1、石家庄城市职业学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目： 浅谈智能天线在移动通信中的应用 系 （部） 电子信息技术系 专业班级 11 移动 学 号 41 学生姓名 李泽 指导教师 杨静宜 职 称 讲师 2013 年 11 月 1 日 浅谈智能天线在移动通信中的应用摘要： 简述了第三代移动通信标准的概念的提出、内涵及发展演变过程;接着介绍智能天线的概念及其关健技术;最后讲述智能天线在移动通信中的应用。关键词： 3G WCDMA CDMA2000 智能天线目录引言1第一章 第三代移动通信(3G)的概述.21.1 WCDMA.21.2 CDMA200021.3 TD-SC DMA2第二章 智能天线3第
2、三章 智能天线在移动通信中的应用33.1 应用范围.33.2 智能天线上行收技术33.3 智能天线下行收技术3第四章 我国智能天线的发展现趋势3 第五章 智能天线的优点.45.1 实现移动台定位.45.2 提高基站接收机的灵敏度.45.3 智能天线在未来 3G 网络中的应用.45.4 在无线本地环路系统中的应用.45.5 在 MIMO 系统中的应用.45.6 智能天线在 TD 中的成功应用.5结束语5参考文献.6浅谈智能天线在移动通信中的应用引言智能天线采用空分复用(SDMA),利用在信号传播方向上的差别,将同频率、同时隙的信号区分开来。它可以成倍地扩展通信容量, 并和其他复用技术相结合, 最
3、大限度地利用有限的频谱资源。另外,在移动通信中, 复杂的地形、建筑物结构对电波传播的影响, 大量用户间的相互影响,会产生时延扩散、多径衰落、同信道干扰等,使通信质量受到严重影响, 采用智能天线可以有效地解决这个问题。第一章 第三代移动通信(3G)的概述近几年，全球移动通信迅速发展，发达国家的移动电话普及率已经达到 70%以上，有的地区甚至接近 100%。在我国截止到 2005 年底，全国电话用户数量达 7.46 亿，移动用户数量已经达到 3.9 亿 ，且仍然具有良好的发展势头。由于频率资源的紧张和对更多业务 的需要 ，2G 网络已经不能满足需要，要求在全球建立具有“统一标准 、统 一频段、全球
4、无缝漫游“，3 是发展的必然趋势。ITU 针对 3G 规定了五种陆地无线技术，其中WCDMA,cdma2000 和，TD 一 SCDMA 是三种主流技术。1.1 W C D M AWCDMA 主要由欧洲 ETSI 和日本 ARIB 提出的，其代厂家主要有爱立信 、诺基亚、高通、西门子、DoCoM。公司，WCDMA 全名是 WidebandCDMA，中文译名为“宽带分码多工存取”，它可支持 384Kbps 到 2Mbps 不等的数据传输速率，在高速移动的状态，可提供 384 Kbps 的传输速率，在低速或是室内环境下，则可提供高达 2 Mbp: 的传输速率。1.2 CDMA2000CDMA200
5、0 是美国电信工业协会(TIA)向 ITC 丁提出 RTT 方案 ，是 基 于 窄带 IS-95CDMA 技术的宽带 CDMA 技术，其代表厂家有高通 、朗讯、摩托罗拉等。这次联通新时空宣布在全国开通的 CDMA 20001 X 新网络是从 IS 一 95 B 演进而来的，CDMA2000 是属 于第三代移动通信系统 IMT 一 2000 系统的一种模式 ，它的原意是把 CDMA2 0 0 0 分为多个阶段来实施，第一个过渡阶段称为 CDMA2000IX，速率高于 IS-95，可支持308kibids 的数据传输，网络部份引人分组交换，可支持移动 IP 业务。而另一个标准一、dma2000-1
6、XEV 是在 cdma2000-1X 基础上进一步提高速率的增强体制，采用高速率数据(HDR)技术，能在 1.25 M Hz 湘 同 于。dma2000-1X 带宽)内提供 2Mit/s 以上的数据业务 ， 是 cdma 2000-1X 的边缘技术。3GPP 已开始制定 cdma2000- 1XEV 的技术标准，其中用高通公司技术的称为 HDR,用摩托罗拉和诺基亚公司联合开发的技术称为 1XTREME，中国的 LAS- CDMA 也属此列。但 CDMA20001X 在技术指标上又并非完全符合 3G 的标准，所以一般称其 2075G 更贴切一点。第二个阶段称为 CDMA2000 3X，它 cdm
7、a2000-1X 的主要区别 是 前 向 C DMA 信道采用 3 载波方式，而。dma2000-1X 用单载波方式 。 因 此它的优势在于能提供更高的速率数据，但占用频谱资源也较宽，在较长时间内运营商未必会考虑 cdma2000-3X,而会考虑 cdm a2000-1XEV。1.3 TD - SCDMATD 一 SCDMA 的中文含义为时分同步码分多址接人，该项通信技术也属于一种无线通信的技术标准，它是由中国第一次提出并在此无线传输技术(RTT)的基础上与国际合作，完成了 TDSCDMA 标准，成为 CDMATDD 标准的一员的，这是中国移动通信界的一次创举，也是中国对第三代移动通信发展的贡
8、献。在与欧洲、美国各自提出的 3G 标准的竞争中，中国提出的 TD-SCDMA 已正式成为。全球 3G 标准之一，这标志着中国在移动通信领域已经进入世界领先之列。该方案的主要技术集中在大唐公司手中，它的设计参照了 TDD(时分双工)在不成对的频带上的时域模式。第二章 智能天线近年来，智能天线技术已经成为移动通信中最具有吸引力的技术之一。智能天线采用空分多址(SDMA)技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地利用有限的信道资源。与无方向性天线相比较，其上、下行链路的天线增益大大提高，降低了发射功率电平，提高了信噪比，有效地克服了信道传输衰落的影响。同时
9、，由于天线波瓣直接指向用户，减小了与本小区内其它用户之间，以及与相邻小区用户之间的干扰，而且也减少了移动通信信道的多径效应。CDMA 系统是个功率受限系统，智能天线的应用达到了提高天线增益和减少系统干扰两大目的，从而显著地扩大了系统容量，提高了频谱利用率。智能天线在本质上是利用多个天线单元空间的正交性，即空分多址复用(SDMA)功能，来提高系统的容量和频谱利用率。这样，TD 一 SCDMA 系统充分利用了 CDMA,TDMA,FDMA和 SDMA 这四种多址方式的技术优势，使系统性能最佳化。智 能天 线 的核心在于数字信号处理部分，它根据一定的准则，使天线阵产生定向波束指向用户，并自动地调整系
10、数以实现所需的空间滤波。智能天线须要解决的两个关键问题是辨识信号的方向和数字赋形的实现。第三 智能天线在移动通信中的应用3.1 应用范围移动台特别是手机由于受到体积、电源等方面的限制，目前难以实现，因此，智能天线主要应用于基站端的收发。3.2 智能天线上行收技术智能天线上行收技术的研究起步早，实现较容易，相对比较成熟。理论上，由于智能天线是多波束的天线，因而接收信号时能够将接收的多径信号进行最大比例合路计算得到比标准扇区天线更少的干扰信号，故而提高接收信号的质量，达到改善上行干扰的目的。与下行干扰的改善不同的是，应用智能天线后只改善应用了智能天线的小区，而下行干扰的改善是针对整个区域的小区。3
11、.3 智能天线下行收技术理论上 ，智能天线将下行信号强度集中在有话务的区域，因此会降低对其他小区的干扰，在实际应用中通过对比智能天线引人前后的下行信号强度的变化，可评估其对下行干扰的改善，智能天线通过减少下行场强达到降低对其他小区干扰的目的。第四章 我国智能天线的发展现趋势我国信息产业部电信科学研究院所属于的信威公司已成为开发出用于 WLL 的 TDD方式 S-CDMA 产品,并应用于我国提出的 TD-SCDMA 方案中。该只能天线采用 8 针元的环形自适应陈列,射频灵敏度最大可提高 9dB。此外,爱立信公司和德国运营商也将智能天线应用在了 GSM 基站上。第五章 智能天线的优点5.1 实现移
12、动台定位采用智能天线的基站可以获得接收信号的空间特征矩阵,由此获得信号的功率估值和到达方向(DOA)。通过此方法,用两个基站就可将用户终端定位到一个较小区域。由于目前蜂窝移动通信系统只能确定移动台所处的小区,因此移动台定位的实现可以使许多与位置有关的新业务得以方便地推出而发展新业务是目前移动运营商提升 ARPU 值、加强自身竞争力的必然手段。5.2 提高基站接收机的灵敏度如果采用最大功率合成算法,在不计多径传播条件下,则总的接收信号相对单个天线单元将增加 10logN(dB),其中,N 为天线单元的数量。存在多径时(如图 1 所示),此接收灵敏度的改善将由多径传播条件及上行波束赋形算法决定,其
13、增加相对单个天线单元一般也为 10logN(dB)左右。5.3 智能天线在未来 3G 网络中的应用智能天线在 3G 中的应用主要体现在 2 个方面,即基站的收和发,具体而言就是上行收与下行发。智能天线的上行收技术研究较早,因此也较为成熟。上行收主要包含全自适应方式和基于预波束的波束切换方式。在自适应方式中,我们可根据一定的自适应算法,对空、时域处理的各组权值系数进行调整,并与当前传输环境进行最大限度的匹配,从而实现任意指向波束的自适应接收。5.4 在无线本地环路系统中的应用智能天线也广泛用于无线本地环路系统,在 TDD 模式的无线本地环路系统中,基站对收到的上行信号进行处理,获得该信号的空间特
14、征矢量,进行下行波束赋形,达到最佳接收效果。由于本系统采用 TDD 方式,可将上行波束赋形数据直接用于下行发射信号,实现对下行波束的赋形。天线波束自适应赋形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。ArrayComm 公司和中国邮电电信科学研究院信威公司研制出应用于无线本地环路(WLL)智能天线系统。ArrayComm 产品采用可变阵元配置,有 12 元和 4 元环形自适应阵列可供不同环境选用。ArrayComm 的 WLL系统可以提供 15 公里的覆盖和上千用户的容量。5.5 在 MIMO 系统中的应用智能天线在 MIMO 系统中也广泛应用,在链路两
15、端提供多幅天线的方式就是 MIMO 方式。它的主要结果如图 a 所示。MIMO 系统中的空时处理技术主要包括波束成形(beamforming)、空时编码(space-timecoding)、空间复用(spacemultiplexing)等。波束成形是智能天线中的关键技术,通过将主要能量对准期望用户以提高信噪比。波束成形能有效地抑制共道干扰,其关键是波束成行权值的确定。MIMO 系统的发射方案主要分为两种类型:最大化数据率的发射方案(空间复用 SDM)和最大化分集增益的发射方案(空时编码 STC)。最大化数据率发射方案主要通过在不同天线发射相互独立的信号实现空间复用。空时编码的方案是指在发射端对
16、数据流进行联合编码以减小由于信道衰落和噪声所导致的符号错误率,它通过在发射端的联合编码增加信号的冗余度,从而使信号在接收端获得分集增益,但空时编码方案不能提高数据率。5.6 智能天线在 TD 中的成功应用智能天线技术在 TD-SCDMA 系统中的成功应用,成为第三代移动通信 TDD模式的一大亮点。但是,常规的智能天线因为没有利用多径传播,在高强度多径分量比较丰富的环境下抗衰落能力相当有限。因此,在未来宽带无线移动通信系统中,进一步发展智能天线技术,充分利用多径传播,提高无线传输性能成为 4G 中的关键技术之一。4G 要求能够对多个网络互通建模,灵活处理不同环境中的混合无线接入技术的组合,必须实
17、现对异构环境中多种接入技术进行智能化管理。在 4G 系统中智能天线就是强大物理层必须具备的技术能力。结束语总而言之 ，利用智能天线开发的空域，是目前在移动通信中刚刚涉及和尚未涉及的处女地。是进一步提高移动通信系统容量与质量的最大希望所在，其前途光明。参考文献1郭梯云一移动通信.西安电子科技大学出版大学，2000.2马芳芳数字移动通信系统原理及工程技术.高等教育出版社，2003.3孙青卉.移动通信技术.机械工业出版社，,2004.4吴伟陵.移动通信中的关健技术.北京邮电大学出版社，2000.5葛利嘉,路鸣.窝通信的空分多址:概念和性能J.电子学报,1999,20,(8):52-62.6向卫东,姚彦.智能天线及其在无线通信中的应用.无线通信技术 ,1999,(2).7桑怀胜,李峥嵘.智能天线的原理、自适应波束形成算法的研究进展与应用 J国防科技大学学报,2001,(06).8李世鹤. 智能天线的原理和实现J.电信建设,2001,(04).
