3G智能天线原理和应用

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<P>1. 智能天线原理
智能天线采用空分复用（SDMA）方式，利用信号在传播路径方向上的差别，将时延扩散、瑞利衰落、多径、信道干扰的影响降低，将同频率、同时隙信号区别开来，和其他复用技术相结合，最大限度地有效利用频谱资源。
基站智能天线是一种有多个天线单元组成的阵列天线，通过调节各单元信号的加权幅度和相位，改变阵列的方向图，从而抑制干扰，提高信噪比，它可以自动测出用户方向，将波束指向用户，实现波束跟用户走。
<a href="http://baihe.txwl.net/3g/UploadFile/2006-1/2006124231244417.gif" target="_blank" ><IMG src="http://baihe.txwl.net/3g/UploadFile/2006-1/2006124231244417.gif" border=0></A></P>
<P>图1 智能天线方框图
智能天线是天线阵列，图7-2表示方框图，图中可以看出，由N个天线单元组成，每个天线单元有对应加权器，共有M组加权器，可以形成M个方向的波束，M表示用户数，其可以大于天线单元数，天线阵的尺寸和天线元的数目决定最大增益和最小波束宽度，意味在天线阵的尺寸和天线增益，及天线侧瓣性能两者之间要取得平衡。智能天线通过调节从每一个天线收到的信号的相位与幅度，结合使得形成所需要的波束，此过程称为波束形成。可以形成各种波束--扫描波束、多波束、成型波束、及有受控零位的波束。根据方向图分成两种类：自适应方向图智能天线和固定形状方向图智能天线。
智能天线关键技术是识别信号到达方向以及数字成型的实现，识别信号到达方向AOA（ANGLE OF ARRIVAL）的算法有：MUSIC算法、ESPRIT算法、最大似然算法等。数字成型实现就是选取最佳加权系数，获得最佳波束。自适应算法首先确定准则，常用有最大似然、最大信噪比SINR、最小均方误差MMSE、最小方差，具体产品选择其中一种，图7-3表示形成波束智能天线框图。
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<P><a href="http://baihe.txwl.net/3g/UploadFile/2006-1/2006124231244820.gif" target="_blank" ><IMG src="http://baihe.txwl.net/3g/UploadFile/2006-1/2006124231244820.gif" border=0></A></P>
<P>图2 波束成型智能天线原理示意图
2. 智能天线在3G中应用
智能天线在2G网络中的成功应用，表明智能天线对于抑制干扰有明显改善作用，3G标准指出智能天线应用要求，改善网络容量与性能，技术上考虑“聚集波束”、“自适应波束形成”以及“波束切换”。
“聚集波束”用在特定地理区域，增加覆盖面或容量。这种波束不与某个用户关联，不会追踪覆盖面内移动用户，增加链路范围聚集波束，使移动用户减少发射功率，从而增加容量。如移动用户进入传播摔耗较大区域，聚集波束指向移动用户，并保持。当用户进入覆盖好区域，不再需要聚集波束，用户回到公用导频信道控制之下。
“自适应波束形成”用在下行方向，可以改进单个用户和一组用户琏路预算，增强系统性能。在恶劣传播条件下，相小区覆盖边沿、地下室，延伸对用户覆盖，改善链路范围。
“波束切换系统 ”在几个窄波束之间交换用户，其效果是形成窄扇区，而无切换损耗。由于3G系统容量随扇区数目的增加而增加，四个30度波束覆盖代替一个120度波束覆盖，带来2～4倍容量增加。用户在波束之间被转换，不需专门辅助信道。
3G中对智能天线的应用是灵活的，可以有多种选择，波束切换型智能天线是初始阶段的选择。对于网络规划而言，选用智能天线，相对不用智能天线，减少网络外部引入干扰（同频干扰、邻频干扰、其他系统干扰），也减少网络自身干扰，改善的数量级取决于波束的数量，提高网络的容量。</P>