智能天线技术在移动通信中的应用

智能天线技术在移动通信中的作用摘要：在全球经济迅速发展的时代，通信业务也迅速崛起。随着移动通信用户的大幅度增长，智能天线更新换代也成为主要趋势。智能天线作为通信的主要方式，它的通信领域覆盖了大面积地区的社交网络。而智能天线主要通过信息消除干扰，接受信息并使天线利用数字信号处理技术反射给用户，将频谱资源最大限度的利用起来。本文将通过阐述智能天线技术的发展进一步对智能技术在移动通信中的应用作详细介绍。关键词：智能天线；移动通信；发展应用；基站建设引言：作为未来人类沟通的主要设备，移动通信技术成为人们关注的首要问题。智能天线作为利用数字技术来提高天线的可靠度与灵活性，自身价格也成为大众可接受的地步，使智能天线逐渐在移动通信中广泛应用起来。本文将对智能天线在移动通信中的广泛应用进行详细的阐述。1.智能天线技术优点及研发概况1.1智能天线技术优点智能天线技术采用空分多址技术，这种技术能够保证在相同时隙、频率的情况下，用户仍可处于信号接通状态。原有智能天线没有波形过滤功能，所以当其他周围信号干扰时，会产生相同频率的波形，这种波形无论是在时隙还是在信号传播幅值，都与信源信号相似，造成原信号的失真。但是智能天线技术具有一定的优点，其中包括：抗衰落、抗干扰、提高频谱利用率、移动台定位以及减少电磁污染等。在移动台收发信号接收器在接收和传输电波时，由于受到外界大气层的干扰，便会使电波信号发生折射以及散射，造成电波原始信号的衰减。但是传统模式采用的全向天线虽然能够接收传播的信号源，但是由于方位角固定，造成传输信号瞬间的失真。但是智能天线能够自适应的调整波束的方向性，保证接收器能够根据传输信号的波形自动进行接收，使信号功率损耗降至最低。在干扰程度方面由于智能天线能够区别电波不同入射的角度，所以通过改变天线阵元的激励，提高阵列的输出信噪比。原有全向天线只是通过增大传输功率及增益的方式，降低信号在传输过程中的噪音。这种调制方式不但增加了系统的不稳定性，而且在后期天线约束波形方面也不能进行自适应调整。其次便是在提高频谱利用率、移动台定位以及减少电磁污染方面，利用空分多址技术，减少信号之间的串间干扰，提高传输信道频率利用率。1.2智能天线研发概况智能天线由欧洲通信委员会进行设计研发，其中智能天线有八个方位阵元组成，每个阵元能够接收不同方向相干载波，射频1.9GHz，较强的射频能够保证信号在发送减少损耗，接收器接收到的信号仍可在接收范围内，保证传输信号的稳定性。其次在阵元分布方面智能天线在研发方向上采用圆环型的分布模式，这种分布模式保证智能天线模拟的数字波束能够识别系统内的阵元矩阵，将传输的数字束波对准阵元，实现信号接收器的收发。对此管理人员进行了操作实验，对智能天线系统中的空间信道进行了优化，其中对于上行信道和下行信道，传输的比特差错率的102-，但通过MUSIC算术测试分析，优化后的智能天线系统上下行传输的差错率为103-，这种数据测试表明了智能天线系统能够自动调节信道链路的差错控制率，保证整体系统结构的稳定性。2.智能天线结构与原理智能天线原理是在提高信号增益的程度上，再次追踪信号路径的变化。原有天线只是单方面提高了信号的期望值，但在电磁波内传输的窄带短波便会被受限制，造成终端天线无法追踪发射台的信号来源，使移动用户无法有效的接收信号源。其次智能天线系统采用的SDMA能够与频分多址、时分多址、码分多址形成复用模式，使之保证智能天线系统中的加权网络能够适应处理器的闭环反馈链路。智能天线系统结构包括：天线阵列、自适应处理器以及方向图形成网络，天线阵列由多个天线单元组成，每个天线单元都分布一个全向天线，保证能够360度方向辐射信号源。在接收和发射信号源时，天线阵列与信号处理器形成闭环链路，这种闭环链路能够自动调整天线的方向角，抵抗外界的干扰信号源。在保证SOI处于加强状态下，外界的干扰信号始终处于临界数值。图1智能天线系统结构示意图终端智能天线在接收信号时，会被天线按照不同信号源的相位接收。假设信号源发出的信号为多频载波相位信号，则接收信号源的接收方向确定，主要是因为各个天线的载波相位差固定，所以在接收一个远距离载波信号时，天线的分布及入射角度具有唯一确定性。其次便是智能天线的两种工作方式，一种是自适应天线阵列，一种是切换波束系统。自适应天线阵列系统首先各个阵元将接收的信号进行基带转变，将射频的模拟信号转化为下变频基带信号，然后在进行A/D模拟信号的处理。后期形成的数字波束在闭环反馈系统加权w的调制，将调制的基带信号转化为天线自适应波束信号，这样整个闭环反馈系统便会将信号源通过编程加权算法，将天线贞元间距拉大，接收器便会自动过滤波长较短的信号源。所以自适应天线阵列选定4-16天的阵元结构，阵元间距保持在半个波长，这样便能保证智能天线系统的自适应性。其次在切换波束系统中，为了提高移动用户的通话质量，保证不发生串音现象。在切换波束系统中，接收到的信号源经过傅里叶级数的转化，形成空间波束。用户在天线某个扇区移动至另一个扇区时，信号波束便也会随着自动转变，保证用户的通话质量。3.智能天线散射信道时空特性根据当前智能天线散射信道的传输特性，其中包括：频率特性、时间特性、空间特性，在频率特性方面，智能天线传输载波在1900MHz时，信息传输延时保持在30-40ns，减少了传输信号的延时效应。其次在时间特性方面，验证了多普勒频率与信道传输时间的关系，在信道内选取合适的帧长，保证信息传输的完整性。最后便是在空间特性方面，将传统的时域、频域、码域扩展至智能天线系统中的空域，保证智能天线信道内阵元之间不产生过高的互耦影响。3.1信道的频率特性信道的频率特性验证了时延扩展与频率衰落的关系，当保证室内载波频率在1900MHz时，通过调测不同的间距时延，产生的频率间隔也有不同等幅度的变化。其函数分布如图2所示，保证室内环境一定的前提下，智能天线的发射载频1900MHz，中间延时为80ns，功率时延113ns，在参数一定的情况下，进行智能天线载波频率实验的模拟，模拟后的参数结果中显示，随着频率间隔示数的增加，其相关系数的变化呈对称结构分布，这种频率调测结果说明智能天线在频率方式上呈均匀分布，保证通信帧结构能够适应信道的载波波长。图2功率时延分布函数与频率相关系数3.2信道的时间特性智能天线在信道时间特性方面验证了多普勒频率与信道传输时间的关系，在信道内选取合适的帧长，保证信息传输的完整性。已知多普勒最大频率为88Hz，当改变频率变化时，信道相干时间也会随着改变，造成智能天线信道传输延时增大。但通过改变多普勒载波频率，使通信帧结构的传输速率及选取方式发生了改变。当控制载波频率在1300-1800MHz时，传输帧的速率便由20M/s变为80M/s，信道的传输波长也呈现出周期性变化，在实验操作过程中，调测频率与时间的控制参数，信道传输的帧结构会自动选取对应信道，完成整个信息链路的传输。3.3信道的空间特性智能天线在空间特性方面，将传统的时域、频域、码域扩展至智能天线系统中的空域，保证智能天线信道内阵元之间不产生过高的互耦影响。传统全向天线系统在发送信息时，都通过时隙、码子以及频率进行区分，但是这种模式容易造成传输信道的堵塞，数据流量全部拥堵在传输信道内。但是智能天线在信道空间中的特性，通过改变传输结构，以空址的方式在传输信道内将全向天线阵元的传输功率进行归一化，保证空址信道内的信息互不产生耦合，造成信号之间的叠加与分散。其次信道空间特性在偏远山区及城郊环境下的系统测试，也满足智能天线系统空址信息流的传输，保证整个传输系统波动性在一定范围内。4.智能天线技术在移动通信系统中的应用智能天线技术在移动通信系统中的应用包括：对系统覆盖距离的应用、对系统容量的应用以及对移动无线资源管理的应用，这种应用模式将逐步提高智能天线的应用效果，保证用户正常的通话质量。4.1对系统覆盖距离的应用智能天线技术在系统覆盖距离中的应用不是原有天线增大上行功率或下行功率的方式，以至于更远的覆盖信号传输距离。原有天线在没有通过增加发射功率的情况下，用户终端在遇到障碍物或者高楼墙体时，传输的信号便会中断，造成用户无法接收天线发出的信号源。但智能天线通过调整基站的增益，降低链路的损耗。假设基站天线接收功率为P，用户发射功率为B，在路径损耗指数一定的情况下，增大基站增益，便能有效降低链路的传输损耗，增大覆盖传输距离。其次在障碍物穿透性方面也有了逐步改善，原有天线发射功率较低，所以只能穿过一般厚度的墙体。当用户在多重建筑结构进行通话时，外界的信号无法射入通话区域，造成用户无法正常通话。但是智能天线在覆盖距离方面通过调整增益以及发射不同的信号波长，放大传输信号功率，保证用户在正常情况下都能保证通话质量，不会产生掉话现象。4.2对系统容量的应用在移动通信系统中，系统中的载干噪比决定着系统容量的大小。所以智能天线通过抑制传输信道中的多址干扰的方式，来提高系统内的容量。在原有传输结构系统中，由于存有多种信号噪音，造成中心基站反向链路的指数因子始终处于高峰值状态。智能天线在采用最小频谱资源的情况下，最大幅度的提高系统容量。当天线系统中各种损耗数据值确定的情况下，分析小区支持的用户数，在数据分析后满足当前现状需求。全向损耗0dB、分扇区功率4.5dB、多波束切换功率8dB、智能天线发射功率12dB，满足的用户数为140，保证当前用户的实际需求。传统天线传输信道较窄，在发送数据信息时，由于系统容量较小，无法承载过多的数据信息，便会造成信源信号的失真，用户端无法得到真实有效的信息。但通过智能天线的改进，增加了系统的扩容量，传输信道的扩宽，不仅保证了用户通话质量，而且还使整个通信系统处于稳定运行状态。4.3对移动系统无线资源管理中的应用无线资源管理主要负责管理空中接口资源，但在移动通信系统中无线资源包括：码字、频率、时隙以及空间角度。由于空间方位成为可利用资源，所以在对系统资源进行分配管理时，既要考虑最大限度提高系统容量，又要降低传输系统损耗，确保整个移动终端系统始终处于动态稳定状态。因此智能天线通过减少RRM内的空间，增大移动系统内的内存空间。结语：智能天线发展前景无限，受到越来越多人的关注。智能天线技术给移动通信系统带来无可替代的，随着智能天线技术的逐渐发展，智能天线必将成为全球最活跃的研究对象，为我国的发展带来一定的影响及推动作用。但是如果想让智能天线在移动通信中发展更快，在领域中占有一席之地，必须提高其稳定性，降低制作成本。同时降低天线复杂的接受方案，通过在移动通信的基站中采用多波束天线来提高稳定性。对于每一个移动用户，发射的信号聚集在一定的区域中，提高信号的使用利用率。我们将进一步对智能天线的发展前景进行近一步的探索。参考文献：[1]丁杰伟,李鲤鹏,黄超等.WCDMA系统中智能天线PSALS一DRMTA自适应算法[J].通信学报,2013,24(2):78一83[2]张华,龚耀寰,李合勇.WCDMA系统上行链路阵列接收及自适应并行干扰对消技术[J].电子学报,2014,29(12):89一92[3]张华,龚耀寰.DS/CDMA系统上行链路的ZD一Rake及PPIC接收方案[J].电波科学学报,2012,17(4):13-14.[4]李小强.未来移动通信系统中的智能天线技术[J].移动通信，2013,34（65）：17-18.[5]兰惠.智能天线技术在无线通信中的应用[J].中国新通信，2014,10（19）：38-39.[6]滕碧红.智能天线技术在移动通信中的应用[J].通信电源技术，2012,44（76）：25-26.[7]王欣.基于智能天线技术的TD-SCDMA系统应用研究[J].现代电子技术，2011,29（33）：42-43.[8]刘向荣.智能天线技术对TD-SCDMA系统容量的改善[J].现代雷达，2015,51（42):33-34.