4G系統(tǒng)中多天線(xiàn)技術(shù)
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（2）自適應(yīng)陣列智能天線(xiàn)
自適應(yīng)陣列智能天線(xiàn)實(shí)時(shí)地對(duì)用戶(hù)到達(dá)方向（DOA）進(jìn)行估計(jì)，在此方向上形成主波束，同時(shí)使旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾方向。自適應(yīng)天線(xiàn)陣列一般采用4～16天線(xiàn)陣元結(jié)構(gòu)，陣元間距為1/2波長(zhǎng)（若陣元間距過(guò)大會(huì)使接收信號(hào)彼此相關(guān)程度降低，太小則會(huì)在方向圖形成不必要的柵瓣，可能放大噪聲或干擾）。圖3對(duì)自適應(yīng)陣列智能天線(xiàn)與波束轉(zhuǎn)換智能天線(xiàn)進(jìn)行了比較。
圖3自適應(yīng)陣列智能天線(xiàn)（a）與束轉(zhuǎn)換智能天線(xiàn)（b）的比較
3.智能天線(xiàn)的自適應(yīng)波束成形技術(shù)
智能天線(xiàn)技術(shù)研究的核心是自適應(yīng)算法，可分為盲算法、半盲算法和非盲算法。
非盲算法需借助參考信號(hào)，對(duì)接收到的預(yù)先知道的參考信號(hào)進(jìn)行處理可以確定出信道響應(yīng)，再按一定準(zhǔn)則（如迫零準(zhǔn)則）確定各加權(quán)值，或者直接根據(jù)某一準(zhǔn)則自適應(yīng)地調(diào)整權(quán)值（即算法模型的抽頭系數(shù)）。常用的準(zhǔn)則有最小均方誤差MMSE(Minimummeansquareerror)、最小均方LMS(Leastmeansquare)和遞歸最小二乘等；而自適應(yīng)調(diào)整則采取最優(yōu)化方法，最常見(jiàn)的是最陡梯度下降法。
盲算法無(wú)須參考信號(hào)或?qū)ьl信號(hào)，它充分利用調(diào)制信號(hào)本身固有的、與具體承載信息比特?zé)o關(guān)的一些特征（如恒包絡(luò)、子空間、有限符號(hào)集、循環(huán)平穩(wěn)等）來(lái)調(diào)整權(quán)值，以使輸出誤差盡量小。常見(jiàn)的算法有常數(shù)模算法CMA(Constantmodulearithmetic)、子空間算法、判決反饋算法等。
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，但發(fā)送參考信號(hào)浪費(fèi)了一定的系統(tǒng)帶寬。為此，又發(fā)展了半盲算法，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。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/156780.htm
波束賦形的目標(biāo)是根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)，形成對(duì)基帶信號(hào)的最佳組合與分配。軟件無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)采用數(shù)安波束形成DBF(Digitalbindform)。實(shí)現(xiàn)智能天線(xiàn)波束形成的方式有兩種：陣元空間處理方式和波束空間處理方式。陣元空間處理方式直接對(duì)各陣元按接收信號(hào)采樣并進(jìn)行加權(quán)處理后，形成陣列輸出，使天線(xiàn)方向圖主瓣對(duì)準(zhǔn)用戶(hù)信號(hào)到方向，天線(xiàn)陣列各陣元均參與自適應(yīng)調(diào)整；波束空間處理方式包含兩級(jí)處理過(guò)程，第一級(jí)對(duì)各陣元信號(hào)進(jìn)行固定加權(quán)求和，形成指向不同方向的波速，第二級(jí)對(duì)一級(jí)輸出進(jìn)行自適應(yīng)加權(quán)調(diào)整并合成，此方案不是對(duì)全部陣元都從整體最優(yōu)計(jì)算加權(quán)系數(shù)，而是只對(duì)部分陣元作自適應(yīng)處理，其特點(diǎn)是計(jì)算量小，收斂快，并且有良好的波束保形性能。
4.智能天線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用
智能天線(xiàn)能夠獲得更大的天線(xiàn)覆蓋范圍；有效減少多徑衰落的影響，提高通信質(zhì)量，并能夠減少對(duì)其它用戶(hù)的干擾；增加頻譜效率和信道容量；動(dòng)態(tài)信道分配；實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)定位；提高通信安全性。
目前TD-SCDMA（時(shí)分同步碼分多址）是世界上惟一采用智能天線(xiàn)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，國(guó)際上已經(jīng)把智能天線(xiàn)技術(shù)作B3G移動(dòng)通信發(fā)展的主要方向之一。
MIMO技術(shù)
移動(dòng)通信環(huán)境中存在多個(gè)散射體、反射體，在無(wú)線(xiàn)通信鏈路的發(fā)射與接收端存在多條傳播路徑，多徑傳播對(duì)通信的有效性與可靠性造成了嚴(yán)重的影響。研究表明，可以利用多徑引起的接收信號(hào)的某些空間特性實(shí)現(xiàn)接收端的信號(hào)分離。多輸入一多輸出（MIMO）技術(shù)在通信鏈路兩端均使用多個(gè)天線(xiàn)，發(fā)端將信源輸出的串行碼流轉(zhuǎn)成多路并行子碼流，分別通過(guò)不同的發(fā)射天線(xiàn)陣元同頻、同時(shí)發(fā)送，接收方則利用多徑引起的多個(gè)接收天線(xiàn)上信號(hào)的不相關(guān)性從混合信號(hào)中分離估計(jì)出原始子碼流（見(jiàn)圖4）這相當(dāng)于頻帶資源重復(fù)利用，可以在原有的頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)高速率的信息傳輸，使頻譜利用率和鏈路可靠性極大的提高。MIMO系統(tǒng)提供分集增益（diversitygain）和復(fù)用增益（multiplexinggain）。
圖4MIMO無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)
1.分集增益
MIMO系統(tǒng)中發(fā)射端和接收端結(jié)合，得到一個(gè)大的分集階數(shù)（diversityorder）。假設(shè)發(fā)射天線(xiàn)MT，接收天線(xiàn)數(shù)MR，最大鏈路數(shù)為MT×MR；如果所有這些鏈路具有相互獨(dú)立的衰落，則得到MT×MR階分集。
2.復(fù)用增益
空分復(fù)用利用傳播環(huán)境中豐富的多徑分量，多個(gè)數(shù)據(jù)通道共用一個(gè)頻率帶寬，從而使信道容量線(xiàn)性（與天線(xiàn)數(shù)成正比）增加，而不需要額外帶寬或功率消耗。
輸入數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)串并變換后形成MT路較低速率的數(shù)據(jù)流，并在同一時(shí)刻經(jīng)過(guò)相同的頻帶從MT根發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射出去。由于多徑傳播，每根接收天線(xiàn)所觀察到的是所有發(fā)射信號(hào)的疊加，而每根發(fā)射天線(xiàn)在接收端具有不同的空間信號(hào)，接端利用這些信號(hào)的差異分離出獨(dú)立的數(shù)據(jù)流，并將它們合并恢復(fù)出原始信號(hào)（見(jiàn)圖5）。為獲得復(fù)用增益所付出的代價(jià)是使用天線(xiàn)而帶來(lái)的系統(tǒng)硬件復(fù)雜度和成本的增加。常見(jiàn)的幾種線(xiàn)性和非線(xiàn)性接收機(jī)有迫零接收機(jī)，V-BLAST接收機(jī)，最小均方誤差接收機(jī)和最大似然接收機(jī)等.
圖5空分復(fù)用系統(tǒng)
3.MIMO與空時(shí)編碼
與MIMO技術(shù)密切相關(guān)的另一種技術(shù)是空時(shí)碼，空時(shí)碼是適合于多天線(xiàn)陣信道的一種編碼方案。它綜合了空間分集和時(shí)間分集的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提供分集增益和編碼增益?，F(xiàn)有的研究表明，空時(shí)碼能夠獲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)單天線(xiàn)系統(tǒng)的頻帶利用率。按照空時(shí)碼適用信道環(huán)境的不同，可以將已有的空時(shí)編碼分成兩大類(lèi)：一類(lèi)要求接收端能夠準(zhǔn)確地估計(jì)信道特性，如分層空時(shí)碼、網(wǎng)格空時(shí)碼和分組空時(shí)碼；另一類(lèi)不要求接收端進(jìn)行信道估計(jì)，如酉空時(shí)碼和差分空時(shí)碼。
4.MIMO和OFDM>OFDM
OFDM>OFDM技術(shù)是一種特殊的多載波傳輸方案，其多載波之間相互正交，可以高效利用頻譜資源，同時(shí)OFDM>OFDM將總帶寬分割為若干個(gè)窄帶子載波，可以有效抵抗頻率選擇性衰落。與MIMO相結(jié)合的MIMO-OFDM>OFDM系統(tǒng)既有很高的傳輸效率，又通過(guò)分集達(dá)到很強(qiáng)的可靠性，從而成為第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)。
傳統(tǒng)的智能天線(xiàn)終端只在發(fā)射端或接收端配備多個(gè)天線(xiàn)元，通常是在基站，因?yàn)轭~外的開(kāi)銷(xiāo)和空間與在移動(dòng)臺(tái)相比更容易得到滿(mǎn)足。與智能天線(xiàn)系統(tǒng)相比，MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端都為多天線(xiàn)，其潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)的智能天線(xiàn)，可以使無(wú)線(xiàn)鏈路的容量有驚人的提高。MIMO信道的可分離性依賴(lài)于豐富多徑的存在，使信道具有空間選擇性。也就是說(shuō)MIMO充分利用了多徑。與之相反，一些智能天線(xiàn)在視距（LOS）或近似視距的情況下性能更好，也就是說(shuō)在通過(guò)減少多徑分量來(lái)獲得好的工作性能；另一些基于分集的智能天線(xiàn)技術(shù)可以在非視距條件下表現(xiàn)的良好的性能，但它們也是在努力消除多徑而不是利用多徑。多天線(xiàn)系統(tǒng)憑借其在提高頻譜效率方面的卓越表現(xiàn)，在4G中將發(fā)揮重要的作用。
評(píng)論