殷燕南

摘 要：智能天線技術(shù)作為移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行性能優(yōu)化，因此，在移動(dòng)通信領(lǐng)域，智能天線一直是研究的熱點(diǎn)。首先闡述了智能天線的工作原理和優(yōu)勢，接著從第二代、第三代和第四代移動(dòng)通信技術(shù)入手，分析了智能天線在移動(dòng)通信中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能天線；移動(dòng)通信；干擾信號(hào)；頻譜利用率

中圖分類號(hào)：TN929.53；TN821+.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.023

在信息化進(jìn)程不斷推進(jìn)的今天，移動(dòng)通信的發(fā)展十分迅速，用戶數(shù)量急劇增長。但是，隨著用戶數(shù)量的增長，目前通信系統(tǒng)出現(xiàn)了諸多急需解決的問題，比如頻譜資源匱乏，而要有效解決這些問題，就要科學(xué)、合理地應(yīng)用智能天線。

1 智能天線的工作原理和優(yōu)勢

1.1 智能天線的工作原理

智能天線實(shí)際為智能天線系統(tǒng)，由多條天線按照一定的規(guī)則組成多個(gè)天線陣列。智能天線由天線陣列、波束形成單元和自適應(yīng)控制單元三部分構(gòu)成。最常見的天線陣列主要為直線形和圓形，具有發(fā)射相應(yīng)輻射信號(hào)的功能；在智能天線系統(tǒng)中，波束形成單元主要用于接收獨(dú)立單元的天線空間回應(yīng)信號(hào)，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行加權(quán)處理；整個(gè)智能天線系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)是自適應(yīng)控制單元，其主要功能是通過一定的算法和規(guī)則調(diào)整天線系統(tǒng)，以適應(yīng)外部電磁環(huán)境的變化，并應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)各個(gè)陣列信號(hào)的加權(quán)幅度和相位進(jìn)行處理，保證能夠持續(xù)產(chǎn)生空間定向波束。

1.2 智能天線的優(yōu)勢

智能天線的優(yōu)勢具體如下：①可以有效控制干擾信號(hào)。在通信系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)信號(hào)干擾問題。如果不能有效解決這一問題，將會(huì)對(duì)移動(dòng)通信信號(hào)造成較大的影響，進(jìn)而對(duì)整個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)造成不良影響。而應(yīng)用智能天線則可以通過抑制干擾信號(hào)解決信號(hào)干擾問題，從而改善移動(dòng)通信信號(hào)的傳輸質(zhì)量，更好地滿足通信過程中對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，以達(dá)到準(zhǔn)確傳輸移動(dòng)數(shù)據(jù)的目的。②抗衰落性很強(qiáng)。在移動(dòng)通信中，高頻信號(hào)衰落問題很難解決。該問題的出現(xiàn)不僅會(huì)影響通信質(zhì)量，還會(huì)影響通信設(shè)備的通話效果。通過應(yīng)用智能天線控制信號(hào)接收方向，并結(jié)合逐步分級(jí)技術(shù)，可以改善高頻信號(hào)的傳輸質(zhì)量，從而有效解決信號(hào)的衰落問題。③可以有效實(shí)現(xiàn)移動(dòng)定位。智能天線依靠2個(gè)以上的信號(hào)傳輸基站對(duì)移動(dòng)通信設(shè)備進(jìn)行有效定位，跟蹤并記錄移動(dòng)設(shè)備的準(zhǔn)確位置，保障信號(hào)傳輸?shù)臅惩ㄐ?。智能天線的移動(dòng)定位功能為移動(dòng)設(shè)備的發(fā)展提供了有利條件。④可以擴(kuò)大系統(tǒng)容量。智能天線系統(tǒng)的空分多址技術(shù)能夠依據(jù)空間方向的不同對(duì)信道進(jìn)行分割，使不同的信道可以在同一時(shí)間使用同一種頻率而不產(chǎn)生干擾信號(hào)，從而擴(kuò)大了系統(tǒng)的容量。⑤可以有效降低系統(tǒng)的建設(shè)成本。智能天線的應(yīng)用使區(qū)域覆蓋范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)，基站的數(shù)量減少，從而降低了建設(shè)成本，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 在移動(dòng)通信中的應(yīng)用

智能天線的應(yīng)用有效提升了移動(dòng)通信效率、改善了通信質(zhì)量，進(jìn)一步推動(dòng)了移動(dòng)通信的發(fā)展。

2.1 在第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

對(duì)于第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)，在目前的頻寬下，無論采用哪一種方式，都只能以最多12 dB的載干比進(jìn)行頻率規(guī)劃。如果要對(duì)不足的載干比進(jìn)行增益，就需要通過動(dòng)態(tài)頻率控制、調(diào)頻和不連續(xù)發(fā)射等方式補(bǔ)償。在GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）的快速發(fā)展時(shí)期，GPRS（通用分組無線服務(wù)技術(shù)）的應(yīng)用對(duì)提高系統(tǒng)載干比和改善信號(hào)質(zhì)量具有重要作用。正因?yàn)槿绱耍悄芴炀€被很多電信設(shè)備生產(chǎn)商和電信運(yùn)營商運(yùn)用于GPRS中。在GPRS中應(yīng)用智能天線，不僅能夠覆蓋本來的網(wǎng)絡(luò)，還能夠通過切換智能天線的上下行波束，達(dá)到抑制信號(hào)干擾的目的。此外，對(duì)智能天線中的天線陣列進(jìn)行改進(jìn)，可以極大地提高頻譜的利用率——達(dá)到傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的4倍以上。可見，智能天線的應(yīng)用能夠有效控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部射頻的污染，大大改善網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)無線的容量。

2.2 在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

在移動(dòng)通信快速發(fā)展的過程中，3G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)要具備一定的優(yōu)勢，就必須要有較高的頻譜利用率。要提高頻譜利用率，就必須采用新的頻譜技術(shù)，而應(yīng)用智能天線能夠提高第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，并擴(kuò)大其容量。

在智能天線系統(tǒng)中采用SDMA，可以有效緩解3G網(wǎng)絡(luò)中容量與高頻干擾之間的矛盾，從而為無線頻譜利用率的提高奠定基礎(chǔ)。當(dāng)單一天線陣列單元增益滿足15 dBi時(shí)，智能天線只運(yùn)用8個(gè)天線陣列單元就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的密集復(fù)用，在降低信號(hào)發(fā)射機(jī)發(fā)射功率的同時(shí)提高信號(hào)的載干比，從而為提高3G網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)。

2.3 在第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

在移動(dòng)通信環(huán)境中有多個(gè)散射體和發(fā)射體，無線通信鏈路的傳播途徑也有很多，這樣的傳播對(duì)通信的有效性和可靠性造成了極大的影響。對(duì)于該問題，可以運(yùn)用接收端信號(hào)分離法并借助接收信號(hào)的空間特性來解決。

運(yùn)用多輸入-多輸出技術(shù)時(shí)，通信鏈的兩端使用了多條天線，當(dāng)發(fā)射端將信源輸出的串行碼流分成多路并行子碼流，并通過不同的發(fā)射天線陣元同頻、同時(shí)發(fā)出時(shí)，接收方則通過多條接收天線上信號(hào)之間的不相關(guān)性實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分離，同時(shí)重復(fù)利用原始子碼流的頻帶資源，在實(shí)現(xiàn)信息高速、準(zhǔn)確傳輸?shù)耐瑫r(shí)，提高頻譜資源的使用率和鏈路的可靠性。應(yīng)用多輸入-多輸出技術(shù)可從整體上對(duì)多徑無線信道的發(fā)射和接收進(jìn)行優(yōu)化，從而擴(kuò)大通信容量、提升頻譜利用率。如果功率和帶寬相同，系統(tǒng)的容量則可以通過增加天線數(shù)量來擴(kuò)大。因此，應(yīng)用多輸入-多輸出技術(shù)能夠在保持帶寬與天線發(fā)射功率不變的情況下，成倍提升頻譜的利用率，擴(kuò)大無線通信系統(tǒng)的容量。

此同時(shí)，智能天線技術(shù)在第五代移動(dòng)通信技術(shù)的研究中將被當(dāng)作關(guān)鍵性技術(shù)。因此，我們要對(duì)智能天線的工作原理和優(yōu)勢有一個(gè)明確的認(rèn)識(shí)，并就智能天線的應(yīng)用進(jìn)行積極探索，以推動(dòng)智能天線與信息技術(shù)的融合，最大限度地發(fā)揮智能天線的優(yōu)勢。

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〔編輯：劉曉芳〕