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第四代移動通信技術(shù)中采用了智能天線技術(shù),智能天線一般是指安裝在基站的天線,主要是通過能夠編程的電子相位關(guān)系來確定方向性。智能天線技術(shù)采用的是SDMA,而SDMA是衛(wèi)星通信方式的一種,主要是利用天線的方向性來確定范圍,也就是頻域,從而減少了成本,增加了收益。SDMA是利用空間分割來劃分信道,采用智能天線技術(shù)可以改善信號質(zhì)量,4G移動通信技術(shù)廣泛采用這一能夠降低建設(shè)成本的技術(shù)。另外,為了提高移動通信系統(tǒng)的性能,4G移動移動技術(shù)還采用了無線鏈路增強(qiáng)技術(shù),像分集技術(shù)和多輸入多輸出(MIMO)技術(shù),為數(shù)據(jù)的高速傳輸提供了技術(shù)支持。
2、4G移動通信技術(shù)的安全缺陷繼解決措施
病毒,一般來說,是有些計(jì)算機(jī)操作人員惡意制造的一些計(jì)算機(jī)操作指令,載入在一些人們常用的軟件和網(wǎng)頁當(dāng)中傳播,破壞計(jì)算機(jī)的信息安全。病毒對網(wǎng)絡(luò)通信的破壞是猝不及防的,而且其傳播速度很快,在很短的時(shí)間內(nèi)能讓成千上萬的文件或者程序受到攻擊。而且病毒自身繁殖性也很強(qiáng),一旦遭到病毒侵害的程序就會自身復(fù)制,能夠像生物病毒一樣繁殖下去,對通信安全將造成巨大的危害。黑客,一般都擁有大量的計(jì)算機(jī)相關(guān)的技能,能夠輕易侵入別人的電腦或者拿別人的電腦當(dāng)跳板再入侵其他的電腦來竊取用戶信息,或者破壞通信信息安全。黑客非法地對國家政府、軍事情報(bào)機(jī)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)、軍事指揮系統(tǒng)、公司企業(yè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行竊聽、篡改,以達(dá)到危害國家安全,破壞社會穩(wěn)定,致使企業(yè)造成損失,這將對用戶的通信安全產(chǎn)生巨大的威脅。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或者瀏覽器本身存在的安全缺陷,極易被一些惡意軟件攜帶的病毒攻擊,而這些病毒經(jīng)常不容易被發(fā)現(xiàn),最終對通信和信息交換造成破壞。科技不斷地發(fā)展,我們有信心解決以上提出的安全問題,為了有效地解決,我們在4G移動通信技術(shù)研究和開發(fā)的過程中一定要嚴(yán)密把控各方面的環(huán)節(jié),確保第四代移動通信技術(shù)對于用戶數(shù)據(jù)的信息安全。采取增加網(wǎng)絡(luò)防火墻,使用更加復(fù)雜的秘鑰等措施,提高系統(tǒng)的抗攻擊能力,在不影響數(shù)據(jù)安全和完整性的前提下,同時(shí)提高系統(tǒng)的恢復(fù)能力。同時(shí),各國政府也要成立專門的機(jī)構(gòu),出臺相關(guān)的法律法規(guī),增加對網(wǎng)絡(luò)安全管理人員的培養(yǎng),普及安全知識,同時(shí)加大對安全保護(hù)措施的投資力度,對危害通信安全和網(wǎng)絡(luò)安全的不法分子嚴(yán)懲不貸。
3、結(jié)語
摘要:主要介紹了智能天線的提出背景、基本概念、關(guān)鍵技術(shù)、優(yōu)點(diǎn)以及國外的研究進(jìn)展情況,最后指出了智能天線的發(fā)展方向。
一、前言
隨著蜂窩移動用戶的不斷增長,如何解決頻譜資源緊張、抑制各種干擾、提高通信服務(wù)質(zhì)量成為一個(gè)亟待解決的問題。為此,人們提出了一系列的解決方案,例如,在通信密集的地方引入微蜂窩技術(shù)、頻率跳變技術(shù)、高效的編碼技術(shù)以及進(jìn)行功率控制等。而智能天線為這一切問題的解決提供了一條新思路。智能天線能夠成倍地提高通信系統(tǒng)的容量,有效地抑制復(fù)雜電磁環(huán)境下的各種干擾,并且還能與各種通信系統(tǒng)和其他多址方式兼容,從而以較小的代價(jià)獲取較大的性能提高。目前,國內(nèi)外有許多大學(xué)和公司致力于智能天線的研究。歐洲電信委員會(ETSI)明確提出智能天線是第三代移動通信系統(tǒng)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一,并制定了相應(yīng)的開發(fā)計(jì)劃。
二、智能天線的基本概念
智能天線綜合了自適應(yīng)天線和陣列天線的優(yōu)點(diǎn),以自適應(yīng)信號處理算法為基礎(chǔ),并引入了人工智能的處理方法。智能天線不再是一個(gè)簡單的單元,它已成為一個(gè)具有智能的系統(tǒng)。其具體定義為:智能天線以天線陣列為基礎(chǔ),在取得電磁信息之后,使用人工智能的方法進(jìn)行處理,對電磁環(huán)境做出分析、判斷,并自動調(diào)整本身的工作狀態(tài)使之達(dá)到最佳。依據(jù)天線的智能化程度可將天線分成可變波束天線、動態(tài)相控陣列和自適應(yīng)陣列3類。可變波束天線依據(jù)接收功率最大原則,在幾個(gè)預(yù)設(shè)陣列波束中進(jìn)行切換;動態(tài)相控陣列使用測向算法,能夠連續(xù)追蹤用戶的方向而改變天線的波束,使接收功率達(dá)到最大;自適應(yīng)陣列既對用戶進(jìn)行測向,又對各種干擾源進(jìn)行測向,在形成波束時(shí),不僅使接收功率最大,而且使噪聲降到最低,從而使接收信噪比最高。
智能天線的發(fā)展可分成3個(gè)階段:第1階段是應(yīng)用于上行鏈路,通過使用智能天線增加基站的接收增益,從而使接收機(jī)的靈敏度和接收距離大大增加;第2階段是將智能天線技術(shù)同時(shí)應(yīng)用于下行鏈路,在智能天線應(yīng)用于下行鏈路后,能夠控制波束的發(fā)射方向,從而有助于頻率的復(fù)用,提高系統(tǒng)的容量;最后一個(gè)階段是完全的空分多址,此時(shí)在一個(gè)蜂窩系統(tǒng)中,可以將同一個(gè)物理信道分配給不同的用戶,例如,在TDMA中,可以將同一小區(qū)內(nèi)同一時(shí)隙同一載波同時(shí)分配給兩個(gè)用戶。
三、智能天線的組成和關(guān)鍵技術(shù)
智能天線主要分為天線陣列、接收通道及數(shù)據(jù)采集、信息處理3部分。在移動通信系統(tǒng)中,天線陣列通常采用直線陣列和平面陣列兩種方式。在確定天線陣列的形式后,天線單元的選擇就十分關(guān)鍵。天線單元不僅要達(dá)到本身的性能指標(biāo),還必須具有單元之間的互耦小、一致性好以及加工方便的特點(diǎn)。目前微帶天線使用較多。
接收通道及數(shù)據(jù)采集部分主要完成信號的高頻放大、變頻和A/D轉(zhuǎn)換,以形成數(shù)字信號。目前,受A/D器件抽樣速率的限制,不能直接對高射頻信號和微波信號進(jìn)行采樣,必須對信號進(jìn)行下變頻處理,降低采樣速率。
信息處理部分是智能天線的核心部分,主要完成超分辨率陣列處理和數(shù)字波束形成兩方面的功能。進(jìn)行超分辨率陣列處理的目的是獲得空間信號的參數(shù),這些參數(shù)主要包括信號的數(shù)目、信號的來向、信號的調(diào)制方式及射頻頻率等,其中信號的來向?qū)τ趯?shí)現(xiàn)空分多址和自適應(yīng)抑制干擾有著重要作用。在眾多的超分辨率測向算法中,MUSIC算法及其改進(jìn)算法一直占據(jù)主導(dǎo)地位,它不受天線陣排陣方式的影響,只需經(jīng)過一維搜索就能實(shí)現(xiàn)對信號來向的無偏估計(jì),并且估計(jì)的方差接近CRLB。此外,使用ESPRIT算法來解決移動通信中的測向問題也得到了廣泛的研究。數(shù)字波束形成主要通過調(diào)整加權(quán)系數(shù)來達(dá)到增強(qiáng)有用信號和抑制干擾的作用,它需要收斂速度快、精度高的算法支持。根據(jù)所需先驗(yàn)知識的不同,目前的波束形成算法主要有3類:以信號來向?yàn)橄闰?yàn)知識,如LCMV算法;以參考信號為先驗(yàn)知識,包括LMS算法及其改進(jìn)算法NLMS、RLS等;不需要任何先驗(yàn)知識,如CMA算法。由于移動通信環(huán)境復(fù)雜,各種算法也有各自的優(yōu)缺點(diǎn),因此系統(tǒng)中必須對多種算法取長補(bǔ)短,才能達(dá)到最佳效果。
四、智能天線的特點(diǎn)和優(yōu)勢
(1)提高系統(tǒng)容量
在蜂窩系統(tǒng)中,用戶的干擾主要來自其他用戶,而智能天線將波束零點(diǎn)對準(zhǔn)其他用戶,從而減少了干擾的影響。由于系統(tǒng)提高了接收信噪比,因此減少了頻譜資源的復(fù)用距離,從而獲得了更大的系統(tǒng)容量。
(2)擴(kuò)大小區(qū)覆蓋距離和范圍
使用智能天線可以提高用戶和基站的功率接收效率,進(jìn)一步擴(kuò)大基站的通信距離,減少功率損失,從而延長電池的壽命,減小用戶的終端。
(3)減少多徑干擾影響
智能天線使用陣列天線,通過利用多個(gè)天線單元的接收信息和分集技術(shù),可以將多徑衰落和其他多徑效應(yīng)最小化。
(4)降低蜂窩系統(tǒng)的成本
智能天線利用多種技術(shù)優(yōu)化了信號的接收,從而能夠顯著降低放大器成本和功率損耗,提高系統(tǒng)的可靠性,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低成本。
(5)提供新服務(wù)
智能天線在使用過程中必須對用戶進(jìn)行測向,以確定用戶的位置,從而為用戶提供基于位置信息的服務(wù),如緊急呼叫等。目前,美國聯(lián)邦通信委員會已準(zhǔn)備實(shí)施用戶定位服務(wù)。
(6)更好的安全性
使用智能天線后,竊聽用戶的通話將會更加困難,因?yàn)榇藭r(shí)盜聽者必須和用戶處于相同的通信方向上。
(7)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)管理能力
利用智能天線可以實(shí)時(shí)檢測電磁環(huán)境和用戶情況,從而為實(shí)施更有效的網(wǎng)絡(luò)管理提供條件。
(8)解決遠(yuǎn)近效應(yīng)問題和越區(qū)切換問題
智能天線可自適應(yīng)地調(diào)節(jié)天線增益,較好地解決了遠(yuǎn)近效應(yīng)問題,為移動臺的進(jìn)一步簡化提供了條件。在蜂窩系統(tǒng)中,越區(qū)切換是根據(jù)基站接收的移動臺的功率電平來判斷的。由于陰影效應(yīng)和多徑衰落的影響常常導(dǎo)致越區(qū)轉(zhuǎn)接,增加了網(wǎng)絡(luò)管理的負(fù)荷和用戶呼損率。在相鄰小區(qū)應(yīng)用的智能天線技術(shù),可以實(shí)時(shí)地測量和記錄移動臺的位置和速度,為越區(qū)切換提供更可靠的依據(jù)。
五、智能天線的技術(shù)現(xiàn)狀
在分析智能天線理論的同時(shí),國內(nèi)外一些大學(xué)、公司和研究所分別建立了實(shí)驗(yàn)平臺,將智能天線應(yīng)用于實(shí)踐中,并取得了一些成果。
(1)美國
在智能天線技術(shù)方面,美國較其他國家更加成熟,已開始投入實(shí)際應(yīng)用中。美國的ArrayComm公司發(fā)展了針對GSM標(biāo)準(zhǔn)和日本PHS標(biāo)準(zhǔn)的智能天線系統(tǒng)。該公司已將智能天線應(yīng)用于基于PHS標(biāo)準(zhǔn)的無線本地環(huán)路中,并投入了商業(yè)運(yùn)行。該方案采用可變陣元配置,有12陣元、8陣元環(huán)形自適應(yīng)陣列可供不同的環(huán)境選用,現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)表明,在PHS基站采用智能天線技術(shù)可使系統(tǒng)容量增加4倍。
(2)歐洲
歐洲通信委員會在RACE計(jì)劃中實(shí)施了第一階段的智能天線技術(shù)研究,稱為TSUNAMI,由德國、英國、丹麥和西班牙共同合作完成。它采用DECT標(biāo)準(zhǔn),射頻頻率為1.89GHz,天線由8個(gè)微帶貼片組成。陣元距離可調(diào)、組陣方式可變,有直線型、圓環(huán)型和平面型3種形式。數(shù)字波束形成的硬件主要包括2片DBF1108芯片,它在軟件上分別由MUSIC算法、NLMS、RLS完成測向和求得最佳的加權(quán)系數(shù)。在典型的市區(qū)環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)表明,該智能天線能有效跟蹤的方向分辨率大約為15°,BER優(yōu)于10-3。
(3)日本
ATR光電通信研究所研制了基于波束空間處理方式的多波束智能天線。天線陣元布局為間距半波長的16陣元平面方陣,射頻工作頻率為1.545GHz。陣元組件接收信號在A/D變換后,進(jìn)行快速傅氏變換,形成正交波束后分別采用恒模算法或最大比值合并分集算法,數(shù)字信號處理部分由10片F(xiàn)PGA完成。ATR研究人員提出了智能天線的軟件天線概念。
(4)其他國家
我國的信威公司也將智能天線應(yīng)用于TDD方式的WLL系統(tǒng)中。該智能天線采用8陣元的環(huán)形自適應(yīng)陣列,射頻工作于1785~1805MHz,采用TDD工作方式,收發(fā)間隔為10ms,接收機(jī)靈敏度最大可提高9dB。此外,愛立信公司與德國運(yùn)營商也將智能天線應(yīng)用于GSM基站上,但該天線的智能化程度不高。韓國、加拿大等國也開展了智能天線方面的研究。
(5)用于衛(wèi)星移動通信的智能天線
上文主要介紹了基于蜂窩系統(tǒng)的智能天線,另外還有一種用于L衛(wèi)星移動通信的智能天線。該天線采用了由16個(gè)環(huán)形微帶貼片天線組成的一個(gè)4×4的方形平面陣,它的射頻頻率為1.542GHz,左旋圓極化,中頻頻率為32kHz,A/D變換器的采樣速率和分辨率分別為128kHz和8位。在數(shù)字信號處理部分,選用了10個(gè)FPGA芯片,其中8個(gè)用于16個(gè)天線支路的準(zhǔn)相干檢測和快速傅里葉變換,另外2片則起到波束選擇、控制和接口的作用;自適應(yīng)算法則選擇了CMA。系統(tǒng)的外場測試表明,它能產(chǎn)生16個(gè)波束來覆蓋整個(gè)上半空間,并且不需要借助于任何傳感器,就能用最高增益的波束來自動捕獲和跟蹤衛(wèi)星信號,從而在各種復(fù)雜的環(huán)境下均能提供比采用其他天線要高得多的通信質(zhì)量。
六、智能天線面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展方向
智能天線系統(tǒng)在改善性能的同時(shí),也增加了收發(fā)機(jī)的復(fù)雜度。因?yàn)橐獙γ總€(gè)用戶進(jìn)行定位,并且波束形成的計(jì)算量很大,所以智能天線系統(tǒng)中有多個(gè)計(jì)算單元和控制單元。在實(shí)施SMDA時(shí),資源管理也成為一個(gè)必須關(guān)注的問題。作為一種新的多址方式,在頻譜分配和移動性管理上也提出了新的問題,將會對網(wǎng)絡(luò)管理提出更多的需求。此外,目前智能天線的物理尺寸較大,不利于構(gòu)建更小的基站。
摘要:近年發(fā)展起來的CDMA移動通信系統(tǒng)技術(shù)相對于FDMA、TDMA系統(tǒng)具有較大的容量,但由于多徑干擾、多址干擾的存在,其容量優(yōu)勢并沒有得到充分的發(fā)揮,如果在基站上采用智能天線可以降低這些干擾的影響,提高系統(tǒng)的性能。本文通過對智能天線的認(rèn)識、優(yōu)勢的闡述,從而引發(fā)智能天線在現(xiàn)代移動通信中的重要性。
一、引言
我們知道,天線有很多種,但大體上可分為三大類:“線天線”、“面天線”及“陣列天線”。陣列天線最初用于雷達(dá)、聲納以及軍事通信中,完成空間濾波和參數(shù)估計(jì)兩大任務(wù)。當(dāng)陣列天線應(yīng)用到移動通信領(lǐng)域時(shí),通信工程師喜歡用“智能天線”來稱謂之。智能天線根據(jù)方向圖形成(或稱為波束形成)的方式又可分為兩類:第一類,采用固定形狀方向圖的智能天線,且不需要參考信號;第二類,采用自適應(yīng)算法形成方向圖的智能天線,需要參考信號。
本文在以下提到的智能天線都是指第二類,即(自適應(yīng))智能天線,這也是目前智能天線研究的主流。
二、智能天線的技術(shù)現(xiàn)狀
在分析研究智能天線技術(shù)理論的同時(shí),國內(nèi)外一些大學(xué)、公司和研究所分別建立了試驗(yàn)平臺,用實(shí)驗(yàn)的方法來驗(yàn)證理論研究的成果,得出相應(yīng)的結(jié)論。
(1)在美國
在智能天線技術(shù)方面,美國較其它國家要成熟的多,并已開始投入實(shí)用。美國ArrayComm公司將智能天線技術(shù)應(yīng)用于無線本地環(huán)路(WLL)系統(tǒng)。ArrayComm方案采用可變陣元配置,有12陣元、8陣元環(huán)形自適應(yīng)陣列可供不同環(huán)境選用,現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)表明在PHS基站采用該技術(shù)可以使系統(tǒng)容量提高4倍。
(2)在歐洲
歐洲通信委員會(CEC)在RACE(ResearchintoAdvancedCommunicationinEurope)計(jì)劃中實(shí)施了第一階段智能天線技術(shù)研究,稱為TSUNAMI(TheTechnologyinSmartAntennasforUniver-salAdvancedMobileInfrastructure),由德國、英國、丹麥和西班牙合作完成。該項(xiàng)目是在DECT基站上構(gòu)造智能天線試驗(yàn)?zāi)P停?995年初開始現(xiàn)場試驗(yàn),天線陣列由8個(gè)陣元組成,射頻工作頻率為1.89GHz,陣元間距可調(diào),陣元分布有直線型、圓環(huán)型和平面型三種形式。試驗(yàn)?zāi)P陀脭?shù)字波束成形的方法實(shí)現(xiàn)智能天線,采用ERA技術(shù)有限公司的專用ASIC芯片BDF1108完成波束形成,使用TMS320C40芯片作為中央控制。
(3)在日本
ATR光電通信研究所研制了基于波束空間處理方式的多波束智能天線。天線陣元布局為間距半波長的16陣元平面方陣,射頻工作頻率是1.545GHz。陣元組件接收信號在模數(shù)變換后,進(jìn)行快速付氏變換(FFT)處理,形成正交波束后,分別采用恒模(CMA)算法或最大比值合并分集算法,數(shù)字信號處理部分由10片F(xiàn)PGA完成,整塊電路板大小為23.3cm×34.0cm。ATR研究人員提出了智能天線的軟件天線的概念。
我國目前有部分單位也正進(jìn)行相關(guān)的研究。信威公司將智能天線應(yīng)用于TDD(時(shí)分雙工)方式的WLL系統(tǒng)中,信威公司智能天線采用8陣元環(huán)形自適應(yīng)陣列,射頻工作于1785~1805MHz,采用TDD雙工方式,收發(fā)間隔10ms,接收機(jī)靈敏度最大可提高9dB。
三、智能天線的優(yōu)勢
智能天線是第三代移動通信不可缺少的空域信號處理技術(shù),歸納起來,智能天線具有以下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。
(1)具有測向和自適應(yīng)調(diào)零功能,能把主波束對準(zhǔn)入射信號并適應(yīng)實(shí)時(shí)跟蹤信號,同時(shí)還能把零響點(diǎn)對準(zhǔn)干擾信號。
(2)提高輸入信號的信干噪比。顯然,采用多天線陣列將截獲更多的空間信號,也即是獲得陣列增益。
(3)能識別不同入射方向的直射波和反射波,具有較強(qiáng)的抗多徑衰落和同信道干擾的能力。能減小普通均衡技術(shù)很難處理的快衰落對系統(tǒng)性能的影響。
(4)增強(qiáng)系統(tǒng)抗頻率選擇性衰落的能力,因?yàn)樘炀€陣列本質(zhì)上具有空間分集的能力。
(5)可以利用智能天線,實(shí)時(shí)監(jiān)測電磁環(huán)境和用戶情況來提高網(wǎng)絡(luò)的管理能力。
(6)智能天線自適應(yīng)調(diào)節(jié)天線增益,從而較好地解決遠(yuǎn)近效應(yīng)問題。為移動臺的進(jìn)一步簡化提供了條件。越區(qū)切換是根據(jù)基站接收的移動臺功率的電平來判斷的。由于陰影效應(yīng)和多徑衰落的影響常常導(dǎo)致錯(cuò)誤的越區(qū)轉(zhuǎn)接,從而增加了網(wǎng)絡(luò)管理的負(fù)荷和用戶的呼損率。在相鄰小區(qū)應(yīng)用的智能天線技術(shù),可以實(shí)時(shí)地測量和記錄移動臺的位置和速度,為越區(qū)切換提供更可靠的依據(jù)。
四、智能天線與若干空域處理技術(shù)的比較
為了進(jìn)一步理解智能天線的概念,我們把智能天線和相關(guān)的傳統(tǒng)空域處理技術(shù)加以比較。
(1)智能天線與自適應(yīng)天線的比較
智能天線與自適應(yīng)天線并沒有本質(zhì)上的區(qū)別,只是由于應(yīng)用場合不同而具有顯著的差異。自適應(yīng)天線主要應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)的干擾抵消,一般地,雷達(dá)接收到的干擾信號具有很強(qiáng)的功率電平,并且干擾源數(shù)目比天線陣列單元數(shù)少或相當(dāng)。而在無線通信系統(tǒng)中,由于多徑傳播效應(yīng)到達(dá)天線陣列的干擾數(shù)目遠(yuǎn)大于天線陣列單元數(shù),入射角呈現(xiàn)隨機(jī)分布,功率電平也有很大的動態(tài)變化范圍,此時(shí)的天線叫智能天線。對自適應(yīng)天線而言,只需對入射干擾信號進(jìn)行抵消以獲得信干噪比(SINR,SignaltoInterferenceplusNoiseRatio)的最大化。對智能天線而言,由于到達(dá)陣列的多徑信號的入射角和功率電平均數(shù)是隨機(jī)變化的,所以獲得的是統(tǒng)計(jì)意義上的信干噪比(SINR)的最大化。
(2)智能天線與空間分集技術(shù)的比較
空間分集是無線通信系統(tǒng)中常用的抗多徑衰落方案。M單元智能天線也可等效為由M個(gè)空間耦合器按優(yōu)化合并準(zhǔn)則構(gòu)成的空間分集陣列。因此可以認(rèn)為智能天線是傳統(tǒng)分集接收的進(jìn)一步發(fā)展。
但是智能天線與空間分集技術(shù)卻是有顯著的差別的。首先空間分集利用了陣列天線中不同陣元耦合得到的空間信號的弱相關(guān)性,也即是不同路徑的多徑信號的弱相關(guān)性。而智能天線則是對所有陣元接收的信號進(jìn)行加權(quán)合并來形成空間濾波。一個(gè)根本性的區(qū)別:智能天線陣列結(jié)構(gòu)的間距小于一個(gè)波長(一般取λ/2),而空間分集陣列的間距可以為數(shù)個(gè)波長。
(3)智能天線與小區(qū)扇區(qū)化的比較
小區(qū)的扇區(qū)化可以認(rèn)為是一種簡化的、固定的預(yù)分配智能天線系統(tǒng)。智能天線則是動態(tài)地、自適應(yīng)優(yōu)化的扇區(qū)化技術(shù)。現(xiàn)在,我們來討論一個(gè)頗有爭議的問題。根據(jù)IS-95建議,當(dāng)采用120°扇區(qū)時(shí)系統(tǒng)容量將增加3倍。由此是否可以得到結(jié)論,扇區(qū)化波束越窄系統(tǒng)容量提高越大?考慮到實(shí)際的電磁環(huán)境,我們認(rèn)為對這一問題的回答是否定的。這是因?yàn)檎ㄊ邮盏降男盘柾怯稍S多相關(guān)性較強(qiáng)的多徑信號構(gòu)成的。一般情況下,各徑信號的時(shí)延擴(kuò)展小于一個(gè)chip周期。這時(shí)信號波形易于產(chǎn)生畸變從而降低信號的質(zhì)量達(dá)不到增加系統(tǒng)容量的目的。同時(shí)如果采用過窄的波束接收信號,一旦該徑信號受到嚴(yán)重的衰落,則將直接導(dǎo)致通信的中斷。另外,過窄的接收波束在工程上是難以實(shí)現(xiàn)的,并將成倍地增加設(shè)備的復(fù)雜度。
五、智能天線的未來展望
(1)目前還沒有一個(gè)完整的通信理論能夠較全面地將智能天線的所有課題有機(jī)地聯(lián)系起來,故需要建立一套較完整的智能天線理論;另一方面,高效、快速的智能算法也將是智能天線走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵。
(2)采用高速DSP技術(shù),將原先的射頻信號轉(zhuǎn)移到基帶進(jìn)行處理。基帶處理過程是數(shù)字算法的硬件實(shí)現(xiàn)過程。
(3)由于圓形布陣和二維任意布陣比等間隔線陣優(yōu)越,同時(shí)陣列天線的數(shù)字合成算法能夠用于任意形式陣列天線而形成任意圖案的方向圖,因而可考慮在CDMA基站中采用二維任意布陣的智能天線。
(4)在移動臺中(如手機(jī))采用智能天線技術(shù)。
(5)采用智能天線技術(shù)來改善移動通信信道中上下鏈路不能使用同一套權(quán)值的問題,以改善上下鏈路的性能。
(6)目前,智能天線技術(shù)的研究已不是單一地研究智能天線本身,應(yīng)與CDMA的一些關(guān)鍵技術(shù)(如多用戶檢測技術(shù)、多用戶接收技術(shù)、功率控制等)結(jié)合在一起研究。