作业论文报告-智能天线技术与发展

智能天线技术与发展

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1. 本课题研究的目的与意义

智能天线技术是移动通信领域中研究的热点问题之一。智能天线技术本身也在发展进步，并不断地和其他信号与信息处理技术互相联合，被认为是目前进一步提高频谱利用率的最有效的方法之一。。正因为智能天线技术具有巨大的优势，所以其在移动通信中的应用前景（提高无线系统能力如容量、覆盖和新业务等方面）十分之广泛[1]。第三代通信系统的诞生和推广使得高速数据业务不断得到普及，这样使用功率及码资源就不可避免地受到限制。但是智能天线技术可以引入一种可以单独应用的SDMA ， 通过SDMA 不同空间内的用户可以共同使用功率以及码资源，有效提升系统的容量以及吞吐量[5]。

2. 本课题的研究背景

自1959年，Van Atta（范阿塔）提出自适应天线阵的概念，发展至今可分为3 个阶段，即自适应波束控制、自适应零陷控制和空间谱估计。最初的智能天线技术主要用于军事领域中的电子对抗和通信对抗中，如雷达、声纳、军事抗干扰通信，用来完成空间滤波和定位等。

90年代以来，阵列处理技术引入移动通信领域，很快形成了一个新的研究热点－智能天线(Smart Antenna)。智能天线应用广泛，它在提高系统通信质量、缓解无线通信日益发展与频谱资源不足的矛盾、以及降低系统整体造价和改善系统管理等方面，都具有独特的优点。随着民用移动通信的发展，智能天线技术也被用来解决民用移动通信中的干扰问题，可改善移动通信的系统性能，并提高系统容量。

近年来，随着移动通信的发展及对移动通信电波传播、组网技术、天线理论等方面的研究逐渐深入，现代数字信号处理技术迅速发展，数字信号处理芯片处理能力不断提高，利用数字技术在基带形成天线波束成为可能，提高了天线系统的可靠性与灵活度。智能天线技术因此用于具有复杂电波传播环境的移动通信。此外，随着移动通信用户数迅速增长和人们对通话质量要求的不断提高，要求移动通信网在大容量下仍具有较高的话音质量。经研究发现，智能天线可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 Arrival)，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。同时，利用各个移动用户间信号空间特征的差异，通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。在不增加系统复杂度的情况下，使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。

3. 本课题研究的发展现状分析

下一代无线系统需要信号处理技术，这种技术应能使系统在种各样的情况下运行，这些情况包括不同的传播、业务、干扰、用户移动性、天线配置、无线电接入技术和信道状态信息可靠性。在下一代系统的设计中，若要利用智能天线提供的增强，并在复杂性与性能之间达到最佳的平衡，需要在设计的最初阶段就考虑智能天线的特性。

欧洲先进通信研究计划——RACE 于1994年1月到1995年-1月期间设立项目。该项目通过计算机仿真、多阵元传输测试和现场实验来验证智能天线对扩大覆盖和减少时延扩展的作用，并检验SFIR 和SDMA 等概念的可行性。

RACE TSUNAMI项目完成了一个收/发智能天线试验床，项目验证了智能天线对减少时延扩展和衰落的作用，在基于欧洲无绳系统DECT 空中接口的现场实验中，装配有智能天线的基站对工作于同一时隙的且有一定角度间隔的两个移动用户进行了成功跟踪和解调。

作为RACE 中TSUNAMI 项目的延续， 欧洲先进通信技术社会(ACTS)计划在1995年9月至1998年6月间设立了TSUNAMI Ⅱ项目，以显示在第3代系统如UMTS 中使用智能天线的灵活性和经济性。该项目研究了诸如环境因素对天线性能的影响" 阵列校正问题" 几种波束成型方案在DCS1800 中的性能、移动跟踪能力等问题，与UMTS 直接相关的问题(如宽带空时阵列信号处理方案等) 在该项目及 ACTS 的一个后续项目SUNBEAM 中也有研究。

1996年9月到1998年6 月, 在ACTS 计划中设立了ATM 无线接入通信系统项目(AWACS)。该项目对媒体接入控制协议、无线ATM 的移动管理、40GHz 载频的特性、新的调制和编码技术，以及窄波束天线替代多载波和均衡技术的可行性等进行了研究。

2000年1月欧委会启动的信息社会技术（IST ）计划，支持两个新的研究项目:通用宽带网中的智能天线技术(SATURN)和多元发送接收阵列(METRA)，前者主要研究多入多出阵列信号处理在无线局域网中的应用，后者则侧重研究面向WCDMA 的天线发分集技术。

智能天线已经成为当前发布的3 G 标准的一部分（如Alamouti STBC），并且在未来发布的标准中，还将进一步考虑更加完善的方法。而且目前将智能天线技术纳入IEEE 无线LAN/MAN（802.11n 和802.162）的趋势正在增长。但是，它的实施成本可能变化很大，且实施的成本效益一直是这一领域中的重大挑战。在基站，特别重要的是要发展改进型的天线结构（可以使用微机电系统（MEMS ）技术，如微开关或左旋材料）、改进型的线缆结构、有效的低成本射频/ 数字信号处理结构（RF/DSP）。在终端方面，智能天线技术的应用可产生重大的影响，这种影响不仅涉及到系统性能，也会影响到价格和终端的物理尺寸。

未来有希望的研究领域是有效的智能天线算法设计，小型低功率RF 结构和有生命力的数字信号处理器的实现。而且，在广泛的各种分开的和平行配置的空中接口的情况下，有望有效地使用这种天线结构、RF 结构和数字信号处理器。为达此目的，应当研究创新的符合发展潮流的方法，即将复杂的无线系统的射频和基带部分联合集成到一个基片上。这种研究的关键是对基本技术的理解，它将使智能天线的未来应用具有生命力。

参考文献

[1] 吕召彪. 新型天线技术发展趋势分析 [M]., 电信技术. 2011-12-25

[2] 李小强; 胡健栋. 未来移动通信系统中的智能天线技术 [M]. 移动通信. 1999-02-25

[3] 王江曼. 无线通信中的智能天线技术研究. 华东师范大学.2011-05-01

[4] 殷勤业; 张莹. 无线局域网中的智能天线技术[J].电子学报.2004-12-30

[5] 王彤，韦高. 智能天线技术对TD-SCDMA 系统容量的改善[J].现雷达，2005 (10): 71．

[6] Angeliki Alexiou ; Martin Haardt ; 宋笑亭. 未来无线系统的智能天线技术——趋势与挑战

[M].中国无线电.2005-06-26

[7] 杜志敏; 闫志刚; 吴伟陵. 移动通信中的智能天线技术中兴[M].通讯技术.2001-06-15

[8] 吴宏瑞; 惠晓威; 姜仑. 移动通信中智能天线技术的研究[M].通信技术.2009-05-10

[9] 张静. 智能天线技术及在移动通信中的应用[M].信息技术与信息化.2007-04-15

[10] 段琳. 智能天线技术在第三代移动通信系统中的应用[J].山西广播电视大学学

报.2008-05-10

[11] 殷勤业; 张建国. 智能天线技术与第三代移动通信系统[M].数据采集与处理.2001-12-15