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智能天线技术原理及其应用一、智能天线技术的原理智能天线原名自适应天线阵列(AAA,Adaptive Antenna Ar-ray)。
最初的智能天线技术主要用于雷达、声纳、抗干扰通信等，用来完成空间滤波和定位，后来被引入移动通信系统中。
智能天线通常包括波束转换智能天线(Switched Beam Antenna)和自适应阵列智能天线(Adaptive Array Antennal。
智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA(DirectionofArrlnal)，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。
同时，智能天线技术利用各个移动用户间信号空间特征的差异，通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。
在不增加系统复杂度的情况下，使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。
总之。
自适应阵列智能天线利用基带数字信号处理技术，通过先进的算法处理，对基站的接收和发射波束进行自适应的赋形，从而达到降低干扰、增加容量、扩大覆盖和提高无线数据传输速率的目的。
移动通信信道传输环境较恶劣。
实际环境中的干扰和多径衰落现象异常复杂。
多径衰落、时延扩展造成的符号间串扰ISI、FDMATDMA系统(如GSM)由于频率复用引入的同信道干扰、CDMA系统中的MAI等都使链路性能、系统容量下降。
使用自适应阵列天线技术能带来很多好处，如扩大系统覆盖区域、提高系统容量、提高数据传输速率、提高频谱利用效率、降低基站发射功率、节省系统成本、减少信号间干扰与电磁环境污染等。
自适应阵天线一般采用4-16天线阵元结构，在FDD中阵元间距1／2波长，若阵元间距过大，则接收信号彼此相关程度降低：太小则会在方向图形成不必要的栅瓣，故一般取半波长。
而在TDD 中，如美国Ar-rayComm公司在PHS系统中的自适应阵列天线的阵元间距为5个波长。
智能天线在5G移动通信系统中的应用随着科技的不断发展，5G移动通信系统已经开始逐渐普及，其在速度、延迟、连接密度、网络能力等方面都比4G有了质的飞跃。
而作为5G移动通信系统中的重要组成部分，智能天线的应用也将发挥着越来越重要的作用。
智能天线是5G移动通信系统中的关键技术之一，它通过自动化和智能化的方式，可以根据具体的通信环境和需求，动态调整自身的辐射特性和辐射图案，以适应不同的通信场景，提高网络容量和覆盖率，提高通信质量和数据传输速度。
智能天线还能够实现波束赋形技术，进一步提高了系统的性能和效率。
在5G移动通信系统中，智能天线的应用将主要体现在以下几个方面：1. 多输入多输出（MIMO）技术：智能天线可以实现更灵活的波束赋形，在信号传输时能够根据接收器位置和通信环境等因素，动态调整波束方向，从而最大化地利用信道资源，提高数据传输速率和通信质量。
2. 多用户多址（MU-MIMO）技术：通过智能天线，可以实现对多个用户同时进行数据传输，提高了系统的容量和效率，能够满足大规模用户同时连接的需求。
3. 蜂窝网络优化：智能天线可以根据实际的网络负载和用户分布情况，实现对蜂窝网络的动态优化调整，提高网络的覆盖范围和信号覆盖强度，降低信号干扰，达到更好的通信效果。
4. 移动通信小区化部署：通过智能天线的应用，可以实现对移动通信小区的精细化管理，可以根据用户密度、用户需求等因素，动态调整小区边缘的覆盖范围和功率，提高了小区的容量和覆盖效果。
5. 终端定位和跟踪：智能天线可以通过波束赋形技术，实现对终端设备的定位和跟踪，从而为网络优化和资源分配提供更精准的数据支持。
6. 窄波束天线技术应用：通过智能天线，可以实现更为精细化的波束赋形，将信号更准确地定向发送给特定终端，提高了通信系统的能效和频谱利用率。
智能天线在5G移动通信系统中的应用，将极大地推动通信系统的发展和优化。
它不仅可以提高通信系统的数据传输速度、通信质量和用户体验，还可以提高网络容量、覆盖范围和能效，从而更好地满足日益增长的移动通信需求。
智能天线在未来5G移动通信中的应用摘要：随着信息技术的发展，智能天线应用越来越广泛。
通信对于各种器件和部件的要求越来越苛刻，智能天线是目前适应通信技术发展的一项新兴事物，也是一种比较新颖的部件，在卫星通信、无线电网络接入、移动通信接入和军事通信接入的系统过程中，有着非常重要的应用作用。
智能天线之所以具有如此多的应用领域，就是因为它有很好的抗干扰能力，而且其设频率较高。
智能天线是一种崭新的概念，被公认为一种非常良性的发展趋势。
关键词：智能天线；未来5G；移动通信；应用引言随着科学技术的发展和进步，通信网络要求网络器件和部件的质量越来越高，连接性能越来越智能化，智能化的天线就是顺应这种形势发展出来的一种新事物，但是目前它已经被广泛的应用到卫星通信领域和移动通信领域，尤其是在无线接入时展现出了非常明显的优势。
智能天线的抗干扰性非常强，应用较高，而且它有一系列传统天线所不能替代的优点，起到对于电磁波的辐射和感应作用，将是未来5G移动通讯的一种应用发展趋势。
1智能天线的概念和特点1.1智能天线的含义智能天线是一种能够具有自适应能力的天线阵列，它是可变的天线，也是一种多元化的天线，它可以自动的判断信号，比如信号的传播方向自动获取等。
可以跟踪信号的走向，也可以智能化的采用算法来定位信号源，智能天线甚至可以过滤掉一些必要的天线信号，安装在基站现场可以作为双向天线使用。
智能天线的发展可分成3个阶段:第1阶段是应用于上行链路,通过使用智能天线增加基站的接收增益,从而使接收机的灵敏度和接收距离大大增加;第2阶段是将智能天线技术同时应用于下行链路,在智能天线应用于下行链路后,能够控制波束的发射方向,从而有助于频率的复用,提高系统的容量;最后一个阶段是完全的空分多址,此时在一个蜂窝系统中,可以将同一个物理信道分配给不同的用户,例如,在TDMA中,可以将同一小区内同一时隙同一载波同时分配给两个用户。
1.2智能天线的特点智能天线技术采用一种空分多址技术，这种技术最大的好处就是能够保证，在相同的时间间隙和频率的情况之下，用户仍然处于一种信号接通的状态，智能天线有一种波形过滤功能，因此如果其他信号在周围进行干扰，智能天线仍然能够，产生相同频率的波形，在这种波形的时间间隙和信号传播的幅度值波动的过程中，智能天线能够很好的抓住信号不失真的波形。
什么是智能天线什么是智能天线智能天线是一种安装在基站现场的双向天线，通过一组带有可编程智能天线的原理是将目前移动通信基站的天线大部分是全向性的天线，在寻呼移动通信用户时是在覆盖的整个小区寻找，天线的功率和信号强度大部分消耗在传输之中。
新型的天线采取分区寻呼的方式，就是把天线的波束分成多个不同角度的分区。
智能天线就是在分区传输路径（sectorized transmission path）的概念上发展出来的。
智能天线应用了先进的技术，把无线电的信号导向具体的方向，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。
使用的先进技术主要是波束转换技术（switched beam technology）和自适应空间数字处理技术（adaptive spatial digital processing technology）。
——应用波束转换技术的智能天线是在分区的基础上向用户方向发送多个波束，根据测量各个波束的信号强度跟踪移动用户，能在移动用户移动时逐个转换波束。
因此也称为波束转换天线（switched beam antennas）。
把波束分成许多窄波束能使信号增强，并且能较好地抑制干扰，可以使干扰降低很多，提高服务质量。
——波束转换的智能天线系统主要用于——自适应数字处理技术的智能天线是利用数字信号处理的算法去测量不同波束的信号强度，因而能动态地改变波束使天线的传输功率集中。
应用空间处理技术（spatial processing technology）可以增强信号能力，使多个用户共同使用一个信道。
智能天线利用数字信号处理技术,产生空间定向波束,使天线主波束对准用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的. 使用智能天线将在以下方面提高未来移动通信系统的性能[3 ] : (1) 扩大系统的覆盖区域; (2) 提高系统容量和频谱利用效率; (3) 提高数据传输速率; (4) 降低基站发射功率,节省系统成本,减少信号间干扰与电磁环境污染.智能天线技术智能天线分为两大类:多波束天线和自适应天线阵. 智能天线不同于常规的扇区天线和天线分集方法,通过在基站使用全向收发智能天线,为每个用户提供一个窄的定向波束,使信号在有限的方向区域发送和接收,充分利用了信号发射功率,降低了信号全向发射带来的电磁污染与相互干扰. 智能天线采用数字方法实现波束成形, 即数字波束形成DBF(DigitalBeam Forming) . 图1 为M 元智能天线的原理图:向形成天线主波束. 自适应天线阵根据用户信号的不同空间传播方向能够提供不同的空间信道,有效地克服了干扰对系统的影响.将自适应天线阵接收到的信号进行加权和合并,使信号与干扰加噪声比最大. 自适应天线阵的所有分支都应具有相近的方向图,而多波束天线的每个天线方向图都不相同. 自适应天线阵有M 重的天线增益而不受扇形失真的影响,并且其M 重的分集增益相关性也足够低. 这些阵列在理论上用M 个天线可完全消除N 个干扰源的影响( M > N) ,而获得M - N重的增益,对N > M 个干扰也能进行明显的抑制. 代价是每个天线需要一个接收机,并需要以衰落速率(在2GHz 下以60公里/ 小时移动时大于179Hz) 跟踪天线的加权.。
浅谈智能天线技术在移动通信中的应用摘要：对于移动通信设备而言，天线是关键核心部件之一，在移动通信设备的正常应用中发挥着重要作用。
传统天线在信号传输质量和信号传输速度上都难以满足通信要求，研发新一代适合移动通信设备的智能天线成为了必然选择。
当前，智能天线在移动通信中得到了应用和普及，对提高移动通信设备功能起到积极的促进作用。
从当前智能天的技术属于附加领域研究，其功能远远没有被完善，有更为广阔的开发空间。
关键词：智能天线技术；多波束智能天线；自适应智能天线１智能天线概述1.1智能天线的基本原理智能天线是一种能够根据所处的电磁环境来调节或选择自身参数，从而使通信系统保持最佳性能的天线技术。
智能天线技术是在阵列天线理论、微波和射频技术、自动控制理论、自适应天线技术、数字信号处理技术、软件无线电技术和集成电路技术等多个研究领域的基础上综合发展而成的一门新技术。
智能天线采用空分多址技术（ＳＤＭＡ），利用信号在传输方向上的差异，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。
1.2智能天线的分类根据智能天线工作原理的不同，智能天线可以分为：多波束智能天线和自适应智能天线。
（1）多波束智能天线多波束智能天线主要采用波束转换技术，因此，也称为波束转换天线。
它在对用户区进行分区（扇区）的基础上，使天线的每个波束固定指向不同的分区，使用多个并行波束就能覆盖整个用户区，从而形成了形状基本不变的天线方向图。
当用户在小区中移动时，根据测量各个波束的信号强度来跟踪移动用户，并能在移动用户移动时适当地转换波束，使接收信号最强，同时较好地抑制了干扰，提高了服务质量。
可以说，多波束天线是介于扇形定向天线与自适应智能天线之间的一种技术。
（2）自适应智能天线自适应智能天线原名叫自适应天线阵列，是一种安装在基站现场的双向（既可接收又可发送）天线。
它基于自适应天线原理，采用现代自适应空间数字处理技术，通过选择合适的自适应算法，利用天线阵的波束赋形技术动态地形成多个独立的高增益窄波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，同时旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，以增强有用信号、减少甚至抵消干扰信号，提高接收信号的载干比，同时增加系统的容量和频谱效率。
移动通信中的智能天线技术随着移动通信技术的快速发展，人们对通信服务质量的需求也越来越高。
其中，智能天线技术为提高通信服务质量提供了重要的支持。
本文将从智能天线技术的原理、应用和发展等方面进行详细的阐述。
一、智能天线技术的原理智能天线技术是利用天线阵列实现波束形成、波束跟踪和波束切换等功能的技术。
通过多个天线单元组成天线阵列，可以实现信号的精确收发和干扰的有效抑制，从而提高通信服务的质量和可靠性。
智能天线技术的核心在于波束形成。
所谓波束形成是指通过相控阵技术使天线阵列上的多个天线单元发出的信号形成一个有方向性的波束。
波束形成可以通过不同的算法来实现，如线性数组、斜列阵和圆阵等算法。
在智能天线系统中，形成的波束可以跟随移动终端进行动态跟踪，即波束跟踪。
当移动终端移动时，智能天线会对其信号进行跟踪，调整发射角度，保持与移动终端之间的连通。
二、智能天线技术的应用智能天线技术可以广泛应用于移动通信、卫星通信和雷达等领域。
其中，在移动通信领域中，智能天线技术可以有效提高通信服务质量、降低网络能耗和提高频谱效率，使用户可以在室内、隧道等信号复杂的环境下仍然能够享受高质量的通信服务。
智能天线技术在4G和5G网络中得到了广泛的应用。
例如，中国移动的5G智能天线系统中采用了大规模的MIMO(Multi-Input Multi-Output)天线技术，可以同时为多个用户提供服务，提高网络的容量和吞吐量。
三、智能天线技术的发展随着移动通信市场的快速发展，智能天线技术也在不断发展。
目前，针对不同应用场景，智能天线技术正在向多方面的发展方向进行优化。
在通信服务质量方面，智能天线技术正在向更高精度、更高可靠性和更大范围的发展。
未来，智能天线技术将会与更多的技术融合，如5G技术、毫米波技术和光通信技术等。
在智能天线系统集成方面，智能天线系统还需要解决高度集成化和低成本化的矛盾。
未来，智能天线技术将向着更高可用性、更稳定的方向进一步发展。
智能天线在移动通信中的应用
摘要：介绍了移动通信中关键技术之一的智能天线技术，并就它的结构、算法以及在第三代移动通信中的应用进行了较全面的阐述。
关键词：移动通信；智能天线；天线阵列；自适应算法
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｍａｒｔａｎｔｅｎｎａｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｍｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｉｔｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｆｏｃｕｓｏｎｉｔｓａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏ 3Ｇｍｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｍａｒｔａｎｔｅｎｎａＡｒｒａｙＳｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ
0 前言
随着移动通信的发展，人们不仅从时域和频域的角度来探讨提高移动通信系统数量和质量的各种手段，而且进一步研究信号在空域的处理方法。
智能天线技术就是典型的代表。
智能天线技术起源于20世纪40年代的自适应天线组合技术，在当时采用了锁相环技术进行天线的跟踪。
1965年，Ｈｏｗｅｌｌｓ提出了自适应陷波的旁瓣对消器技术用于阵列信号处理，之后，又陆续出现了等一系列技术，后来，Ｇａｂｒｉｅｌ将自适应波束形成技术上升到“智能阵列”概念。
早在1978年，智能天线就在军事通信中得到了应用，进入20世纪90年代后，才在民用移动通信系统中开始研究应用。
该项技术主要应用于以下方面：ａ）信号源定位，确定天线阵列到信号源的方位角；
ｂ）信号源分离，确定各个信号源发射信号的波形；
ｃ）信道估计，确定信号源与天线阵列间传输信道的参数。
1 智能天线的组成
智能天线技术是利用信号传输的空间特性，达到抑制干扰，提取信号的目的。
它主要包括天线阵列部分、模数转换、波束形成网络以及自适应信号处理，其结构框图如图1所示。
1．1 天线阵列部分
天线阵列即在空间分开设置一系列天线阵元，并将各阵元接收到的信号作加权处理，通过改变阵列的权值。
可使波束形状发生改变。
天线阵列相当于在空域对空间信号做离散采样，如同时域中自适应滤波器处理方法一样，也进行诸如滤波、分离及参数估计等。
通过信号处理，可使阵列在有效信号方向上产生的波束得到加强，而在干扰信号方向上产生“陷点”（Ｎｕｌｌ），从而提高系统容量、降低系统干扰、扩大系统覆盖范围。
图2给出了示意图。
1．2 波束形成网络
智能天线所形成的波束可实现空间滤波的作用，它对期望信号方向具有高增益，而对不希望的干扰信号实现陷波作用。
智能天线波束成形的基本方法是：通过将各天线单元输出信号进行加权求和，将天线阵列波束指向到一个方向，使期望的信号得到最大的输出。
理想情况下天线单元的加权值如下：
式中：
μ——与相关阵最大特征根有关的比例常数
Ｒ——输入信号相关矩阵
ａ（θ
）——方向矢量
ｄ
1．2 自适应信号处理
自适应信号处理是智能天线智能体现的一个重要方面，它以自适应算法为核心，动态地调整最优加权系数。
2 常用智能算法及其性能比较
自适应算法是智能天线的核心，目前国际上已提出许多算法，归纳起来主要分为盲算法和非盲算法。
所谓盲算法是指发送端不需发送导频信号，训练序列等，接收端可自行估计发送信号，并以此作为参考信号进行接收端的信号处理。
盲算法一般是利用调制信号本身固有的一些特征来进行接收处理，这些特征有循环平稳、子空间法等。
非盲算法需要参考信号，利用这些参考信号实现自适应算法。
如在3Ｇ中就有专门发送导频信道的信号。
应该说非盲算法相对盲算法而言误差较小，收敛速度较快，但它需要额外的参考信息，而盲算法的优缺点正好相反。
现在又有人提出将非盲算法和盲算法相结合的半盲算法，即先利用非盲算法确定初始值，再利用盲算法进行跟踪与调整，这样就可以结合两者的优点更好地进行信号处理。
3 智能天线在3Ｇ中的应用
智能天线技术在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，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。
全自适应方式在理论研究中具有很大的实用价值。
但在实际工程中，由于全自适应算法的计算量大等因素而很不实用。
在工程设计时，更感兴趣的是基于预波束的波束切换方式。
因为波束切换中的各权值系数只能从预先计算好的几组中挑选，因此计算量、收敛速度等方面较全自适应方式有优势。
然而在这种方式下由于智能天线的工作模式只能从预先设计好的几个波束中选择，因而它不能完全实现自适应性的任意指向，在理论上只是准最优的。
实现基站智能天线下行发难度相对较大，这主要因为智能天线在设计波束时很难准确获知下行信道的特征信息。
目前在这方面主要有下述两种方案：ａ）利用类似第二代移动通信的ＩＳ－95中的上行功率控制技术，形成闭环反馈测试结构形式，也就是说基站通过正向链路周期性地向移动台发射训练序列，而移动台通过反向链路反馈信号，从而估计最佳正向链路加权系数；
ｂ）利用上行信道信息估计下行信道。
对于ＦＤＤ方式，由于上下行频率间隔相差90 ＭＨｚ，衰落特性完全独立因而不能使用。
但对ＴＤＤ方式，只要上下行的帧长较短完全可以实现。
4 智能天线的优点
ａ）动态调整的智能天线阵列的波束跟踪高速率用户，能起到空间隔离、消除干扰的作用，动态调整的智能天线阵列的性能优于固定的多波束天线；
ｂ）增加系统容量；
ｃ）增加覆盖范围，改善建筑物中的和高速运动时的信号接收质量；
ｄ）提高信号接收质量，降低掉话率，提高语音质量；
ｅ）减少发射功率，延长移动台电池寿命；
ｆ）提高系统设计时的灵活性。
参考文献
1 王大庆等．ＣＤＭＡ中智能天线的接收准则及自适应算法．通信学报．1998，（6）
2．郭梯云等．数字移动通信．北京：人民邮电出版社
3 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）。
