TD-SCDMA的智能天線技術(shù)

摘要:智能天線技術(shù)是TD-SCDMA(時分同步碼分多址)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。

　　TD-SCDMA(Time DivisiON Synchronous CodeDivision Multiple Access )，即時分同步的碼分多址技術(shù)，已正式成為國際電信聯(lián)盟(ITU)第三代移動通信標準IMT2000 建議的一個組成部分，我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA、歐洲WCDMA 和美國CDMA2000成為3G 時代最主流的技術(shù)。TD-SCDMA集碼分多址(CDMA)、時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)等技術(shù)優(yōu)勢于一體，采用智能天線、聯(lián)合檢測、接力切換、同步CDMA、軟件無線電、低碼片速率、多時隙、可變擴頻系統(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、抗干擾能力強等優(yōu)點的移動通信技術(shù)。

　　近年來隨著全球移動通信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，對信號傳輸強度、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)，利用信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號區(qū)分開來，最大限度地利用有限的信道資源。它利用信號傳輸?shù)目臻g特性，從空間位置及入射角度上區(qū)分所需信號與干擾信號，從而控制天線陣的方向圖，達到增強所需信號抑制干擾信號的目的;同時它還能根據(jù)所需信號和干擾信號位置及入射角度的變化，自動調(diào)整天線陣的方向圖，實現(xiàn)智能跟蹤環(huán)境變化和用戶移動的目的，達到最佳收發(fā)信號，實現(xiàn)動態(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，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，而且也減少了移動通信信道的多徑。CDMA系統(tǒng)是一個功率受限系統(tǒng)，智能天線的應(yīng)用達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50 年代的旁瓣對消天線，這種天線包含一個用于接收有用信號的高增益天線和一個或幾個用于抑制旁瓣的低增益、寬波束天線。將幾個這樣的環(huán)路組合成陣列天線，就構(gòu)成自適應(yīng)天線。隨著陣列信號處理技術(shù)的發(fā)展，與智能天線有關(guān)的術(shù)語也越來越多，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應(yīng)的收發(fā)信機按照一定的方式排列和激勵，利用波的干涉原理產(chǎn)生強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準服務(wù)用戶方向，零陷對準干擾方向，實現(xiàn)波束賦形，達到定向發(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(導(dǎo)頻序列或?qū)ьl信道)的算法，此時收端知道發(fā)送的是什么，按一定準則確定或逐漸調(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，它一般利用調(diào)制信號本身固有的、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。非盲算法相對盲算法而言，通常誤差較小，收斂速度也較快，但需浪費一定的系統(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，再用盲算法進行跟蹤和調(diào)整，這樣做可綜合二者的優(yōu)點，同時也與實際的通信系統(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并行波束覆蓋整個用戶區(qū)，每個波束的指向是固定的，波束寬度也隨天線元數(shù)目而確定。多波束天線不能實現(xiàn)信號最佳接收，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)，陣元間距為半個波長。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，可以完成用戶信號接收和發(fā)送。