TD-SCDMA的智能天線技術(shù)

摘要:智能天線技術(shù)是TD-SCDMA(時(shí)分同步碼分多址)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。文中主要介紹了智能天線的提出、工作原理及分類，并分析了智能天線在TD-SCDMA中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

　　TD-SCDMA(Time DivisiON Synchronous CodeDivision Multiple Access )，即時(shí)分同步的碼分多址技術(shù)，已正式成為國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)IMT2000 建議的一個(gè)組成部分，我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA、歐洲WCDMA 和美國(guó)CDMA2000成為3G 時(shí)代最主流的技術(shù)。TD-SCDMA集碼分多址(CDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)于一體，采用智能天線、聯(lián)合檢測(cè)、接力切換、同步CDMA、軟件無線電、低碼片速率、多時(shí)隙、可變擴(kuò)頻系統(tǒng)、自適應(yīng)功率調(diào)整等技術(shù)，具有系統(tǒng)容量大、頻譜利用率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的移動(dòng)通信技術(shù)。

　　近年來隨著全球移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，對(duì)信號(hào)傳輸強(qiáng)度、覆蓋范圍及傳輸容量要求也越來越高，如何更高效率地利用無線頻譜受到了廣泛的關(guān)注。智能天線技術(shù)研究了無限資源的空域可分特性，是進(jìn)一步提高系統(tǒng)容量的有效途徑。

　　1 智能天線的提出

　　智能天線是在自適應(yīng)濾波和陣列信號(hào)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是通信系統(tǒng)中能通過調(diào)整接收或發(fā)射特性來增強(qiáng)天線性能的一種天線。智能天線采用空分多址技術(shù)，利用信號(hào)在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時(shí)隙、同碼道的信號(hào)區(qū)分開來，最大限度地利用有限的信道資源。它利用信號(hào)傳輸?shù)目臻g特性，從空間位置及入射角度上區(qū)分所需信號(hào)與干擾信號(hào)，從而控制天線陣的方向圖，達(dá)到增強(qiáng)所需信號(hào)抑制干擾信號(hào)的目的;同時(shí)它還能根據(jù)所需信號(hào)和干擾信號(hào)位置及入射角度的變化，自動(dòng)調(diào)整天線陣的方向圖，實(shí)現(xiàn)智能跟蹤環(huán)境變化和用戶移動(dòng)的目的，達(dá)到最佳收發(fā)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)空間濾波的效果。與無方向性天線相比較，其上、下行鏈路的增益大大提高，降低了發(fā)射功率電平，提高了信噪比，有效地克服了信道傳輸衰落的影響。同時(shí)，由于天線波瓣直接指向用戶，減小了與本小區(qū)內(nèi)其他用戶之間，以及與相鄰小區(qū)用戶之間的干擾，而且也減少了移動(dòng)通信信道的多徑。CDMA系統(tǒng)是一個(gè)功率受限系統(tǒng)，智能天線的應(yīng)用達(dá)到了提高天線增益和減少系統(tǒng)干擾兩大目的，從而顯著擴(kuò)大了系統(tǒng)容量，提高了頻譜利用率。最早的智能天線是出現(xiàn)在20 世紀(jì)50 年代的旁瓣對(duì)消天線，這種天線包含一個(gè)用于接收有用信號(hào)的高增益天線和一個(gè)或幾個(gè)用于抑制旁瓣的低增益、寬波束天線。將幾個(gè)這樣的環(huán)路組合成陣列天線，就構(gòu)成自適應(yīng)天線。隨著陣列信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，與智能天線有關(guān)的術(shù)語(yǔ)也越來越多，如智能天線(intelligent antenna )、相控陣(phased arrays)、空分多址(SDMA)、空間處理(spatial processing)、數(shù)字波束形成(DIGItal beam forming)、自適應(yīng)天線系統(tǒng)(adaptive antenna sySTem)等，反映了智能天線系統(tǒng)技術(shù)的多個(gè)不同的方面。

　　2 智能天線的原理

　　TD-SCDMA智能天線的工作原理是使一組天線和對(duì)應(yīng)的收發(fā)信機(jī)按照一定的方式排列和激勵(lì)，利用波的干涉原理產(chǎn)生強(qiáng)方向性的輻射方向圖，通過自適應(yīng)算法，控制天線波束的方向和形狀，將高增益的窄波束對(duì)準(zhǔn)服務(wù)用戶方向，零陷對(duì)準(zhǔn)干擾方向，實(shí)現(xiàn)波束賦形，達(dá)到定向發(fā)射和接收的目的。

　　自適應(yīng)算法是智能天線的核心，它分為非盲目算法和盲目算法。非盲算法是指需要借助參考信號(hào)(導(dǎo)頻序列或?qū)ьl信道)的算法，此時(shí)收端知道發(fā)送的是什么，按一定準(zhǔn)則確定或逐漸調(diào)整權(quán)值，使智能天線輸出與已知輸入最大相關(guān)，常用的相關(guān)準(zhǔn)則有MMSE(最小均方誤差)、LMS(最小均方)、LS(最小二乘)等。盲算法無需發(fā)端傳送已知的導(dǎo)頻信號(hào)，它一般利用調(diào)制信號(hào)本身固有的、與具體承載的信息比特?zé)o關(guān)的一些特征，如恒模、子空間、有限符號(hào)集，循環(huán)平穩(wěn)等，并調(diào)整權(quán)值以使輸出滿足這種特性。非盲算法相對(duì)盲算法而言，通常誤差較小，收斂速度也較快，但需浪費(fèi)一定的系統(tǒng)資源。將二者結(jié)合產(chǎn)生一種半盲算法，即先用非盲算法確定初始權(quán)值，再用盲算法進(jìn)行跟蹤和調(diào)整，這樣做可綜合二者的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也與實(shí)際的通信系統(tǒng)相一致。

　　3 智能天線的分類

　　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。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。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。