移动通信中的智能天线
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１１ 智 能天 线 系统 结构 ．
天线 阵列 部分
波束形成 网络部分
图 １ 智 能 天 线 系 统 结 构 图
智 能天 线 通 过 调 节各 阵元 信 号 的加 权 幅度 和 相 位 ， 改 变 阵列 的方 向图形 状 ， 自适 应 或 以预 置 方 来 即 式 控 制 波束 幅度 、 向和零 点 位 置 ， 波 束 总是 指 向 指 使
（） ２ 波束形成 网络。 主要功能体现在天线波束在
一
定 范 围 内 ，能根 据 用 户 的需 要 和 天 线 传 播 环境 的
变 化 ， 过 数 字 信 号 处理 器 自适 应 地 调 整 权 值 系 数 ， 通 以调 整 到合 适 的波 束 形 成 网络 ，或 者 从 预 先设 置好 的权 值 系 数列 表 中 ，根 据 一定 的准 则 挑 选 一 组最 佳 值， 以获得 最 佳 的 主波 束 的方 向 。
而 是一 种 信 道 倍 增 方 式 ，可 与 Ｆ ＭＡ、ＤＭＡ、 Ｄ 码分 多址） Ｄ Ｔ Ｃ ＭＡ 智能天线 的高效率 ， 是基于上行链路和下
等系统完ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ兼容 ， 从而实现组合 的多址方式 。
１３ 智能 天 线 的优 点 ．
行 链 路 的无 线 路 径 的对 称 性 而获 得 的［ ３ ］ 。
移 动 通 信 中 的智 能 天 线
王 欣 ’王 士广 ，
（． １渤海 船 舶职 业 学 院， 宁 葫 芦 岛 １５０ ；． 放 军 ９ ２５部 队 ， 宁 葫 芦 岛 １５０ ） 辽 ２０ ５２ 解 １４ 辽 ２０ ０
摘 要 ： 于智能天线技术的移动通信 系统是 目前 无线通信领 域研究 的热 点。 了研 究智 能天线技术 ， 基 为 通过分析智 能天 线基 本结构 、 工作原理和 自适应波 束形 成算法的方 法， 出智能天线技 术 己被确 认为移 动通信 系统的关键技 术之一 ， 得
１８ ７
《 装备制造技术 ）０ １ ２ １ 年第 ３ 期
直 ５ｃ 方 向形成高增益窄波束 ， 并跟踪最佳路径的变化 。理 元 的 同 心 阵列 组 成 的 ， 径 为 ２ ｍ。 同全 方 向天 线 它 Ｔ —Ｃ （ 想 前 景是 空 分 多 址 （ＤＭ ， Ｓ Ａ）它不 是 信 道 复用 的概 念 ， 相 比 ， 可获 得 较 高 的增 益 。 Ｄ Ｓ ＤＭＡ时 分 同步 的
代 后期 ， 引入 军 事通 信 ， 能 天线 真 正 的发 展是 ２ 被 智 ０
世纪 ９ Ｏ年代 ， 被应 用 于 民用 蜂 窝 通 信 ， 为第 三代 成
移动通信系统 的关键技术 。越来越多的研究者和工
程 技 术人 员 ， 目光 投 向智 能天 线技 术 的研 究 。 将
１ 智 能 天 线 基 本 结 构 和 工 作 原 理
收 稿 日期 ：０ ０ １— ０ ２ １— ２ １
智能天线 波束跟踪的真正含义 ，是在最佳路径
作者简介 ： 欣 （９ ７ ）女 ， 王 １７ 一 ， 江苏新沂人 ， 讲师 ， 硕士 ， 研究方向为船舶通信 与导航 ； 王士广（ ９ ５ ）男 ， １７ 一 ， 江苏新沂 人 ， 助理 工程 师， 本科学历 ， 研究方 向为通信传输 。
它将 会 在 未 来 移 动 通 信 系统 中发 挥 重要 作 用 的 结论 。
关键 词： 智能天线 ； 动通信 ； 移 自适 应算法 ； 波束形成
中 图分 类 号 ： Ｎ８ Ｔ ２ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：６ ２ ５ ５ ２ １ ）３ ０ ８ ０ １ ７ — ４ Ｘ（ ０ ０ — １ — ２ １ ７
１２ 智 能 天线 工作 原 理 ．
天 线 以多个 高 增 益 的 动 态 窄波 束 分 别 跟 踪 多 个
期望信号 ， 自窄波束以外的信号被抑制。但智能天 来 期 望 方 向 ， 零 点 指 向干扰 方 向 ， 现 波 束 随着 用 户 线 的波 束 跟 踪 ，并 不 意 味 着一 定 要 将 高 增 益 的窄 波 而 实 走， 从而提高天线的增益 和信干噪 比。其基本结构如 束指 向期望用户的物理方 向，事实上在 随机多径信 道 上 移 动 用 户 的 物理 方 向 ， 难 以确定 的 ， 别 是 在 是 特 图 ｌ 所示 ， 图可见 ， 能 天线 系统 由 ３部 分组 成【： 由 智 】 （ ） 线 阵列 。 线 阵元 数量 和 天线 阵元 的配 置 发射 台至接收机的直射路径上存在阻挡物时 ，用户 １天 天 方式 ， 都对智能天线 的性能有着直接的影响。在移动 的物理方 向并不一定是理想的波束方 向。 通信 中一般取 阵元数为 ８ 。
（ ） 制算 法 。 算法 是 智 能 天 线 的 核 心 。其 功 ３ 控 线技术 ， 目的是为了充分利用空域资源 ， 提高系统的 性 能 和容量 。 能是依据信号 环境 ，按照某种性能度量准则和 自适 智 能天 线 ， 又称 为 自适 应 天 线 阵 列 ， 技 术 核 心 应算法 ， 其 选择或计算权值。 是 阵 列 信号 处 理 。早 期应 用 集 中于 雷达 和声 纳 检 测 领域 ， 主要 用来 完 成空 间滤 波 和定 位 。２ ０世 纪 ７ ０年
随着信息交流需求 的急剧增加 和个人移动通信 的迅 速普及 ， 频谱 已成 为 越来 越 宝 贵 的资源 。移 动通 信 中信道传输条件较恶劣 ，信号在到达接收端前会 经历衰减 、 衰落和时延扩展 ， 另外 ， 还有来 自其他用 户 的干 扰 ，它 们 是 限制 系统 通 信 品 质 和容 量 的重要 因素 。为 了对 抗 这些 影 响 ， 在移 动 通信 中引入智 能 天
此外， 智能天线可减少小区间干扰， 也可减少小
区内干扰。智 能天线的这些特性 ， 可显著提高移动通 信系统的频谱效率。
由于每个用户 在小 区 内的位置都是 不 同的 ， 这
一
（） １ 提高频谱利用率 ；
天线 阵列 部分
波束形成 网络部分
图 １ 智 能 天 线 系 统 结 构 图
智 能天 线 通 过 调 节各 阵元 信 号 的加 权 幅度 和 相 位 ， 改 变 阵列 的方 向图形 状 ， 自适 应 或 以预 置 方 来 即 式 控 制 波束 幅度 、 向和零 点 位 置 ， 波 束 总是 指 向 指 使
（） ２ 波束形成 网络。 主要功能体现在天线波束在
一
定 范 围 内 ，能根 据 用 户 的需 要 和 天 线 传 播 环境 的
变 化 ， 过 数 字 信 号 处理 器 自适 应 地 调 整 权 值 系 数 ， 通 以调 整 到合 适 的波 束 形 成 网络 ，或 者 从 预 先设 置好 的权 值 系 数列 表 中 ，根 据 一定 的准 则 挑 选 一 组最 佳 值， 以获得 最 佳 的 主波 束 的方 向 。
而 是一 种 信 道 倍 增 方 式 ，可 与 Ｆ ＭＡ、ＤＭＡ、 Ｄ 码分 多址） Ｄ Ｔ Ｃ ＭＡ 智能天线 的高效率 ， 是基于上行链路和下
等系统完ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ兼容 ， 从而实现组合 的多址方式 。
１３ 智能 天 线 的优 点 ．
行 链 路 的无 线 路 径 的对 称 性 而获 得 的［ ３ ］ 。
移 动 通 信 中 的智 能 天 线
王 欣 ’王 士广 ，
（． １渤海 船 舶职 业 学 院， 宁 葫 芦 岛 １５０ ；． 放 军 ９ ２５部 队 ， 宁 葫 芦 岛 １５０ ） 辽 ２０ ５２ 解 １４ 辽 ２０ ０
摘 要 ： 于智能天线技术的移动通信 系统是 目前 无线通信领 域研究 的热 点。 了研 究智 能天线技术 ， 基 为 通过分析智 能天 线基 本结构 、 工作原理和 自适应波 束形 成算法的方 法， 出智能天线技 术 己被确 认为移 动通信 系统的关键技 术之一 ， 得
１８ ７
《 装备制造技术 ）０ １ ２ １ 年第 ３ 期
直 ５ｃ 方 向形成高增益窄波束 ， 并跟踪最佳路径的变化 。理 元 的 同 心 阵列 组 成 的 ， 径 为 ２ ｍ。 同全 方 向天 线 它 Ｔ —Ｃ （ 想 前 景是 空 分 多 址 （ＤＭ ， Ｓ Ａ）它不 是 信 道 复用 的概 念 ， 相 比 ， 可获 得 较 高 的增 益 。 Ｄ Ｓ ＤＭＡ时 分 同步 的
代 后期 ， 引入 军 事通 信 ， 能 天线 真 正 的发 展是 ２ 被 智 ０
世纪 ９ Ｏ年代 ， 被应 用 于 民用 蜂 窝 通 信 ， 为第 三代 成
移动通信系统 的关键技术 。越来越多的研究者和工
程 技 术人 员 ， 目光 投 向智 能天 线技 术 的研 究 。 将
１ 智 能 天 线 基 本 结 构 和 工 作 原 理
收 稿 日期 ：０ ０ １— ０ ２ １— ２ １
智能天线 波束跟踪的真正含义 ，是在最佳路径
作者简介 ： 欣 （９ ７ ）女 ， 王 １７ 一 ， 江苏新沂人 ， 讲师 ， 硕士 ， 研究方向为船舶通信 与导航 ； 王士广（ ９ ５ ）男 ， １７ 一 ， 江苏新沂 人 ， 助理 工程 师， 本科学历 ， 研究方 向为通信传输 。
它将 会 在 未 来 移 动 通 信 系统 中发 挥 重要 作 用 的 结论 。
关键 词： 智能天线 ； 动通信 ； 移 自适 应算法 ； 波束形成
中 图分 类 号 ： Ｎ８ Ｔ ２ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：６ ２ ５ ５ ２ １ ）３ ０ ８ ０ １ ７ — ４ Ｘ（ ０ ０ — １ — ２ １ ７
１２ 智 能 天线 工作 原 理 ．
天 线 以多个 高 增 益 的 动 态 窄波 束 分 别 跟 踪 多 个
期望信号 ， 自窄波束以外的信号被抑制。但智能天 来 期 望 方 向 ， 零 点 指 向干扰 方 向 ， 现 波 束 随着 用 户 线 的波 束 跟 踪 ，并 不 意 味 着一 定 要 将 高 增 益 的窄 波 而 实 走， 从而提高天线的增益 和信干噪 比。其基本结构如 束指 向期望用户的物理方 向，事实上在 随机多径信 道 上 移 动 用 户 的 物理 方 向 ， 难 以确定 的 ， 别 是 在 是 特 图 ｌ 所示 ， 图可见 ， 能 天线 系统 由 ３部 分组 成【： 由 智 】 （ ） 线 阵列 。 线 阵元 数量 和 天线 阵元 的配 置 发射 台至接收机的直射路径上存在阻挡物时 ，用户 １天 天 方式 ， 都对智能天线 的性能有着直接的影响。在移动 的物理方 向并不一定是理想的波束方 向。 通信 中一般取 阵元数为 ８ 。
（ ） 制算 法 。 算法 是 智 能 天 线 的 核 心 。其 功 ３ 控 线技术 ， 目的是为了充分利用空域资源 ， 提高系统的 性 能 和容量 。 能是依据信号 环境 ，按照某种性能度量准则和 自适 智 能天 线 ， 又称 为 自适 应 天 线 阵 列 ， 技 术 核 心 应算法 ， 其 选择或计算权值。 是 阵 列 信号 处 理 。早 期应 用 集 中于 雷达 和声 纳 检 测 领域 ， 主要 用来 完 成空 间滤 波 和定 位 。２ ０世 纪 ７ ０年
随着信息交流需求 的急剧增加 和个人移动通信 的迅 速普及 ， 频谱 已成 为 越来 越 宝 贵 的资源 。移 动通 信 中信道传输条件较恶劣 ，信号在到达接收端前会 经历衰减 、 衰落和时延扩展 ， 另外 ， 还有来 自其他用 户 的干 扰 ，它 们 是 限制 系统 通 信 品 质 和容 量 的重要 因素 。为 了对 抗 这些 影 响 ， 在移 动 通信 中引入智 能 天
此外， 智能天线可减少小区间干扰， 也可减少小
区内干扰。智 能天线的这些特性 ， 可显著提高移动通 信系统的频谱效率。
由于每个用户 在小 区 内的位置都是 不 同的 ， 这
一
（） １ 提高频谱利用率 ；
