移动平台智能天线通信系统研究

摘 要：本文主要简单介绍了智能天线的提出背景，随后简单论述了智能天线系统的基本概念同其工作原理，并在原理的基础上对移动平台智能天线的算法实现进行了理论研究。最终对移动平台智能天线的应用前景做了展望。

关键词：移动通信；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。起初智能天线计数最初主要应用在雷达、军事抗干扰通信，但是其真正意义上的改革却是在移动通信、电波传播等技术的发展后，伴随着数字处理技术的发展，使得基带无线波束得以实现，并且大幅度提高了无线系统的识别性和灵敏性。智能天线实现的前提是依靠先进技术，把无线电信号沿着特定的某些方向进行转变，使其电频接受率提高，将信号转变幅度增加，所以说，在移动通信系统中，天线起着决定性的作用，通过其自身进行信号的发射与接受功能。这也直接决定了天线的好坏直接可以决定移动通信系统的功能功能。所以智能天线在移动通信系统中占有明显的优势，不仅可以有效的提高通信质量更能最大限度地节约整体造价，改善管理。

一、智能天线的基本概念

智能天线是一种多天线技术，主要是采用天线阵列形成可以控制的波束，并具有定向用户和追踪用户位置的功能。所以具有可以定位的优点。此外它还具有增加通信容量的速率、降低电磁干扰、另外可以减少手机和基站发射之间的发射功率。

二、智能天线在移动领域的应用优势

1、缩短时延扩展

智能天线可从多方面提高通信系统的质量，具体来说的话智能天线可以通过两个方面来缩短时延扩展。（1）智能天线在发射的时候能够集聚在目标方向上，因此能够在传播的过程中减少多径反射数目，缩短了发射的时间。（2）是智能天线在接收的时候相比传统天线更高效，接收主要通过分集合并实现，从而达到降低多径衰落的目的。（3）智能天线还能够过滤掉除了信号之外的多侧言号，以此来降低多径的衰落。智能天线还具有能够增大 的容量的优点，智能天线是一个自干扰系统，对该系统的容量的限制的主要因素是自身系统的干扰。简而言之， 换句话说降低干扰对智能天线系统具有重要意义。

2、提高信号质量，降低外界的干扰

在移动通讯中，有用的信号和干扰信号在入射角度上有所不同。智能天线利用移动通讯的这个特征，可选择合适的接收信号方式，主要通过接收信号的主瓣对准需要接收信号的角度来实现。此外，主瓣旁边的辅助波束旁瓣可以对准无用的干扰信号，最终实现降低外界的干扰，有效提高了信号的质量。

三、智能天线的结构

如图1所示。主要包括四部分，分别为天线阵列，模型转换，自适应处理器，波束成形网络。

图1 智能天线的结构示意图

1、天线矩阵部分

是指在接收或发送模拟信号时形成期望的波束

2、模型转换

接收信号时将模拟信号 转换成数字信号，在发送信号时将数字信号转换成模拟信号

3、自适应处理部分

根据自适应空间滤波器/波束成型算法和估计的来波方向等产生权值。

4、波束成型网络

得出的权值对各个天 线阵元进行动态自适应加权处理，并利用天线陈列产生期望 的自适应波束。

四、工作原理

在智能天线的运行过程中，为了能够对同码道、同时隙、同频率的信号进行良好的区别，采用了SDMA（空分多址技术），在这种运行模式中，能够有效的提升信道资源的利用率，并且发射功率电平能够得到有效提升，由于信噪比及上先行链路的天线增益都得到了有效提升，这使得在信息的传输过程中，能够有效的抑制噪声对于信道传输衰落的影；另一方面，智能天线的波瓣是直接指向用户的，这能够有效的减少小区与小区之间、同小区用户之间的传输干扰，并且CDMA作为一个功率受限系统，其移动通信信道的多径效应得到显著降低之后，系统的容量能够得到显著提升，从而有效促进其总的频谱利用率的提升。

五、智能天线算法的实现

在TD-SCDMA系统中，一般通用的算法有这么两种：切换波束算法和自适应算法。TD-SCDMA一般是通过采用波束赋形算法来提高增加系统容量和提高频谱利用率的，通过向空间定向波束，使得主瓣对准用户信号DOA以便有效接受天线段信号，DOA受到来自旁瓣或零陷的干扰，从而可以充分利用移动用户信号抵消或最大限度地抑制干扰信号，最终使得干扰信号减弱。

GOB算法和EBB算法是波束赋形算法的两种表现，现在就GOB和EBB算法做一个简短的论述和对比。GOB算法是一种较为稳定的波束扫描法，它的工作原理是将波束指向固定位置的用户。并且波束宽度和天线阵元数目基本保持一致。如果用户的位置发生移动，GOB就会通过测量方向确定用户的DOA，最通过用户信号的DOA的数目确定用户的位置并向其发射信号。最后由DOA预先设定的波束的加权数，将主瓣指定到用户的方向。这样做的优势就是可以提高用户的信噪比。相比GOB算法，EBB算法比较灵活一点。EBB算法是一种自适应的波束赋值算法，其方向图没有固定的形状规则，它的信号会随着干扰源的变化而变化。EBB算法的原则是在满足用户的最小的干扰下，并且可以另用户接受的功率最大化。自适应算法在很多方面要比切换波束算法具有优势，比如：（1）可以满足用户接收最大功率的需求，对没有期望的用户可以减少发射波束。（2）对各种天线矩阵样式都能迅速灵活的适应。（3）波束的产生不受固定方向和形状的限制，可以灵活准确的确定用户所在的地形位置。在多条路径的环境下，会同时有多个波束的存在，这种情况下，切换型波束可以做到避免对其他的用户的干扰，最终更好的服务于用户。结合上面所说的来看，自适应算法明显存在着较大的优势，所以自适应算法将会成为智能天线波束赋值算法的主要发展路径。

结束语：

未来无线系统需要可以适用于各种通信环境的信号处理技术，智能天线作为无线系统的核心组成，也就必须赋予其完美的性能和复杂度的优化，特别是对于初期阶段，更要对其各个方面进行完善。首先，从物理方面，可通过在收发机中采用新型的配置来警醒内部的调节，从而获得更加完美的性能，这样可以是无线通信在连续改变的环境下，都能出色的完成任务。其次，是通过结合物理层、链路层、网络层的参数来设计智能天线，使其具有一定的兼容性，这样可以在不同的层次之间进行优化，通过由OSI模型定义的高层之间的相互作用来提高系统的稳定性。可以肯定的是，在未来智能天线技术一定会成为一种主流应用，技术也会随之越发的成熟，必将成为移动通信系统的主流之一，在未来的技术通信中一定会发挥巨大的作用。■

参考文献

[1]温春玲.智能天线及其在无线通讯中的应用分析[J].中国新技术新产品，2013（03）.

[2]庞汉勋.智能天线在移动通讯网络中的应用[J].信息与电脑（理论版），2011（09）.

[3]邓满兰.智能天线在移动通信中的应用[J].考试周刊，2010（28）.