 通过一组带有可编程电子相位 关系的固定天线单元获取方向性 并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的 方向特性 智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向 产生空间定向波束 使 天线主波束对准用户信号到达方向 DOA Direction of Arrival 旁瓣或零陷对 准干扰信号到达方向 达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的 目的 同时 智能天线技术利用各个移动用户间信号空间特征的差异 通过阵列 天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰 使无线 电频谱的利用和信号的传
13、输更为有效 在不增加系统复杂度的情况下 使用智能 天线可满足服务质量和网络扩容的需要 1 31 3 智能天线的分类及特点智能天线的分类及特点 智能天线主要包含两类 开关波束系统和自适应阵列系统 两者中 只有自 适应阵列系统能够在为有用信号提供最佳增益的同时 识别 跟踪和最小化干扰 信号 1 多波束天线 多波束天线利用多个并行波束覆盖整个用户区 每个波束的指向是固定的 波束宽度也随天线元数目而确定 当用户在小区中移动时 基站在不同的相应波 束中进行选择 使接收信号最强 因为用户信号并不一定在波束中心 当用户位 于波束边缘及干扰信号位于波束中央时 接收效果最差 所以多波束天线不能实 现信号最佳接收
14、 一般只用作接收天线 但是与自适应天线阵列相比 多波束天 线具有结构简单 无须判定用户信号到达方向的优点 2 自适应天线 自适应天线阵列一般采用 4 16 天线阵元结构 阵元间距为半个波长 天线阵元分布方 式有直线型 圆环型和平面型 自适应天线阵列是智能天线的主要类型 可以完成用户信号 接收和发送 自适应天线阵列系统采用数字信号处理技术识别用户信号到达方向 并在此方 向形成天线主波束 1 41 4 智能天线的组成智能天线的组成 智能天线包括射频天线阵列部分和信号处理部分 其中信号处理部分根据得 到的关于通信情况的信息 实时地控制天线阵列的接收和发送特性 这些信息可 5 能是接收到的无线信号的情
15、况 在使用闭环反馈的形式时 也可能是通信对端关 于发送信号接收情况的反馈信息 由于移动通信中无线信号的复杂性 所以这种根据通信情况实时调整天线特 性的工作方式对算法的准确程度 运算量以及能够实时完成运算的硬件设备都有 很高的要求 这决定了智能天线的发展是一个分阶段的 逐步完善的过程 6 第二章第二章 智能天线的基本机构和工作原理智能天线的基本机构和工作原理 2 12 1 基本结构基本结构 顾名思义自适应天线阵由多个天线单元组成 每一个天线后接一个加权器 即乘以某一个系数 这个系数通常是复数 既调节幅度又调节相位 而在相控 阵雷达中只有相位可调 最后用相加器进行合并 这种结构的智能天线只能完 成
16、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 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恰当改变和自适应调整 上面介绍的是 智能天线用作接收天线时的结构 当用它进行发射时结构稍有变化 加权器或加 权网络置于天线之前 也没有相加合并器 2 22 2 工作原理工作原理 假设满足天线传输窄带条件 即某一入射信号在各天线单元的响应输出只有 相位差异而没有幅度变化 这些相位差异由入射信号到达各天线所走路线的长度 差决定 若入射信号为平面波 只有一个入射方向 则这些相位差由载波波长 入射角度 天线位置分布唯一确定 给出一组加权值 一定的入射信号强度 不 同入射角度的信号由于在天线间的相位差不同 合并器后的输出信号强度也会不 同 以入射角为横坐标 对应的智能天线输出增益 dB 为纵坐标所作的图被称 为方向图 天线术语 智能天线的方向图不同于全向 omni 天线 理想时为 一直线 而更接近方向 directional 天线的方向图 即有主瓣 main lobe 副瓣 side lobe 等 但相比而言智能天线
