天线阵列技术在移动通信中的应用

新型天线技术在移动通信中的应用

移动通信是信息时代的重要组成部分，它的发展对人们的生活产生了极大的影响。随着科技的不断发展，天线技术已经进入了一个新的时代。新型天线技术在移动通信中的应用已经开始受到了广泛的关注。本文将从以下几个方面介绍新型天线技术在移动通信中的应用。

一、新型介质天线技术

传统的介质天线通常采用微带线做天线发射线圈和接收线圈，然后采用一层导电薄膜做偶合垫。但是这种天线存在失谐、天线带宽狭窄等问题。与之不同的是，新型介质天线采用介质材料作为基板，使用微制造技术进行制备。与传统天线相比，它具有天线带宽宽、体积小、重量轻、制备周期短等特点。因此，这种天线被广泛应用于微型化、超低重量等多种需求的移动通信应用中。

二、智能调控天线技术

智能调控天线技术就是利用天线正交、相移等特性进行信号处理，从而达到提高天线的增益、降低天线的损耗等效果。与传统天线不同的是，智能调控天线可以根据不同的工作频段进行调控，以达到更好的性能表现。同时，它还可以利用数字信号处理技术，将天线增益、天线指向等信息进行优化和调节，从而更好地适应复杂的通信环境。

三、MIMO天线技术

MIMO技术 (Multiple Input Multiple Output) 就是多输入多输出的天线技术，它将多个天线组合在一起，并通过不同的电路方式来控制它们分别收发数据。这种技术可以，显著的提高通信带宽，限制互反馈，增加传输距离，提高通信速率，增强抗干扰性能等。因此，MIMO技术可以更好地满足移动通信和无线通信的需求，提供更加安全、可靠的通信环境。

四、晶体管输入输出射频天线技术

晶体管输入输出射频天线技术的发展，改变了以往传输数据的使用模式，使得用户无需费用就可以获得更加便捷、快速的数据传输。相对于传统的数据传输方式，这种技术不仅速度更快、噪音漏放量更小，而且还可以实现数据加密等重要保护措施。因此，晶体管天线技术成为了目前移动通信领域的重要支柱之一。

８０通信设计与应用　２０１７年３月下　

阵列信号处理在雷达和移动通信中的应用研究　

陈兴兴，张石勇，陆晓飞（空军预警学院，４３００１４）　

【摘　要】本文简要概述了有关阵列信号处理的一系列问题，介绍了阵列波束形成技术，重点对阵列信号处理在雷达和移动通信中的应用进行　

了研究。　【关键词】阵列信号处理ｉ雷达；移动通信；应用　

【中图分类号】ＴＮ９１１．７　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００６—４２２２（２０１７）０６—００８０—０２　

刖舀　

阵列信号处理是信号处理方法的一种，可用于雷达、通信　

及声呐等多个领域的信号处理，效果好，应用价值高。阵列信　

号处理要求将一组传感器在空间的不同位置进行布置，在保　

证传感器的布置符合一定规律的前提下，会以阵列的形式存　

在．并通过对能量及信号的接收与分析，提取出信号中有用的　

特征。目前，该信号处理方法已在各领域广泛应用。　

１阵列信号处理概述　

１．１阵列信号处理的概念　

从理论上讲，将足够数量的传感器，按照一定的规律布置　

在空间中的不同位置，进而形成阵列，实现对空间中所传播的　

信号的接收【”。同时，经过自适应信号处理等，还可有效提取接　

收到的信号的关键部分，了解信号的来源以及属性，使信号处　

理的范围得到有效的延伸与扩大使信号处理效率与质量得到　

提高日。　

１．２传感器阵列的分类　

在阵列信号处理功能中，传感器发挥着重要作用。它在空　

间的布置一般包括线性阵、圆形阵ｌ引。从传感器布置的均匀性　

方面．还可分为均匀阵与非均匀随机阵［４１。不同的阵列下，其布　

置方式不同。阵列在性能方面也不同。本文所阐述的阵列信号　

处理，传感器阵列以均匀阵为主．从形状上划分，包括线性阵　

与圆形阵。　

２阵列波束形成技术　

２．１阵列天线方向图　

均匀线性阵与均匀圆形阵在天线方向上不同。均匀线性　阵，一般由Ｎ个传感器所构成，传感器无具体方向。该类型的　

阵列，阵元间距用字母ｄ表示，在考虑阵元间距及来波方向的　

基础上，可得到忽略噪声的备件，将阵元输出后相加，便可得　

天线阵列信号处理技术分析

随着科技的不断进步，天线阵列信号处理技术也在不断地发展。天线阵列信号处理技术旨在分析接收到的信号，以便进行更准确地定位，增加容量和干扰抵消。除了在军事和航空领域有广泛的应用外，这种技术还在移动通信、雷达测量、卫星通信以及地球物理探测等方面得到了广泛的应用。

一、 天线阵列信号处理技术的原理

天线阵列是由多个天线组成的一种结构，它们被列在一个矩阵或圆形排列中。当信号接收到每个天线中时，信号的相位和幅度会发生变化。天线阵列信号处理技术可通过对天线接收到的信号进行相位和幅度的处理，更准确地定位源头并增加容量。

当信号从源头进行传输时，它会同时在所有天线中接收到。通过对每个天线接收到的信号进行采样，可以计算出它们之间的时差和幅度差。这种技术可用于消除冗余信号、抑制杂波和识别噪声来源。

二、 天线阵列信号处理技术的应用

在军事和航空领域，立体扫描雷达和声纳应用了天线阵列信号处理技术，以提高性能和数据融合能力。

在卫星通信方面，大规模的天线阵列系统可提高通信容量和信噪比，同时也可以减少多径干扰。此外，该技术还可以用于地球物理探测，如地震预测和海洋地球物理勘探。

在移动通信领域，天线阵列信号处理技术可用于实现智能天线，并增加容量和信号覆盖范围。在5G网络中，天线阵列技术应用得更加广泛，这不仅仅是因为其能够提高网络容量，同时还可以减少电池损耗。

三、 发展趋势

天线阵列信号处理技术在未来的发展将会更加先进和智能，随着智能硬件技术和机器学习技术的不断发展，天线阵列技术将会实现更高的自动化。

此外，海量数据的应用也将会驱动天线阵列技术的发展。当地震发生时，海量的传感器信号将有助于预测风险，这使得天线阵列技术成为地震预测的一个常见的应用。

在移动通信领域，5G网络将会对天线阵列信号处理技术提供更高的需求。随着人们对数据和移动设备的需求不断增长，天线阵列技术将会更加广泛地应用于移动通信，以提高网络容量和信号覆盖范围。

一个无线用户的信遗从而能够优化发射，减少干扰和降低对　频谱的需求，实现在所有空中接口上极大地提高无线语音与数　据网络的容量　覆盖范围和传输质量的日的。　早期人们认为自适应阵列天线技术比较适台运用于时分双　工系统ＴＤＤ中，如ＰＨＳ，ＴＤ－ＳＣＤＭＡ，蛆及ＡｒｒａｙＣｏｍｍ提　出的ｉ丑ｕＲｓＴ无线数据方案等　随着技术上的突破，现在业界　也渐渐开始认识到了在ＦＤＤ技术里的重要性。　采用智能天线技术可提高第三代移动通信系统的容量及服　务质量，Ｗ　ＣＤＭＡ系统就采用自适应天线阵列技术，增加　系统容量。在Ｗ—ＣＤＭＡ中，自适应阵列天线技术将和多用户　检测（ＭＵＤ）一起成为Ｗ—ＣＤＭＡ中下阶段最重要的技术。目　前ＡｒｒａｙＣｏｍｍ公司与英国马可尼公司正在台作开发具有自适　应阵列天线功能的Ｗ－ＣＤＭＡ基站．爱立信宣称将在其ｗ～　ＣＤＭＡ基站中提供自适应阵列智能天线　郎讯也曾宣布，其　第三代移动通信基站中籽采用郎讯自主开发的ＩＡ　ＢＬＡＳＴ智　能天线技术　在第三代移动通信系统中，我国ＴＤ—ＳＣＤＭＡ系统是应用　智能天线技术的典型范例　ＴＤ—ＳＣＤＭＡ系统采用ＴＤＤ方式　使上下射频信道完全对称，可同时解决诸如天线上Ｆ行渡束赋　形，抗多径干扰和抗多址干扰等问题。该系统具有精确定位功　匏，可实现接力切换，减少信道资源浪费。　在ＣＤＭＡ２０００技术中，３ＧＰＰ２很可能会放宽辅助导频　（Ａｎｃｉｌｌａｒｙ　Ｖ￣ｏｔｓ）的使用，这样童ｌ为房逶应阵列天线的使用趣　供了保证。目葡ＣＤＭＡ２０￣中盥取馨蔼天线技术也有了遗蒸　。＿　＿　≮　誓　社誊　曩　传统系统的天线发射无线射频惰号时具有各向等效性．也　

的负面影响　ＩｎｔｅＵｉＣｅｌ

ｌ自适应智能天线ｆ空间传精）技术可以擞　维普资讯 能天线解决方案　｛能给用ｒ］带来处理增益。而不能主动进行ｌＴ　扰抑制；这种方式在提升Ｈ】户有用信号的同时也能起到十扰抑　制的作用．忸这种抑制作用被称为是被动十扰抑制（Ｐａｓｓｉｖｅ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｍｉｄｇａｄｏｎ）。而土动十扰则是通过白适应波束赋　形．在使主波束对准目标用　的情况下，使零陷壬ｕ旁瓣尽可能　对准１扰源，这样就可　有效的降低干扰。这种干扰抑制的疗　式被称为主动二扰抑制（Ａｃｔｉｖｅ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｍｉｔｉｇａｄｏｎ）。　怂Ⅲ冉适应阵劁天线拄术能带来很多好处．如扩大系统覆　盖　域　提高系统容量。提高数据传输速率。提高频谱利　效　率降低基站发射功率．节省系统成本　减少信号问干扰与电　磁环境污染等　ＩｎｔｅｌｌｉＯＭＩ智能天线系统结构　采用　自适应智能天线之后。射频部分需要增圳多路通　道一般是一个天线阵元对应一个射频调制解调和功放通道　当然　在Ｗ—ＣＤＭＡ中功放可以采用合并式多路功放，这样可　以使系统硬　复杂度和成本有所降低。射频部分需要考虑的　题是通道一致性　校准（Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）和互耦（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）。　虽然天线阵列是射频前端的很重要的设备。但自适应阵列　天线技术最棱心的部舟还在于基带处理部分。基带处理部分采　用复杂的目适应算法求实现上下行波束赋形。自适应阵列天线　的特点在于　波束完全在基带部分完成。ＩｎｍｌｉｉＣｅｌｉ处理器通过　自适应处理算法。形成可　加权参数，在幅度，相位和信号夺　问到逃角等多个指标上进行每秒调整数百次的请整，从而完成　上行处理和下行波束形成。　在Ｗ　ＣＤＭＡ和ＣＤＭＡ２０００基站系统中，ＩｎｍｌｉｉＣｅＵ处　理器一方面可　从系统原有的信道估计模块里获得特征数据．　同时从Ｒａｋｅ接收机的输出端果样信号经过已经申报专利的　自适应算法处理．得出一套根据无线环境随时变化的幅度和相　位加权参数，输出到空时合并器中．从而完成基带处理　由于　在Ｗ—ＣＤＭＡ和ＣＤＭＡ２０００中实现的算法运算量巨大．一般　尝采用专用的ＡＳＩＣ芯片来完成　而在ＴＤ　ＳＣＤＭＡ　ｒ卜。运算　量相ｘ，ｔｑ，一些．可以果用目前速度比较快的ＤＳＰ芯片来实现。　天线阵列的选择　Ｈ适应天线是智能天线的主要类型，可以实现全向天线，　也可以宴现定向天线，完成各种环境情况下的用户信号接收和　发进。　阵元分ｍ与式有直线型．平面型，圆环型和立体型　立体　型天线阵列由下复杂程度和校准难度　及部署难度鞍太，所从　实用的场合较少　一般来说．直线型和平面型更容易实理蓥潴　的定向覆盖。而且，在基站选址的问题上也更加灵活，直线型　ＴＥＬＥＣＯＭ　ＭＡＢＫＥＴ　－Ｉ＇ＥＬＥＥＤＭＭ　ＴＥ［ＨＮＯＬＯ（；Ｉ通信技术　和、卜面型天线阵列可　裉容易安置ｒ哥大建筑物的侧而也ｌｕＪ　安置于杆状建筑物立ｕ电线杆　。　吲环型天线时　列更适ｔ二萎　置于铁塔或楼房顶部。这样更方便提供全向覆盖　需要指ｌＩ；的　是　圆环型天线阵列的天线校准难度比直线　和、Ｆ面型要＾　Ｗ　ＣＤＭＡ和ＣＤＭＡ２０００　致ＴＤ—ＳＣＤＭＡ系统可以在　上述　同的场台单采用直线型．平面型。圃环型天线阡列　在　２００１年ｌＯ月举办的北京国啊　无线通信展览会上　尢唐电　占展　出的ＴＤ—ＳＣＤＭＡ基站采用的就是捌型天线。　自适　阵天线　般采用４～１６天线阵Ｊ［结构．存ＦＤＤ中　阵儿『自ｊ距ｌ　２渡Ｋ若阵元问距过＾。　接收信号彼　：相关　度降低．太小则会枉方向图形战　必要的栅瓣，战一般取＃　被长；而在ＴＤＤ中。　如美国ＡｒｒａｙＣｏｍｍ公司　Ｐ【ＩＳ系统　中的自遁直阵列天线的阵元间距为５十艘Ｋ问　宽而渡束　窄。而ＰＩＩｓ系统中采用ＴＤＤ模式　冈而蜓容舄进行定ｆ　处理　Ｂ　使旁瓣多但南于　和信道都比较少田ｌ　ｉ不会带柬　的　影响由于这种波束窄的特ＥＩ＝日前Ｉ＇１适　阵列天线　ＴＤＤ技　术Ｌ｝１。虹ＰＨＳ和ＡｒｒａｙＣｏｍｍ公司推山的卜ＢＵＲＳＴ尢线数据　技术中已经口Ｊ　实现空分多址ＳＤＭＡ技术。　Ｗ　ＣＤＭＡ和ＣＤＭＡ２０００基站　＿ｌ＿可　采州４天线。８天　线甚生ｌ２天线阵列＝天线阵元数越多　系统增益也就越高韫　设天线阵元数为Ｍ。分集增益为Ｄ根据理论｝ｌ算在卜奸链　路可　给系统带来Ｍ＊Ｄ倍的容量增益。和Ｍ，Ｄ２／？倍【・为　传播因子）的覆盖增益。如果保待卜行发射功率水变增加阡　元数到Ｍ理论上，下行链路口Ｊ　带来同样的容量增益和覆盖　增益　但实际中既要考虑　能的改进，叉耍考虑成本。阵元数　的增加会使射频通道相　增加，田此会导致基站成水上升过大　根据３Ｇ设备厂商和运营商的综台考虑　最早商用的智能天线　基站将会是４天线阵列基站。　结束语　在移动通信技术的发展中，　自适应阵列天线为代表的智　能天线已成为一个最活跃的领域智能天线技术对移动通信系　统所带来的优势是目前任何技术所难以替代的。　目前，国际上已经将智能天线拄术作为一个三代雎后移动　通信拄术发展的主要方向之一　一个具有良好应用前景且尚未　得到充分开发的新拄术，是第三代移动通信系统中不可缺少的　关键技术之一。　在第三代移动通信系统中作为ＴＤ—ＳＣＤＭＡ系统鬟键技　术之一的智能天线技术能够使系统在高速运动的信道拜境中达　到较好性能　Ｗ—ＣＤＭＡ和ＣＤＭＡ２０００中采用自遭盔阵列天　鞲担即将面市。智能天线技术已经日盏成为移动通信中最具有　嚷　力舔　之一井在以后几年内发挥巨太的作用。圆豳