智能天線技術(shù)的工作原理和特征及技術(shù)優(yōu)勢(shì)的詳細(xì)分析

　　智能天線（SmartAntenna或IntelligentAntenna）最初應(yīng)用于雷達(dá)、聲納及軍用通信領(lǐng)域。近年來(lái)，現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展迅速，DSP芯片處理能力的不斷提高和芯片價(jià)格的不斷下降，使得利用數(shù)字技術(shù)在基帶形成天線波束成為可行，促使智能天線技術(shù)開(kāi)始在無(wú)線通信中廣泛應(yīng)用。由于智能天線能顯著提高系統(tǒng)的性能和容量，并增加了天線系統(tǒng)的靈活性，未來(lái)幾乎所有先進(jìn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)都將采用該技術(shù)。智能天線提高系統(tǒng)性能的原理智能天線分為兩大類：多波束天線與自適應(yīng)天線陣列。多波束天線利用多個(gè)并行波束覆蓋整個(gè)用戶區(qū)，每個(gè)波束的指向是固定的，波束寬度也隨天線元數(shù)目而確定。當(dāng)用戶在小區(qū)中移動(dòng)時(shí)，基站在不同的相應(yīng)波束中進(jìn)行選擇，使接收信號(hào)最強(qiáng)。因?yàn)橛脩粜盘?hào)并不一定在波束中心，當(dāng)用戶位于波束邊緣及干擾信號(hào)位于波束中央時(shí)，接收效果最差，所以多波束天線不能實(shí)現(xiàn)信號(hào)最佳接收，一般只用作接收天線。但是與自適應(yīng)天線陣列相比，多波束天線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)須判定用戶信號(hào)到達(dá)方向的優(yōu)點(diǎn)。自適應(yīng)天線陣列一般采用4～16天線陣元結(jié)構(gòu)，陣元間距為半個(gè)波長(zhǎng)。天線陣元分布方式有直線型、圓環(huán)型和平面型。自適應(yīng)天線陣列是智能天線的主要類型，可以完成用戶信號(hào)接收和發(fā)送。自適應(yīng)天線陣列系統(tǒng)采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)識(shí)別用戶信號(hào)到達(dá)方向，并在此方向形成天線主波束?，F(xiàn)在，簡(jiǎn)要地介紹一下智能天線如何克服無(wú)線通信中的時(shí)延擴(kuò)展和多徑衰落來(lái)提高系統(tǒng)的性能和容量。設(shè)天線陣列的不同天線元對(duì)信號(hào)施以不同的權(quán)值，然后相加，產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)。如果定義“天線增益”為在一定輸出信噪比的情況下所需要輸入信號(hào)功率的降低，“分集增益”為在有衰落的情況下給定誤碼率所需要輸入信噪比的降低，那么一般來(lái)說(shuō)，M元的天線陣列可以提供M倍的天線增益加上一個(gè)分集增益，具體提高的值決定于天線陣元間的相關(guān)性。首先我們考慮多波束天線。多波束天線是在一個(gè)扇區(qū)內(nèi)放置多個(gè)天線來(lái)覆蓋整個(gè)扇區(qū)，每個(gè)天線只覆蓋一部分角度范圍。扇區(qū)天線的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是在下行的波束方向可以利用上行的波束方向，這樣在下行方向也可以獲得M倍的天線增益。但扇區(qū)天線由于其自身的構(gòu)成形式，有下面缺點(diǎn)：相鄰天線之間重疊的部分由于天線增益比較小，會(huì)有2dB的降低；當(dāng)由于多徑或干擾而錯(cuò)誤地鎖定天線波束時(shí)，多波束天線能提供的增益很小。自適應(yīng)天線陣列中，各天線元的放置形式可有多種，相鄰天線元間距為一特定值。在接收信號(hào)到達(dá)天線陣時(shí)，每個(gè)陣元上的信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的加權(quán)，然后再疊加產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，加權(quán)系數(shù)和疊加可以根據(jù)不同的準(zhǔn)則。需要注意的是，自適應(yīng)天線的陣元必須具有相似的波束，而在多波束天線中則沒(méi)有這樣的要求。與多波束天線相似，一個(gè)M元自適應(yīng)天線陣可以提供M倍的天線增益，但它沒(méi)有波束之間部分重疊的缺點(diǎn)。M元自適應(yīng)天線陣列可以完全抑制N（N〈M）個(gè)干擾用戶，即使在N＞M時(shí)也可以獲得很大的增益。盡管自適應(yīng)天線較多波束天線有更多優(yōu)點(diǎn)，但自適應(yīng)天線計(jì)算加權(quán)系數(shù)的速度必須與衰落速率相當(dāng)才能跟蹤用戶（注意到3G中衰落速率將達(dá)到1000Hz）。然而，多波束天線波束之間的切換只要幾秒鐘一次即可。