4G系統(tǒng)中多天線技術(shù)
由于第三代移動通信系統(tǒng)(3G)還存在一些不足,包括很難達(dá)到較高的通信速率,提供服務(wù)速率的動態(tài)范圍不大,不能滿足各種業(yè)務(wù)類型要求,以及分配給3G系統(tǒng)的頻率資源已經(jīng)趨于飽和等,于是人們提出了第四代移動通信系統(tǒng)(4G)的構(gòu)想。4G的關(guān)鍵技術(shù)包括:
?。?)調(diào)制和信號傳輸技術(shù)(OFDM>OFDM);
?。?)先進(jìn)的信道編碼方式(Turbo碼和LDPC);
?。?)多址接入方案(MC-CDMA和FH-OFCDMA);
?。?)軟件無線電技術(shù);
?。?)MIMO和智能天線技術(shù);
?。?)基于公共IP網(wǎng)的開放結(jié)構(gòu)。
研究表明,在基于CDMA技術(shù)的3G中使用多天線技術(shù)能夠有效降低多址干擾,空時處理能夠極大增加CDMA系統(tǒng)容量。憑在提高頻譜利用率方面的卓越表現(xiàn),MIMO和智能天線成為4G發(fā)展中炙手可熱的課題。
智能天線技術(shù)
智能天線最初用于雷達(dá)、聲納及軍事通信領(lǐng)域。使用智能天線可以在不顯著增加系統(tǒng)復(fù)雜程度的情況下滿足服務(wù)質(zhì)量和擴(kuò)充容量的需要。
1.基本原理和結(jié)構(gòu)
智能天線利用數(shù)字信號處理技術(shù),采用先進(jìn)的波束轉(zhuǎn)換技術(shù)(switchedbeamtechnology)和自適應(yīng)空間數(shù)字處理技術(shù)(adaptivespatialdigitalprocessingtechnology),判斷有用信號到達(dá)方向(DOA)通過選擇適當(dāng)?shù)暮喜?quán)值,在此方向上形成天線主波束,同時將低增益旁瓣或零陷對準(zhǔn)干擾信號方向。在發(fā)射時,能使期望用戶的接收信號功率最大化,同時使窄波束照射范圍外的非期望用戶受到的干擾最小,甚至為零。
智能天線引入空分多址(SDMA)方式。在相同時隙、相同頻率或相同地址碼的情況下,用戶仍可以根據(jù)信號空間傳播路徑的不同而區(qū)分。實(shí)際應(yīng)用中,天線陣多采用均勻線陣或均勻圓陣。智能天線系統(tǒng)由天線陣;波束成形成網(wǎng)絡(luò);自適應(yīng)算法控制三部分組成(見圖1)。
圖1典型的智能天線系統(tǒng)
2.智能天線的分類
智能天線主要分為波束轉(zhuǎn)換智能天線(switchedbeamantenna)和自適應(yīng)陣列智能天線(adaptivearrayantenna)。
(1)波束轉(zhuǎn)換智能天線波束轉(zhuǎn)換智能天線具有有限數(shù)目的、固定的、預(yù)定義的方向圖,它利用多個并行窄波束(15°~30°水平波束寬度)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的數(shù)目而確定(見圖2)。波束轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)比較經(jīng)濟(jì),與自適應(yīng)天線相比結(jié)構(gòu)簡單,無需迭代,響應(yīng)快、魯棒性好。但預(yù)先設(shè)計(jì)好的工作模式有限,窄波束的特性將極大地影響系統(tǒng)性能。
圖2波束轉(zhuǎn)換智能天線
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