TD-SCDMA智能天線技術的探索與研究_正文

1、TD-SCDMATD-SCDMA 智能天線技術的探索與研究智能天線技術的探索與研究專業(yè)：通信工程 班級：07 通信工程 姓名：陳沖摘要:智能天線是在自適應濾波和陣列信號處理技術的基礎上發(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。我國提交的第三代移動通信標準TD-SCDMA系統(tǒng)的關鍵技術之一就是智能天線技術，本文介紹了智能天線的提出，給出了智能天線的定義及其分類，詳細的介紹了智能天線基本結構和原理，對其中的自適應算法和波束形成技術進行詳細的介紹，根據(jù)智能天線的優(yōu)點和存在的問題深入分析了該技術在TD-SCDMA中的應用，最后對智能天線的發(fā)展前景進行了展望。TD-SCD

2、MA網(wǎng)絡建設引入智能天線技術，將增加系統(tǒng)在空間上的分辨能力，從更高層次上提高系統(tǒng)對于無線頻譜的利用率，提高網(wǎng)絡容量.關鍵詞:智能天線；自適應；TD-SCDMA；定向波束AbstractAbstract: :The smart antenna developed on the basis array in the adaptive filtering and signal processing technology is adjusted through one of an antenna that the communication system can enhance the receivi

3、ng or transmitting antenna performance characteristics . In the TD- SCDMA system, the smart antenna technology is one of the key technologies, This paper introduces The smart antenna put forward, gives the definition and classification of smart antenna, and introduced the basic principle and structu

4、re of smart antenna, and the adaptive algorithm and beam-forming technologies for the detailed introduction of smart antenna, according to the advantages and problems analyzes deeply the technology in td-scdma, finally the application of intelligent antenna was prospected. Td-scdma network construct

5、ion intelligent antenna technology introduced, will increase system in space from higher level distinguishing ability, improve the system for wireless spectrum on the utilization ratio, improve the network capacity. Key words:smart antenna; adaptive; TD-SCDMA; directional beam目錄目錄1 引言引言.12 智能天線的概念智能

6、天線的概念.12.1 智能天線的提出 .12.2 智能天線的定義.23 智能天線的基本原理智能天線的基本原理 .23.1 智能天線的基本組成 .23.2 智能天線的基本原理.33.3 智能天線的實現(xiàn).33. 4 智能天線的自適應算法 .43. 5 波束形成技術.43. 6 全向波束和賦形波束 .54 智能天線的分類智能天線的分類.65 智能天線的特點智能天線的特點.75.1 智能天線的優(yōu)點.75.2 智能天線存在的問題 .106 智能天線的應用及發(fā)展前景智能天線的應用及發(fā)展前景 .126.1 智能天線在 TD-SCDMA 中的應用.126.2 智能天線技術的發(fā)展前景 .137 結語結語.14致

7、謝致謝.15參考文獻參考文獻.161 引言 隨著全球移動通信業(yè)務的迅速發(fā)展, 移動通信技術越來越引起人們的極大關注。對于移動通信中所要求的信號傳輸強度也越來越高, 由于覆蓋范圍的增大和傳輸數(shù)據(jù)的增多, 對網(wǎng)絡的傳輸和接收都提出了更高要求; 此外移動通信迅速發(fā)展給系統(tǒng)帶來的容量壓力, 使得如何高效率的利用無線頻譜也受到了廣泛的重視, 智能天線( Smart Antenna )能很好的解決這方面的問題, 智能天線利用數(shù)字信號處理技術將無線電信號導向具體的方向，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向DOA(direction of arrival)1，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到

8、充分高效的利用移動用戶信號，刪除或抑制干擾信號的目的。因此智能天線也越來越受到人們廣泛的關注2。2 智能天線的概念2.1 智能天線的提出智能天線是在自適應濾波和陣列信號處理技術的基礎上發(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。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。采用智能天線的目的主要有以下3

9、點: 通過提供最佳增益來增強接收信號; 通過控制天線零點來抑制干擾; 利用空間信息增大信道容量。在2O 世紀5O 年代出現(xiàn)的早期的智能天線是旁瓣對消天線,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, 就構成自適應天線。隨著陣列信號處理技術的發(fā)展,與智能天線有關的術語也越來越多。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)、自適應天線系統(tǒng) (ada

10、ptive antenna system)等不同的說法, 反映了智能天線系統(tǒng)技術的多個不同的方面。2.2 智能天線的定義采用天線陣列，根據(jù)信號的空間特性，能夠自適應調(diào)整加權值，以調(diào)整其方向圓圖，形成多個自適應波束，達到抑制干擾、提取信號目的的天線。3 智能天線的基本原理智能天線包括多波束智能天線和自適應陣列智能天線,自適應陣列智能天線已經(jīng)成為智能天線發(fā)展的主流。利用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術,選擇合適的自適應算法,動態(tài)形成空間定向波束,使天線陣列方向圖主瓣對準用戶信號到達方向,旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向,利用有用信號和干擾信號在入射方向上有差異這一空間特征,消除多址干擾 (MAI) 、共信道干擾

11、(CCI)以及多徑衰落的影響,從而達到充分利用移動用戶有用信號并抵消或最大程度抑制干擾信號的目的3。因此,固定的天線陣列與數(shù)字信號處理器的結合,就構成了可以動態(tài)配置天線特性的智能天線。3.1 智能天線的基本組成典型的智能天線結構圖如圖1所示。它由天線陣列、A/ D 和D/A 轉(zhuǎn)換、自適應算法控制器和波束形成網(wǎng)絡組成。其中波束形成網(wǎng)絡是由每個單元天線的空間感應信號加權相加, 其權系數(shù)為復數(shù),即每路信號的幅度和相位均可以改變。自適應控制網(wǎng)絡是智能天線的核心, 該單元的功能是根據(jù)一定的算法和優(yōu)化準則來調(diào)節(jié)各個陣元的加權幅度和相位, 動態(tài)的產(chǎn)生空間定向波束4圖1 智能天線的典型結構3.2 智能天線的基

12、本原理由于天線有發(fā)射和接收兩種工作狀態(tài)，所以智能天線包括智能發(fā)射和智能接收兩部分，它們的工作原理基本相同。智能接受時，自適應天線陣能在干擾方向未知的情況下對陣列中各個陣元的信號輸入進行自適應的加權調(diào)整，使陣列天線方向圖的零點對準干擾方向調(diào)零，以減小甚至抵消干擾信號，從而達到從混合的接收信號中解調(diào)出期望得到的信號的目的。即使在干擾和信號同頻率的情況下，也能成功地抑制干擾。如天線的陣元數(shù)增加，還可增加零點數(shù)來抑制不同方向上的幾個干擾源，實際效果可達25dB30dB以上。智能天線以多個高增益的動態(tài)窄波束分別跟蹤多個移動目標，同時抑制來自窄波束以外的干擾和噪聲，使系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。智能發(fā)射時，根據(jù)從接

13、收信號中獲取的UE信號方位圖，自適應地調(diào)整每個輻射陣元輸出的幅度和相位，使得他們的輸出在空間疊加，產(chǎn)生指向UE的賦形波束。3.3 智能天線的實現(xiàn)波束形成技術是智能天線能否實現(xiàn)的關鍵。簡單地說, 波束形成就是將天線陣列上接收到的信號變換到基帶, 然后進行相應的空間譜處理, 獲得該信號的空間特征矢量和矩陣以及信號的功率估值和DOA 估值。在此基礎上, 依據(jù)一定的準則, 計算信號在各個天線陣元的加權矢量, 生成多個高增益的動態(tài)窄波束來跟蹤多個期望用戶。可以說波束形成是一種空間濾波方法, 目的是從信號、干擾和噪聲混在一起的輸入信號中提取期望信號。在接收模式下, 抑制來自窄波束之外的信號; 而在發(fā)射模式

14、下, 使期望用戶接收的信號功率最大, 同時使窄波束范圍以外的非期望用戶受到的干擾最小5。智能天線采用數(shù)字波束形成( DBF) 方式, 用軟件完成自適應算法的更新, 或采用數(shù)模結合的處理方法, 在不改變系統(tǒng)硬件配置前提下, 即保證處理精度, 又保證處理速度和靈活性。智能天線的波束形成算法, 主要有盲算法、非盲算法和半盲算法三種。非盲算法需要參考信號, 因此需要占用一定的頻譜, 從而導致頻譜的有效利用率降低;盲算法不需要任何先驗信息, 但收斂性和捕獲能力方面尚有許多不足; 半盲算法是二者的折中6。 3. 4 智能天線的自適應算法 自適應算法是智能天線研究的核心，一般分為非盲算法和盲算法兩類。(1)

15、非盲算法 非盲算法是指需要借助參考信號(導頻序列或?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)整權值，使智能天線輸出與已知輸入最大相關，常用的相關準則有MMSE(最小均方誤差)、LMS(最小均方)和LS(最小二乘)等。(2)盲算法 無需發(fā)端傳送已知的導頻信號，他一般利用調(diào)制信號本身固有的、與具體承載的信息比特無關的一些特征，如恒模、子空間、有限符號集、循環(huán)平穩(wěn)等，并調(diào)整權值以使輸出滿足這種特性，常見的是各種基于梯度的使用不同約束量的算法。 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。將二者結合產(chǎn)生一種半盲算法，即先用非盲算法確定初始權值，

16、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，因為通常導頻符不會時時發(fā)送而是與對應的業(yè)務信道時分復用的。3. 5 波束形成技術在蜂窩移動通信系統(tǒng)中,由于用戶通常分布在各個方向,加之無線移動信道的多徑效應,有用信號存在一定的空間分布。其一,當基站接收信號時,來自各個用戶的有用信號到達基站的方向可能不同,且信號與其到達角度之間存在復雜的依賴關系;其二,當基站發(fā)射信號時,可被用戶有效接收的也只是部分的信號?？紤]到這一因素,調(diào)整天線方向使其能實現(xiàn)指向性的接收與發(fā)射是很自然的想法,這也就是波束形成概念的最初來源。波束形成的目標是根據(jù)系統(tǒng)性能指標,形成對基帶信號的最佳組合

17、與分配。具體說,波束形成的主要任務就是補償無線傳播過程中由空間損耗和多徑效應等引起的信號衰落與失真,同時降低用戶間的共信道干擾。智能天線均采用數(shù)字方法實現(xiàn)波束形成,即數(shù)字波束形成(DBF)天線,從而可以使用軟件設計完成自適應算法更新,在不改變系統(tǒng)硬件配置的前提下增加系統(tǒng)的靈活性。DBF對陣元接收信號進行加權求和處理形成天線波束,主波束對準期望用戶方向,而將波束零點對準干擾方向。根據(jù)波束形成的不同過程,實現(xiàn)智能天線的方式又分為兩種:陣元空間處理方式和波束空間處理方式。(1)陣元空間處理方式:直接對各陣元按收信號采樣進行加權求和處理后,形成陣列輸出,使陣列方向圖主瓣對準用戶信號到達方向。(2)波束

18、空間處理方式:當前自適應陣列處理技術的發(fā)展方向。是兩級處理過程,第一級對各陣元信號進行固定加權求和,形成多個指向不同方向的波速率;第二級對第一級的波束輸出進行自適應加權調(diào)整后合成得到陣列輸出,此方案不是對全部陣元都從整體最優(yōu)計算加權系數(shù)作自適應處理,而是僅對其中的部分陣元作自適應處理,因此,屬于部分自適應陣列處理。這種結構的特點是計算量小,收斂快,并且具有良好的波束賦形性能。3. 6 全向波束和賦形波束智能天線的功能主要是由自適應的發(fā)射和接收波束賦形來實現(xiàn)的。而且,接收和發(fā)射波束賦形是依據(jù)基站天線幾何結構、系統(tǒng)的要求和所接收到的用戶信號。在移動通信系統(tǒng)中,智能天線對每個用戶的上行信號均采用賦形

19、波束,提高系統(tǒng)性能是非常直接的;但在用戶沒有發(fā)射、僅處于接收狀態(tài)下,又是在基站的覆蓋區(qū)域內(nèi)移動時(空閑狀態(tài)) ,基站不可能知道該用戶所處的方位,只能使用全向波束進行發(fā)射 (如系統(tǒng)中的Pilot、同步、廣播、尋呼等物理信道) 。一個全向覆蓋的基站,其不同信道的發(fā)射波束是不同的,即基站必須能提供全向和定向的賦形波束,這樣一來,對全向信道來說,將要求高得多的發(fā)射功率(最大可能為比專用信道高10 lgNdB) ,這是系統(tǒng)設計時所必須考慮的。4 智能天線的分類 早期智能天線的研究主要集中在軍事領域, 尤其是雷達領域, 目的是在復雜的電磁環(huán)境中有效地識別和跟蹤目標。隨后, 智能天線在信道擴容和提高通信質(zhì)量

20、等方面具備的獨特優(yōu)勢吸引了眾多的專家學者, 日本、歐洲和美國的許多研究機構都相繼開展了針對智能天線的眾多研究計劃, 這也為智能天線的迅速發(fā)展奠定了基礎?？偟膩碚f, 智能天線主要包含兩類: 開關波束系統(tǒng)和自適應陣列系統(tǒng)。兩者中, 只有自適應陣列系統(tǒng)能夠在為有用信號提供最佳增益的同時, 識別、跟蹤和最小化干擾信號。通常按照實現(xiàn)形式可將智能天線分為3 類。(1) 自適應調(diào)零智能天線它是以自適應天線技術為基礎, 采用自適應算法來形成方向圖。其基本理就是根據(jù)天線的輸入、輸出特性, 按一定的算法準則, 自動地調(diào)節(jié)天線陣元的幅度和相位加權, 在干擾方向上形成零陷, 而在信號入射方向上增益最大, 從而大幅度降

21、低干擾電平,提高系統(tǒng)的信噪比。但這種天線對處于主瓣區(qū)域內(nèi)干擾的抑制能力是很有限的。(2)等旁瓣針狀波束智能天線它也是以自適應天線技術為基礎, 但與自適應智能天線不同之處在于它的天線方向圖是等旁瓣方向圖, 且方向圖的加權值是預先計算好的。系統(tǒng)工作時, 首先通過測向確定信號的到達方向 (DOA), 選取合適的加權, 然后將等旁瓣方向圖的主瓣指向目標方向, 從而提高接收信噪比。這類智能天線對處于非主瓣區(qū)域的干擾, 可以通過低的等旁瓣電平來確保抑制, 但對處于主瓣區(qū)域內(nèi)的干擾, 采用此類智能天線將無法抑制, 不及自適應智能天線。但等旁瓣智能天線無需迭代, 而且響應速度快7。(3)數(shù)字波束形成智能天線它

22、運用數(shù)字波束形成(Digital Beam Forming, 簡稱DBF)技術,將其波束形成自適應天線陣與數(shù)字信號處理技術相結合。系統(tǒng)工作時, 利用高分辨率的測向算法獲得通信基準信號, 當基準信號到達波束形成自適應天線陣時, 便給信號處理器提供一個方向信息, 將各陣元的接收信號轉(zhuǎn)換到基帶, 由A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號, 然后根據(jù)方向信息對數(shù)字信號進行加權處理, 從而在此方向上形成所需的波束。5 智能天線的特點在移動通信系統(tǒng)中, 由于障礙物的反射, 信號會在發(fā)射機和接收機之間多次傳播從而形成多徑傳播。由于多徑信號到達接收機的時間不同, 因此多徑傳播將導致符號間干擾, 這將會嚴重地影響通信鏈路

23、的質(zhì)量。智能天線對信號多徑具有抑制作用。智能天線通過調(diào)整不同天線上信號的幅度和相位, 把與主徑( 參考信號) 不相關的多徑當作干擾進行抑制。智能天線通過利用多徑來改善鏈路的質(zhì)量, 通過減小相互干擾來增加系統(tǒng)的容量, 并且允許不同的天線發(fā)射不同的數(shù)據(jù)。5.1 智能天線的優(yōu)點（1）提高移動通信系統(tǒng)容量 智能天線是通過使天線主波束對準期望用戶信號到達方向; 旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向而提高了載干比, 而載干比決定了系統(tǒng)容量, 因此載干比的提高也就意味著系統(tǒng)容量的提高。如圖3 所示, 使用智能天線的小區(qū)用戶數(shù)明顯比使用傳統(tǒng)全向天線的小區(qū)用戶數(shù)增多8。a. 智能天線b. 全向天線圖2 智能天線和全向

24、天線系統(tǒng)溶量的比較（2）增加基站的覆蓋區(qū)域采用智能天線可以增加分集增益, 這等效于同時提高了天線陣列的接收靈敏度, 或增加了基站發(fā)射機的等效各向同性輻射功率( EIRP) 。因此在同等發(fā)射功率的條件下, 基站可以接收到更遠的信號。如圖3所示, 使用智能天線后, 小區(qū)的覆蓋范圍可以比原先擴充許多。a. 智能天線b全向天線圖3 智能天線和全向天線的小區(qū)覆蓋范圍（3）降低功率/減小成本。智能天線可以對特定用戶的傳輸進行優(yōu)化, 這樣就會使發(fā)射功率降低, 從而降低放大器的成本, 也可以延長移動臺的使用壽命。(4) 改善鏈路質(zhì)量/增加可靠性。由于通過獨立的衰落路徑可以接收到獨立的信號副本, 而在這些信號副

25、本中一般會有一個或者多個副本沒有受到衰落, 這樣多個獨立的維數(shù)就會減小信號波動的影響, 產(chǎn)生分集。多個發(fā)射天線通過采用特殊的調(diào)制和編碼機制就可以產(chǎn)生發(fā)射分集, 而多個接收天線的接收分集取決于對獨立衰落信號的合并?？梢蕴岣咝盘柦邮召|(zhì)量降低掉話率從而提高語音質(zhì)量。(5) 增加頻譜效率。通過波束成形技術可以產(chǎn)生一種新的多址接入方式空分多址(SDMA, SpaceDivision Multiple Access)。SDMA 可以實現(xiàn)資源的重用, 增加數(shù)據(jù)速率, 從而增加頻譜效率。（6） 實現(xiàn)移動臺定位。若基站采用智能天線陣,一旦收到信號,即對每個天線單元所連接收機產(chǎn)生的響應進行相應的處理,獲得該信號的

26、空間特征矢量及特征矩陣,從而獲得信號的功率估值和到達方向,即用戶端的方位和距離。這樣,兩個基站就可將用戶終端定位到一個較小的區(qū)域。5.2 智能天線存在的問題智能天線技術對無線通信，特別是TD-SCDMA 系統(tǒng)的性能提高和成本下降都有巨大的好處。但是，在將智能天線用于CDMA 系統(tǒng)時，必須考慮所帶來的問題，并在 標準和產(chǎn)品設計上解決這些問題。 (1) 全向波束和賦形波束。 上述智能天線的功能主要是由自適應的發(fā)射和接收波束賦形來實現(xiàn)的，而且接收和發(fā)射波束賦形是依據(jù)基站天線幾何結構、系統(tǒng)的要求和所接收到的用戶信號。在移動通信系統(tǒng)中，智能天線對每個用戶的上行信號均采用賦形波束，提高系統(tǒng)性能是非常直接的

27、；但在用戶沒有發(fā)射、僅處于接收狀態(tài)下，又是在 基站的覆蓋區(qū)域內(nèi)移動時 ( 空閑狀態(tài)) ，基站不可能知道該用戶所處的方位，只能使用全向波束進行發(fā)射( 如系統(tǒng)中的 pilot、同步、廣播、尋呼等物理信道 ) 。一個全向覆蓋的基站，其不同碼道的發(fā)射波束是不同的，即基站必須能提供全向和定向的賦形波束。這樣一來，對全向信道來說，將要求高得多的發(fā)射功率，這是系統(tǒng)設計時所必須考慮的。 (2) 共享下行信道及不連續(xù)發(fā)射在提供 IP 型數(shù)據(jù)業(yè)務的移動通信系統(tǒng)中, 均設計了多用戶共享的上下行信道并在基站和用戶終端使用不連續(xù)發(fā)射技術。在使用智能天線的基站中, 由于用戶移動, 基站不可能知道用戶的位置, 故一般只能采

28、用全向下行波束。此外, 也可以增加一次接入過程, 對每個用戶進行定向發(fā)射。這兩種方式各有優(yōu)點, 均可使用。（3）智能天線的校準。 在使用智能天線時，必須具有對智能天線進行實時自動校準的技術。在 TDD 系統(tǒng)中使用智能天線時是根據(jù) 電磁場理論 中的互易原理，直接利用上行波束賦形系數(shù)來進行下行波束賦形。但對實際無線基站，每一條通路的無線收發(fā)信機不可能是完全相同的，而且，其性能將隨時期、工作電平和環(huán)境條件等因素變化。如果不進行實時自動校準，則下行波束賦形將受嚴重影響。這樣，不僅得不到智能天線的優(yōu)勢，甚至完全不能通信。 (4) 智能天線和其他抗干擾技術的結合。 目前，在智能天線算法的復雜性和實時實現(xiàn)的

29、可能性之間必須進行折中。這樣，實用的智能天線算法還不能解決時延超過一個碼片寬度的 多徑干擾，也無法克服高速移動 多普勒效應造成的信道惡化。在多徑 效應嚴重的高速移動環(huán)境下，必須將智能天線和其他抗干擾的數(shù)字信號處理技術結合使用，才可能達到最佳的效果。這些數(shù)字信號處理技術包括聯(lián)合檢測 ( joint detection) 、干擾抵消及 Rake 接收等。目前，智能天線和聯(lián)合檢測或干擾抵消的結合已有實用的算法，而和Rake 接收機的結合算法還在研究中。 (5) 波束賦形的速度問題。必須注意的是, 由于用戶終端的移動性, 移動通信是一個時變的信道, 智能天線是由接收信號來對上下行波束賦形, 故要求 T

30、DD 的周期不能太長。例如當用戶終端的移動速度達到 100 km/h 時, 其多普勒頻移接近 200 Hz, 用戶終端在 10m s 內(nèi)的位置變化達到 28 cm , 在 2 GHz 頻段已超過一個波長, 對下行波束賦形將帶來巨大的誤差。故希望將 TDD 周期至少縮短一半, 使收發(fā)之間的間隔控制在 2ms3ms 內(nèi), 以保證智能天線的正常工作。如果要求此系統(tǒng)的終端能以更高的速度移動, 則 TDD 上下行轉(zhuǎn)換周期還要進一步縮短。(6) 幀結構及有關物理層技術。使用智能天線, 對移動通信系統(tǒng)的物理層技術并不提出特別的要求。而且, 基本的物理層技術, 如調(diào)制解調(diào)、擴頻、信道編碼、交織、糾錯、數(shù)據(jù)復接

31、等,與不使用智能天線是完全一樣的。但是使用了智能天線, 可以將物理層的效率設計得更高。例如在TDSCDMA 建議的系統(tǒng)中, 使用了同步CDMA 技術, 簡化了接收機; 在物理層時隙設計中使用了特定的上下行Pilot 時隙, 減少了小區(qū)搜索及隨機接入時的干擾等, 都使智能天線的功能得以充分發(fā)揮。(7) 設備復雜性的考慮。 顯然，智能天線的性能將隨著天線陣元數(shù)目的增加而增加。但是增加天線陣元的數(shù)量，又將增加系統(tǒng)的復雜性。此復雜性主要是基帶數(shù)字信號處理的量將成幾何級數(shù)遞增。現(xiàn)在，CDMA 系統(tǒng)在向?qū)拵Х较虬l(fā)展，碼片速率已經(jīng)很高，基帶處理的復雜性已對 微電子技術提出了越來越高的要求，這就限制了天線元的

32、數(shù)量不可能太多。按目前的水平，天線元的數(shù)量在 616 之間。6 智能天線的應用及發(fā)展前景6.1 智能天線在 TD-SCDMA 中的應用WCDMA和CDMA2000 都希望能在系統(tǒng)中使用智能天線技術，但由于其算法復雜度高，目前在IMT-2000家族中，只有TD-SCDMA 技術明確表示將在基站端使用智能天線。對于系統(tǒng)基站而言智能天線技術在3G 中的應用主要體現(xiàn)在兩個方面，即基站的收和發(fā)，具體而言就是上行收與下行發(fā)。智能天線的上行收技術研究較早，因此也較為成熟。上行收主要包含全自適應方式和基于預波束的波束切換方式。在自適應方式中，可根據(jù)一定的自適應算法對空、時域處理的各組權值系數(shù)進行調(diào)整，并與當前

33、傳輸環(huán)境進行最大限度的匹配，從而實現(xiàn)任意指向波束的自適應接收。全自適應方式在理論研究中具有很大的實用價值，但在實際工程中，由于全自適應算法的計算量大等因素而很不實用。在工程設計時，更感興趣的是基于預波束的波束切換方式。因為波束切換中的各權值系數(shù)只能從預先計算好的幾組中挑選，因此計算量、收斂速度等方面較全自適應方式有優(yōu)勢。然而在這種方式下由于智能天線的工作模式只能從預先設計好的幾個波束中選擇，因而它不能完全實現(xiàn)自適應性的任意指向，在理論上并不是最優(yōu)的。實現(xiàn)基站智能天線下行發(fā)射難度相對較大，主要因為智能天線在設計波束時很難準確獲知下行信道的特征信息。目前在這方面主要有下述兩種方案。（1）利用類似第

34、二代移動通信的IS-95 中的上行功率控制技術形成閉環(huán)反饋測試結構形式，也就是說基站通過正向鏈路周期性地向移動臺發(fā)射訓練序列，而移動臺通過反向鏈路反饋信號，從而估計最佳正向鏈路加權系數(shù)。（2）利用上行信道中提取的參數(shù)估計下行信道。這種方法實際上就是智能天線依靠從上行鏈路中提取的參數(shù)來對下行波束賦形，對于FDD方式，由于上下行頻率間隔相差較大，衰落特性完全獨立因而不能使用。但對于TDD方式，上下行時隙工作于相同頻段，只要上下行的幀長較短完全可以實現(xiàn)信道特性在這段轉(zhuǎn)換時間內(nèi)保持恒定。TD-SCDMA系統(tǒng)將一個10ms 的幀分裂成兩個5ms的子幀，縮短了上、下行的轉(zhuǎn)換時間。TD-SCDMA系統(tǒng)綜合了FDMA、TDMA、CDMA 以及TDD模式中聯(lián)合檢測與智能天線等先進技術。其基本技術特征之一是在TDD模式下，采用周期性重復的時間幀傳輸基本的TDMA 突發(fā)脈沖，通過周期性地切換傳輸方向，在同一載波上交替地進行上下行鏈路傳輸，在保證高頻譜效率的同時，又獲得了經(jīng)濟效益。6.2 智能天線技術的發(fā)展前景未來無