移动通信中的电波传播与天线第二讲-移动通信天线.doc

1、天线与电波传播 31 第 3 章 移动通信系统中的常用天线 移动通信天线=基地站天线 + 移动台天线 一 设计要求： 基地站天线的设计关键 基地站 天线设 计 电气设 计 机械设 计 与无线电链路 有关的设计事项 风载设计、地震负载设计 现场安装 区域结构 要求的 D/U 有无分集 频率 阵和单元 的设计 方向图合成 单元 馈电电路 交调 天线与电波传播 32 移动台天线的设计关键 移动台 天线 设计 车载 天线 设计 手持机 天线 设计 电气设计 水平面全向 保型结构 车体不引起畸变 宽频带、收发共用 分 集机械设计 空气动力学设计 易于安装 电气设计 机械设计 高效率 宽频带、收发共用 人

2、体产生失真小 分集体积小/重量轻 易于处理 天线与电波传播 33 二主要技术： 1对基地站天线的主要要求： 高电平均匀照射自区、压缩自区以外的辐射（频率复用） 、宽频带（多信 道、收发共用或系统共用） 、不变的接收电平降低延迟扩展、体积小、重 量轻 2对移动台天线的主要要求： 车载天线工作频率、带宽、方向性、极化、分集接收 天线与电波传播 34 手持机天线高增益、有效增益、人体的影响、对人体的辐射 3主要技术 赋形波束技术对天线水平面和垂直面的方向图进行调整 利用角反射器得到水平面的扇形波束 扇 形 区 和 全 向 区 的 干 扰 距 离 R D DR 天线与电波传播 35 利用天线阵得到垂直

3、面的余割波束以及主波束倾斜 垂直平面的赋形波束为了使固定在一定高度的天线照射在一有限的 水平面区域内，使该区域有相等的接收电平。使用垂直平面的余割平方或 P 次方赋形波束功率方向图可实现这一要求。 天线与电波传播 36 波 束倾斜波束下倾技术的主要目的是倾斜主波束以压缩朝重用频率的蜂 窝方向的辐射电平而增加(C/I) ANT，即有用波方向和干扰波方向的天线方 向图用分贝表示的差值。 天线与电波传播 37 天线下倾主要是改变天线的垂直方向图主瓣的指向，使垂直方向图主 瓣方向指向覆盖小区，而垂直方向图主的零点或副瓣对准其干扰的同频小 区。这样，既改善了服务小区覆盖蜂窝内的信号强度，也就提高了服务小

4、 天线与电波传播 38 区内的 C/I 值，同时由减少了对远处同频小区的干扰，因此提高了系统的 频率复用的能力，增加了系统的容量。另外天线下倾还可以改善激战附近 的室内覆盖特性。天线下倾技术可以通过两种方法来实现：一种是机械下 倾，另一种是电下倾。机械下倾是通过机械调节装置调节天线向下倾斜所 需的角度。电下倾天线是通过调节天线各阵子单元的相位（相控阵天线技 术）使天线的垂直方向图主瓣下倾一定的角度，而天线本身仍保持和地面 成垂直放置的位置。 降低和局部压缩旁瓣电平的赋形波束通过合成的振子天线方向图实 现对主波束附近的旁瓣压缩。也可有效地降低频率重用距离。 天线与电波传播 39 此外，还可以利用

5、线天线阵来建立水平面或垂直面的双频赋形波束。 分集接收技术所谓分集接收是指在接收机的输入端提供两个或多个 天线与电波传播 310 的输入信号，经处理合成后得到所需的信号。由于这些输入信号的衰落现 象是非相干的，因此，分集接收技术可以改善系统的性能、克服衰落而不 需要增大发射功率和带宽。采用天线位于不同场址位置上的宏观分集可以 克服长期衰落，而采用天线位于相同场址位置上的微观分集可以克服短期 衰落。 天线与电波传播 311 几种分集方式： 时间分集时间分集是指在不同的时隙发射相同的信息，在接收端产 生两个非相关的衰落信号。时间分集方式是在多信道场合减小互调的良好 方式。但是在移动无线电环境中，移

6、动体可能暂停在任一地点，此地具有 弱的当地均值或接收到深度衰落。而不管是哪一种情况，时间分集方式都 无助于减小衰落，因此，一般不采用时间分集。 频率分集频率分集是通过发射两个不同载波频率的信号来实现的。 为了要使它们在接收端的衰落非相关，必须增大带宽。频率分集方式的成 本较高，也不常采用。 天线与电波传播 312 空间分集空间分集是指接收机通过两个或多个不同位置的天线来接 收信号。这些信号的相关性较弱。天线的间隔随着天线的高度而改变。空 间分集是移动通信系统中最常用的一种方式。根据天线的不同位置关系， 空间分集可分为水平空间分集和垂直空间分集。后者在商业用途上主要用 做移动站天线。目前移动通信

7、基站一般都采用水平空间分集，用在市区环 境的蜂窝系统的上行（移动台到基站）中，通过选择最好的接收信号或将 信号合并，减少衰落的影响。通过随环境的密集度增加的增加（约 3- 5dB）来改善基站接收，达到对上下链路预算平衡的作用。空间分集技术 的不便之处是需要徒工几个具有类似特性的接收机以及在接收机处处理矢 天线与电波传播 313 量型信号，以及需要坚固的塔结构（为了固定不同的天线） 。 天线与电波传播 314 方向图分集方向图分集又称角度分集。这种分集方式需要若干个具 有特定方向的扇形波束天线，它们构成的总方向图是全向的。接收机通过 它们接收来自不同方向的信号，并由此组合出所要的信号。 极化分集

8、极化分集是指在基地站利用两个正交极化天线来发射信息， 而在移动站也是有两个正交极化的天线共同接收。正交极化天线提供是两 个非相关的信号衰落。使用 极化分集的缺点是：由于功 率分给两个天线，故在发射 场址减小 3dB。对于室内覆盖， 极化分集给出和空间分集同 样的结果；对于室外覆盖， 空间分集能更好的改善系统 天线与电波传播 315 性能。 四种分集合成技术： 选择合成选择合成法是根据一个或几个准则从所用的分集天线中选 择一个组成。它由选择具有最大功率的信道或具有最好载干比（ C/I）的 信道组成。这种技术的性能对于利用两个天线的系统是令人满意的。 等增益合成这种方法被用在很难得到信道的精确估算

9、的系统中（典 型的是快速跳频系统） ，作为例子，如在快变信道情况中，所有输入信号 被相同地放大，然后相位匹配并求和。所要的信号为相干求和而噪声为非 相干求和，在合成器输出端得到较好的信噪比（SNR） 最大比合成在这种技术中，每个天线的输出都被每个天线接收到的 载干比（ C/I）的估算来加权。和用等增益合成一样，信号被相位匹配以 及从解调器输出端的加权求和作出数据决定。这种加权方法得到的信噪比 比等增益合成产生的信噪比还要高，使它在这三种技术中效率最高。 转换合成它基于某一门限电平，若信号低于该门限电平，接收输出 端便转到另一天线分支上。分集技术按分集方式可分为空间分集、频率分 天线与电波传播

10、316 集、时间分集、极化分集、角度分集和能量分集等等。 三常用天线： 1最基本的天线类型 电基本振子 辐射场 E jkrexpsinrIljE60 电基本振子上电流的幅度， 电磁波的波长， 电基本振子的I l 长度 或xy zyx 或xy zzxylI 天线与电波传播 317 对称振子对称振子又称偶极天线。由于它的结构简单， 所以被广泛应用于无线通信、雷达等各种无线电技术设备 中。就所使用的频段来说，它可以应用于短波、超短波甚 至微波波段。它既可作为独立大天线使用，也可以作为复 杂天线阵的组成单元或者面天线的馈源。对称振子的长度 不同，天线的特性也有所不同。 电流分布 zlkcosIzIm

11、电流波腹点的电流振幅值mI 辐射场 E jkrexpsinklcoscoklcsrIjEm 60 lla2 天线与电波传播 318 电磁波的波数， k 对称振子的臂长（总长度 的一半）l L 天线与电波传播 319 半波振子半波振子是指导线的总长度等于半个波长的对称振子，电 流近似为余弦分布。若将半波振子垂直放置，则水平面无方向性，垂直面 方向图呈字形，主射线方向与导线垂直。半波振子的半功率张角为 78 度，增益等于 1.64，输入阻抗等于 72.1+j42.5。这种天线的结构简单， 与 75 同轴线的特性阻抗比较接近，易于实现匹配，所以应用十分广泛。 半波振子也可以由同轴线构成。 电流分布

12、zksinIzkcosIzI mm2 电流波腹点的振幅值mI 辐射场 E 天线与电波传播 320 jkrexpsincoscorIjEm 260 电磁波的波数 对称振子的臂长（总长度 的一半）k l L 天线的电流分布 同轴型半波振子 /4 /4 /4 /4 天线与电波传播 321 或xy zyx 或xy z 半波振子 方向图 天线与电波传播 322 折合振子折合振子由两根相互平行且十分靠近的半波振子端头相互 连接而构成。 2 (a) 半波折合振子 2 (b) 等效传输线上的 电流分布 (c) 折合振子 电流分布 (d) 等效振子 电流分布 天线与电波传播 323 单极天线单极天线又称鞭状天线

13、，将对称振子的一个臂变为导电平 面即成单极天线。通过单极天线还演变出许多具有专门特性的派生天线。 单极天线及方向图 天线与电波传播 324 单极天线的派生天线 型或倒 L 型 倒 F 型 T 型 伞型或倒 V 型 天线与电波传播 325 锥型 电感加载型 顶部圆盘加载型 顶部圆球加载型 天线与电波传播 326 2基地站天线类型 天线安装位置-确定一个基地站天线的位置，既要考虑其覆盖范围， 又要考虑受其它站干扰问题。在一个大的系统中，不仅要考虑单个基地 站的位置，而且同时还要考虑其它所有可能的基地站的设置问题。选择 基地站位置的步骤包括确定接收电平、预选最佳位置、预测路径损耗等 等。应遵循两个原

14、则：第一原则是是不要选最高点以避免对其它覆盖区 产生干扰或是在本覆盖区出现弱场强信号;第二个原则是提高基地站天线 天线与电波传播 327 的高度.如果一个基地站位置变动，对其它所有基地站的位置均有影响。 共线式天线一般由半波振子排列 成的直线阵构成，并按设计要求的功 率和相位馈送到各个半波振子以提高 辐射方向上的功率。振子单元数每增 加一倍（相应于长度增加一倍） ，增 益增加 3db。典型的增益值是 6- 9dBb。受限制的因素主要是物理尺寸， 例如 9dBb 增益的劝降天线，其高度 天线与电波传播 328 为 3 米。 天线与电波传播 329 定向天线（扇区天线）使用原因是覆盖扩展、频率复用

15、以及改善干 扰。一般由天线阵加上反射板所构成或者直接采用方向天线（如八木天 线） 。定向天线的典型增益值 9-16dBd。结构上一般为 8-16 个单元的天线 阵。 角反射器天线 天线与电波传播 330 八木天线 引向天线方向图 （a ）四单元 （b ）五单元 （c ）六单元 （d ）七单元 天线与电波传播 331 特殊天线用于特殊用途，例如室内覆盖、隧道覆盖等等。辐射方向 图是根据用途来选择天线。特殊天线的一个例子是泄漏同轴电缆。它能起 到连续不断地覆盖的作用，以解决室内活隧道中的覆盖问题。泄漏同轴电 天线与电波传播 332 缆的波纹铜外层上的侠缝辐射出去。相反地，电缆还能接收附近移动台的

16、发射信号将其耦合进入这些狭缝内并沿电缆传送到基站。因为它的宽带容 量，这种电缆系统可以同时运行两个或更多的通信系统。泄漏同轴电缆适 用于任何开放的或者封闭形式的、需要局部限制的覆盖区域。不过相当昂 贵。而且在使用泄漏同轴电缆系统没有增益，为了延伸覆盖范围还需要使 用双向放大器。通常能满足大多数应用的典型传输功率值是 20-30 瓦。 多天线系统由许多单独天线形成的合成辐射方向图。最简单的多天 线系统类型是在塔上相反方向安装两个方向天线，通过功率分配器馈电。 其目的是用一个小区来覆盖大的范围，例如沿一个街道，它比用两个小区 天线与电波传播 333 情况所使用的信道数要少。此外，当不能使用全向天线

17、时，或当所需要的 增益（较大的覆盖面积）比一个全向天线系统所能提供的还要大时，也可 用多天线系统来形成全向方向图，例如建筑物的四周或者高大塔的四周。 当使用多天线系统时，空间分集非常复杂。典型的增益值将是所用单独天 线时增益减去由于功率分配器带来的 3dB 损耗。 3移动台天线类型移动台天线的最佳设计就是使移动电话设备小型化 并且成本要低。重要的是要把天线设计得能降低发射功率，而又要保证通 信质量。 天线安装要求任何便携无线电话天线都有两个主要的特点：一是天 线必须安装在便携电话机的机壳上，其次就是工作期间人手握着电话机 天线与电波传播 334 随机指向任意方向。因此，在移动通信系统中，移动台

18、天线的设计安装 必须要解决的主要问题就是如何提高在多路径传播环境中天线的平均有 效增益。对于手持机而言，有许多影响天线辐射方向图的因素。由于天 线非常靠近壳体，所以不仅在天线单元上，并且也在导电壳提上感应电 流。电流的耗散将改变原来的辐射图形状。由于天线必须靠近操作人员 使用，所以强加与天线的人体邻近效应回进一步地劣化天线的辐射效率。 另外，操作人员的运动和习惯引起的天线方向的变化将改变辐射图的极 化。对于车载天线而言，其安装的位置非常重要。常见的有车顶棚天线、 玻璃窗天线、行李箱装天线、坐室装天线等等。 天线与电波传播 335 电感加载天线 天线与电波传播 336 套筒天线 天线与电波传播

19、337 倒 F 型天线 天线与电波传播 338 微 带贴片天线(圆形微带天线和具 有 寄生单元的宽带微带天线) 天线与电波传播 339 双频天线和兼容天线 天线与电波传播 340 4. 附属设备发射合路器、接收耦合器、双工器和馈线 天线与电波传播 341 TxRx Rx N1 接收机 多路耦合器 N1 接收机 多路耦合器 N1 发射机 合路器 双工器 5.智能天线一种具有测向和波束形成能力的天线阵列。智能天线最初 天线与电波传播 342 应用于军事领域，但由于它的成本长期居高不下，一直无法投入商用。随 着近年来数字信号处理技术的迅速发展，智能天线在消除同信道干扰 （CCI ）,多址干扰（ MA

20、I）与多径衰落方面上的特点越来越受到人们的关 注。有关蜂窝系统中智能天线技术的研究最初开始于八十年代，但是研究 开发工作直到最近几年才引起重视。1995 年，Nortel 公司将智能天线技术 引入 PCS-1900 系统。其他公司比如 Metawave 也已引进了相似的技术，而 且欧洲现代通信技术与服务协会（ACTS）的 TSUNAMI 项目中也正在考 虑将智能天线技术用于第三代无线通信系统。国内有关公司和高校也在进 行相关的研究 天线与电波传播 343 基本思想利用各用户信号空间特征的差异，采用阵列天线技术，根 据各个接收准则自动调节各天线阵元的加权向量，达到最佳接收和发射， 使得在同一信道

21、上接收和发送多个用户的信号而又不互相干扰。智能天线 技术以其独特的抗多址干扰和扩容能力，不仅成为目前解决个人通信多址 干扰、容量限制等问题的最有效的手段，而且也被公认是未来移动通信的 一种发展趋势，成为第三代通信系统的核心。 基本组成及原理其典型结构如图所示。它主要由天线阵、波束形成 网络和自适应控制网络三部分组成。其中天线阵列是收发射频信号的辐射 单元，常用的阵列形式有直线阵列与圆形阵列。波束形成网络则将来自每 个单元天线的空间感应信号加权相加，其中的权系数为复数。自适应控制 单元是智能天线的核心，该单元的功能是根据一定算法和优化准则主动地 去适应周围电磁环境的变化。它利用数字信号处理技术，

22、通过满足某一准 天线与电波传播 344 则的算法来调节各个阵元的加权幅度和相位，动态地产生空间定向波束， 使天线的主波束跟踪用户信号的到达方向，旁瓣或零辐射方向对准干扰信 号的到达方向，从而达到抑制干扰信号，提高所需信号信噪比的目的。 自 适 应 控 制 单 元 W 1 W 2 W n Y ( t) X 1 ( t) X 2 ( t) X n ( t) 天线与电波传播 345 基本形式多波束天线阵列（或称波束切换智能天线）与自适应天线 阵列 多波束天线阵列多波束天线将传统的一个扇区一个波束变为一个扇 区数个波束来覆盖整个小区。每个波束的指向是固定的，波束宽度也随着 阵元数目而定，它采用波束切换

23、技术，随着用户在小区内的移动，基站自 动选择不同的相应波束，使接收信号最强。多波束虽然不能实现信号最佳 接收，但结构简单，便于实现，且无需判定所接收信号的方向。多波束智 能天线的波束宽度是由天线阵列的口径所决定的。多波束智能天线对于处 于主波束外的干扰，是通过控制低的旁瓣电平来确保抑制的。而对于处于 主波束内的干扰，多波束智能天线将无法抑制，所以它对于主波束内的干 扰信号的抑制能力是有限的。而且由于所需信号的到达方向并不一定固定 在主波束中央，当信号的到达方向随着移动台的移动位于波束边缘而干扰 天线与电波传播 346 信号位于波束中心时，接收效果最差。此时必须进行波束间切换，切换至 载干比好的

24、波束中。图 2.2（a）给出了一种多波束智能天线结构。该天线 由四个置于一条直线且相距半个波长的阵元组成，在一个传统基站 120 度 扇区内，该天线产生四个 30 度的并行波束。多波束智能天线通过检测上 行链路的到达方向（DOA）来选择对应的下行链路的最佳波束。 多波束智能天线阵列Dx: 复用滤波器 Rx:接收机 Tx:发射机 波束合成网络 Dx Dx Dx Dx RxRxRxRx 均衡与合并 DO A 预 测 波束选择 天线与电波传播 347 自适应天线阵列自适应天线阵列主要 基于自适应天线阵列原理，天线阵接收到 信号后，通过由处理器和权值调整算法组 成的反馈控制系统，根据一定的算法分析 该

25、信号，判断信号及干扰到达的方位角度， 将计算分析所得的信号作为天线阵元的激 励信号，调整天线阵列单元的辐射方向图、 频率响应及其它参数。利用天线阵列的波 束合成和指向，产生多个独立的波束，自 适应地调整其方向图，跟踪信号变化，对 干扰方向调零，减弱甚至抵消干扰，从而 提高接收信号的载干比，改善无线网基站 自适应智能天线阵列 波束合成网 络 D x D x D x D x R x R x 均衡与合 并 D O A 预 测 波束选 择 T x T x T x T x R x R x Dx: 复用滤波器 Rx:接收机 Tx:发射机 天线与电波传播 348 覆盖质量，增加系统容量。 特点智能天线在基站

26、与移动用户之间建立一条能量相对集中的无线 链路，提高移动通信系统的容量和载波干扰比（C/I） ， 它主要能够完成两大任务： 实时感知电磁环境，包括到达方向（DOA）测向、谱估计、从接收到的 信号中分离出直射信号和多径信号； 后处理过程包括信道分离、抗多径干扰和衰落。 智能天线对移动通信系统容量的提高主要表现在下面两个方面： 对于用户集中的都市区，在给定小区范围内能容纳更多的移动用户； 对于用户稀疏的郊区，在保证用户通信质量的前提下，扩大小区的服务 天线与电波传播 349 范围。 智能天线技术是第三代移动通信不可缺少的空域信号处理技术。归纳起 来，智能天线具有以下几个突出优点： 具有测向和自适应

27、调零功能，能把主波束对准入射信号并自适应实时地 跟踪信号。同时还能把零响应点对准干扰信号。 提高输入信号的信噪比。 能识别不同入射方向的直射波和反射波，具有较强的抗多径衰落和同频 干扰的能力。 增强系统抗频率选择性衰落的能力，因为天线本质上具有空间分集的能 天线与电波传播 350 力。 可以利用智能天线实时监测用户的电磁环境情况来提高网络的管理能力。 应用 提高移动通信系统容量智能天线通过抑制干扰，提高了载干比。而 载干比将决定系统容量，因此载干比的提高也就意味着系统容量的提高。 如图 2.3 所示，使用智能天线的小区用户数明显比使用传统全向天线的小 区用户数增多。在人口密度大的城市地区，因为

28、系统的容量受到可用信道 天线与电波传播 351 的固定数量和干扰的限制，随着用户数量的不断增多，使用传统全向天线 的系统已经达到它的容限，使用智能天线技术可以提高它的容量。 全向天线 智能天线 使用智能天线前后系统容量之比较 天线与电波传播 352 增大基站的覆盖区域采用智能天线可以增加分集增益，这等效于同 时提高了天线阵列的接收灵敏度或增加了基站发射机的等效各向同性辐射 功率（EIRP） ，因此在同等的发射功率的条件下，基站可以接收到更远的 信号。如图所示，由于增加了分集增益，使用智能天线后，小区的覆盖范 围可以比原先扩充很多，这种情况主要应用在乡村地区-因为乡村地区人 口密度相对较低，没有

29、必要在蜂窝系统的相邻小区间复用同一频率，系统 天线与电波传播 353 性能主要受噪声的限制，而不是受干扰的限制。它所期望的是每个基站的 覆盖范围尽可能的大，以支持更多的用户，从而降低基站的费用。 智能天线全向天线 智能天线扩展了小区覆盖范围 天线与电波传播 354 抗衰落在陆地移动通信中，电波传播路径由反射、折射及散射的多 径波组成，随着移动台移动及环境变化，信号瞬时值及延迟失真的变化非 常迅速，且不规则，造成信号衰落。如果采用智能天线控制接收方向，天 线自适应地构成波束的方向性，可以使延迟波方向的增益最小，减小信号 衰落的影响。智能天线还可用于分集，减少衰落。电波通过不同路径到达 接收天线，

30、其方向角各不相同，利用多副指向不同的自适应接收天线，将 这些分量隔离开，然后再合成处理，即可实现。 天线与电波传播 355 全向天线 减少 同频干扰，降低 基站的发射功率 如图所示，智能天线的波束具有很强的方向性，对 波束以外的移动台不形成干扰，同时也由于信号能量相对集中，使要达到 同样的发射效果所需的发射功率下降。抗干扰应用的实质是空间滤波。利 用智能天线波束的方向性，将主波束方向对准目标信号，零辐射方向对准 干扰信号，从而达到抗同频干扰的目的。 波束 1 波束 2 天线与电波传播 356 智能天线 智能天线减少蜂窝系统中的同频干扰 实现移动台的定位目前蜂窝移动通信系统只能确定移动台所处的小

31、 区，如果增加定位业务，则可随时确定持机者所处位置，不但给用户和网 络管理者提供很大方便，还可开发出更多的新业务。在陆地移动通信中， 天线与电波传播 357 如果基站采用智能天线阵，一旦收到信号，即对每个天线元所连接收机产 生的响应作相应处理，获得该信号的空间特征矢量及矩阵，由此获得信号 的功率估值和到达方向，即用户终端的方位。通过此方法，用两个基站就 可将用户终端定位到一个较小区域。 智能天线提高蜂窝移动通信系统性能用于 FDMA 系统、用于 TDMA 系统、用于 CDMA 系统、用于无线本地环路系统、用于 DECT、PHS 等 系统、用于第三代移动通信（采用智能天线技术可提高第三代移动通信

32、系 统的容量及服务质量，WCDMA 系统就采用自适应天线阵列技术，增 加系统容量。在第三代移动通信系统中，我国 TDSCDMA 系统是应用 天线与电波传播 358 智能天线技术的典型范例。TDSCDMA 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下行波束赋形、抗多径干扰和抗 多址干扰等问题。该系统具有精确定位功能，可实现接力切换，减少信道 资源浪费。 ） 两种智能天线应用之比较尽管多波束天线和自适应天线这两种智能 天线都是将主瓣方向指向用户，提高增益；将零辐射方向指向干扰，但是 两种智能天线在控制波束和零辐射方向的精度和自由度上是有所不同的。 图 2.7 所示的是在

33、解决一个目标用户和两个干扰用户的方案中，这两种系 统所可能采用的模式。切换波束系统如图左边所示，自适应天线系统如图 右边所示。两个系统都将他们的主瓣大致朝向目标用户，但自适应天线对 主瓣采用了更精确的控制，更有效的增强了信号。同样，两个系统都使干 扰信号在偏离主瓣增益更低的地方到达，但自适应天线系统能使干扰信号 天线与电波传播 359 得到最大限度的压制。 此外，自适应天线随着目标用户和干扰用户的移动，可以动态的改变信号 模式使系统性能最优化：它采用先进的信号处理算法来连续判别目标信号， 多径信号和干扰信号，并且计算它们的到达方向。根据目标信号和干扰信 多波束天线 自适应天线 目标信号 第一个

34、同频干扰 第 n 个同频干扰 多波束天线和自适应天线所采用的不同波 束模式 用户移动前的波束模式 用户移动后的波束模式 自适应天线的波束模式 随着用户的移动和环境的改变而改变 天线与电波传播 360 号位置的改变，自适应天线系统也不断更新波束模式。它可以灵活使主瓣 跟踪用户，零辐射方向跟踪干扰，这种能力确保了链路预算始终最大化。 这有点类似人的听力：当一个人听别人说话时，它的大脑用两只耳朵收集 声音，融合声音，并且判断说话者的方位。如果说话者移动了，那么聆听 者，即便闭着眼睛也能不断调整他的聆听角度这完全取决于他所听的 内容。聆听者还可以排除他不想听到的噪音和干扰，而将精力集中到交谈 内容上。

35、而这些多波束天线做不到。如图所示，是自适应天线如何适应两 个用户在同一时间，同一小区内，使用同一信道通信的。暗波束模式用来 和左边的用户通信，同时亮波束模式用来和右边的用户通信。应该注意到， 每个模式都将零辐射方向朝向另一个用户。当用户移动时，系统不断更新 波束模式，以确保和用户的位置一致。自适应天线具有这种在波束和零辐 射方向上不断改变波束模式的能力。当干扰和用户在扇区中移动时，切换 天线与电波传播 361 波束模式的多波束天线并不能改变天线的波束和副瓣指向，它仅对目标用 户响应，切换相应的波束；而自适应天线不同，它能不断区分目标用户和 干扰，随时改变天线的波束和副瓣指向，将波束最大方向对准

36、目标用户， 将零辐射方向对准干扰。 虽然多波束天线在很多性能上比不上自适应天线， 但是它无需迭代，响应速度快，受环境干扰影响较小，且系统集成简单， 有利于设备安装。 2.4 智能天线技术的研究动向 我国早已将研究智能天线技术列入了国家 863317 通信技术主题研究 中的个人通信技术分项，许多专家及大学正在进行相关的研究。 中国的第三代移动通信系统基于同步码分多址技术，广泛采用了智能 天线和软件无线电技术。作为系统根基的 SCDMAWLL 的现场运行结果， 足以证明基于 TDSCDMA 技术的第三代移动通信系统是可行和成熟的。 天线与电波传播 362 欧洲在进行了基于 DECT 基站的智能天线

37、技术研究后，继续进行诸如 最优波束形成算法、系统性能评估等研究。日本某研究所提出了基于智能 天线的软件无线电概念，即用户所处环境不同，影响系统性能的主要因素 亦不同，可通过软件采用相应的算法。 美国的 Metawave 公司对用于 FDMA、CDMA、TDMA 系统的智能天 线进行了大量研究开发；ArrayComm 公司也研制了用于无线本地环路的智 能天线系统；美国德州大学建立了智能天线试验环境；加拿大 McMaster 大学也对算法进行了研究。 当前对智能天线的研究包括智能天线的接收准则及自适应算法；宽带 信号波束的高速波束成形处理；用于移动台的智能天线技术；智能天线实 现中的硬件技术；智能

38、天线的测试平台及软件无线电技术研究等方面。 通过智能天线进行空分多址，将基站天线的收发限定在一定的方向角范 天线与电波传播 363 围内，其实质是分配移动通信系统工作的空间区域，使空间资源之间的交 叠最小，干扰最小，合理利用无线资源。 传统的全向或者定向天线效果并不理想，主要是由于空间资源分割是 基于设计人员的经验知识，尽管可以在系统建成后，采取某些优化措施改 进系统性能，但由于种种原因，这种优化的余地不大，而且工程量很大。与 之相比，智能天线的优越性在于自身可以分析到达无线阵列的信号，灵活、 优化地使用波束，减少干 扰和被干扰的机会。 这 就是自适应天线阵列的智 能化，它体现 了自适应、自优化和自选择的概念， 对当前移动通信系统的 完善起到重大的推动作用。