智能天线是什么
智能天线是一种安装在基站现场的双向天线,通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性,并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向,产生空间定向波束,使天线主波束对准用户信号到达方向DOA(Direction of Arrinal),旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。
智能天线对系统的改善和主要用途
综述
智能天线潜在的性能效益表现在多方面,例如,抗多径衰落、减小时延扩展、支持高数据速率、抑制干扰、减少远近效应、减小中断概率、改善BER(Bit Error Rate)性能、增加系统容量、提高频谱效率、支持灵活有效的越区切换、扩大小区覆盖范围、灵活的小区管理、延长移动台电池寿命、以及维护和运营成本较低,等等。
改善系统性能
采用智能天线技术可提高第三代移动通信系统的容量及服务质量,WCDMA系统就采用自适应天线阵列技术,增加系统容量。我国TD-SCDMA系统是应用智能天线技术的典型范例。TD-SCDMA系统采用TDD(时分双工)方式,使上下射频信道完全对称,可同时解决诸如天线上下行波束赋形、抗多径干扰和抗多址干扰等问题。该系统具有精确定位功能,可实现接力切换,减少信道资源浪费;
欧洲在DECT基站中进行智能天线实验时,采用和评估了多种自适应算法,并验证了智能天线的功能。日本在PHS系统中的测试表明,采用智能天线可减少基站数量。由于PHS等系统的通信距离有限,需要建立很多基站,若采用智能天线技术,则可降低成本;
无线本地环路系统的基站对收到的上行信号进行处理,获得该信号的空间特征矢量,进行上行波束赋形,达到最佳接收效果。天线波束赋形等效于提高天线增益,改善了接收灵敏度和基站发射功率,扩大了通信距离,并在一定程度上减少了多径传播的影响;
FDMA系统采用智能天线技术,与通常的三扇区基站相比,C/I值平均提高约8dB,大大改善了基站覆盖效果;频率复用系数由7改善为4,增加了系统容量。在网络优化时,采用智能天线技术可降低无线掉话率和切换失败率?
TDMA系统采用智能天线技术,可提高C/I指标。据研究,用4个 30°天线代替传统的120°天线,C/I可提高6dB,提高了服务质量。在满足GSM系统C/I比最小的前提下,提高频率复用系数,增加了系统容量;
CDMA系统系统采用智能天线技术,可进行话务均衡,将高话务扇区的部分话务量转移到容量资源未充分利用的扇区;通过智能天线灵活的辐射模式和定向性,可进行软/硬切换控制;智能天线的空间域滤波可改善远近效应,简化功率控制,降低系统成本,也可减少多址干扰,提高系统性能。
提高频谱利用效率
容量和频谱利用率的问题是发展移动通信根本性的问题。智能天线通过空分多址,将基站天线的收发限定在一定的方向角范围内,其实质是分配移动通信系统工作的空间区域,使空间资源之间的交叠最小,干扰最小,合理利用无线资源。
对于给定的频谱带宽,系统容量愈大,频谱利用率愈高。因此,增加系统容量与提高频谱效率一致。为了满足移动通信业务的巨大需求,应尽量扩大现有基站容量和覆盖范围。要尽量减少新建网络所需的基站数量,必须通过各种方式提高频谱利用效率。方法之一是采用智能天线技术,用自适应天线代替普通天线。由于天线波束变窄,提高了天线增益及C/I指标,减少了移动通信系统的同频干扰,降低了频率复用系数,提高了频谱利用效率。使用智能天线后,无须增加新的基站就可改善系统覆盖质量,扩大系统容量,增强现有移动通信网络基础设施的性能。
未来的智能天线应能允许任一无线信道与任一波束配对,这样就可按需分配信道,保证呼叫阻塞严重的地区获得较多信道资源,等效于增加了此类地区的无线网容量。采用智能天线是解决稠密市区容量难题既经济又高效的方案,可在不影响通话质量的情况下,将基站配置成全向连接,大幅度提高基站容量。
智能天线(smart antenna)基于自适应天线阵列原理,利用天线阵波束成形技术,使天线阵的波束指向能跟踪期望信号的天线。智能天线应具有感知存在的干扰并自动抑制干扰影响的能力,同时,还具有增强期望信号的能力。
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