未来移动通信系统中的智能天线技术

文章论述了智能天线技术在未来移动通信系统中的重要作用。阐明了智能天线技术的不同实现方式：组件空间方式及波束空间方式，进而分析了在时分多址方式下实现智能天线的系统结构。最后，结合智能天线技术的应用进展，探讨了实现智能天线技术的难点，并讨论了自适应天线与多波束天线相结合的新方案。　

　　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

1　智能天线技术的起源和发展

　　智能天线通常包括多波束智能天线和自适应阵智能天线。智能天线最初广泛应用于
雷达、声纳及军事通信领域，由于价格等因素一直未能普及到其它通信领域。近年来，现代数字信号处理技术发展迅速，数字信号处理芯片处理能力不断提高，芯片价格已经可以为现代通信系统所接受。同时，利用数字技术在基带形成天线波束成为可能，以此代替模拟电路形成天线波束方法，提高了天线系统的可靠性与灵活程度，智能天线技术因此开始在移动通信中得到应用。另一方面移动通信用户数目增加迅速，人们对移动通话质量的要求也不断提高，这要求蜂窝小区在大容量下仍有高的话音质量。使用智能天线可以在不显著增加系统复杂度情况下满足扩充容量的需要。不同于常规的扇区天线和天线分集方法，通过在基站使用全向收发智能天线，可以为每个用户提供一个窄的定向波束，使信号在有限的方向区域发送和接收，充分利用了信号发射功率，降低了信号全向发射带来的电磁污染与相互干扰。不同于传统的时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)或码分多址(CDMA)方式，智能天线引入了第四维多址方式：空分多址(SDMA)方式。在相同时隙、相同频率或相同地址码情况下，用户仍可以根据信号不同的空间传播路径而区分。智能天线相当于空时滤波器，在多个指向不同用户的并行天线波束控制下，可以显著降低用户信号彼此间干扰。具体而言，智能天线将在以下方面提高未来移动通信系统性能：(1)扩大系统的覆盖区域；(2)提高系统容量；(3)提高频谱利用效率；(4)降低基站发射功率，节省系统成本，减少信号间干扰与电磁环境污染。

　　智能天线可以通过模拟电路方式实现：首先根据天线方向图确定馈源的激励系数，然后确定馈源的馈电网络即波束形成网络。由于馈电布线呈矩阵状，实现很复杂，随着阵元数目增加，更增加电路复杂度。为此，未来移动通信智能天线采用数字方法实现波束成形，即所谓数字波束形成DBF(Digital Beam-forming)天线。使用软件设计完成自适应算法更新，可以在不改变系统硬件配置前提下，增加系统灵活性。

2　智能天线技术的实现方案

　　智能天线分为两大类：多波束智能天线与自适应阵智能天线，简称多波束天线和自适应阵天线。