智能天线及其在无线通信中的应用(3)

　　1.利用智能天线的波束成形和自适应测向跟踪能力,实时地形成窄的主瓣波束对准所需信号,在其他方向尽量压低付瓣增益。以此来代替传统的全向天线。智能天线提高了接收信号的信干噪比,从而提高了系统容量。此时对应单用户算法。

　　2.把智能天线等效为空域滤波器,实现空分多址传输,即所谓的SDMA。此时要采用多用户检测算法。需要说明的是,SDMA并不是与FDMA、CDMA、TMDA等同的多址方式,而是附加在上述多址方式上的优化方案。

　　要精确地计算智能天线对系统容量的提高是十分困难的。首先,必须确定小区用户的分布情况、小区的无线传播模型、智能天线的方案与算法,并结合具体的通信体制加以讨论。目前已有许多文献进行有益的探索。这是智能天线研究的最重要的课题之一。

　　下面我们来定性地分析SDMA系统的性能。事实上,目前的移动通信体制基本上都是上行受限的系统。也就是说,上行链路与下行链路是不平衡的。这是由于基台和移动台的物理结构造成的。例如,假设基台发射功率为20W,天线增益17dBi,此时基台为1kWEIRP。而移动台为1W EIRP,天线增益为0dBi,在此假设条件下,上行链路与下行链路的不平衡度为13dB。在900MHz或1800MHz频段,17dBi增益的天线已接近工程应用的上限。因此要缩小上下行链路的不平衡度,唯一的方法是减小基台发射功率。采用智能天线后,能很大程度上缓解上下行链路的不平衡度。对于没有多径传播的理想情况下,采用十单元的阵列天线将使上下行链路的不平衡度减少至3dB。

　　另一方面,由阵列天线获得的SNR的提高可以等效为基台服务范围的增加。对于m单元的阵列天线与单天线相比,其基台服务范围增加m1/α倍。

　　当然,上述分析是理想情况下的。但在实际的移动通信系统中,同波道干扰和多径传播与噪声相比,是影响系统性能的更为重要的因素。同时智能天线也能改善系统的SINR。当-90dBm的直射信号与-95dBm的干扰分别以不同角度入射到天线阵列时,假设系统噪声为-120dBm,此时系统SINR大约为5dB。采用十单元的直线阵列天线后,干扰信号将受到抑制,系统的SINR可以提高到40dB。如图3所示。

　　对于由移动用户附近形成的时间选择性衰落信号,其到达天线阵列的入射角分布较集中。智能天线则很难处理,此时宜采用时域的处理方法,例如RAKE接收机。

　　对于空间选择性衰落信号,用智能天线来处理则具有很大的优势。一种简单的算法是将除直射信号以外的多径信号视为干扰加以抑制。另一种更为有效的方法,是分离出各

　　径信号并按照一定的准则优化合并。当然这是以设备的复杂性为代价的。

　　因此,在上行链路中应用智能天线可以提高系统的SINR,增加小区服务范围,减小移动台的发射功率。

　　智能天线既可在上行链路中单独使用,也可在上下行链路中同时使用。在下行链路中采用智能天线的最大优点在于,把基台盲目的、广播式的传播变为定向的信号传递。采用智能天线以后,一方面可以简化基台的设备,例如:过去基台要发射100W的功率则需要100W的功放,当采用十单元的天线阵列后,每单元只需1W的功放来激励。要知道100W的功放与1W的功放,无论是在价格还是性能上都有很大的区别。另一方面更为重要的是,定向传播将极大地减小基台对其他用户的人为的干扰,净化电磁环境,从而提高了系统容量。这一点具有十分重要的意义。需要指出的是,由于在FDMA系统中,上下行链路采用不同的频率。因此由上行链路得到的用户空间信息不能简单拷贝到下行链路。这时需要复杂的上下行链路分配方案。因此在下行链路中应用智能天线可以提高系统容量,简化基台设备。

　　多径衰落是影响无线通信系统的关键因素之一。对此,人们做了大量的尝试并提出许多有效的方案。例如:分集技术、RAKE接收机、自适应滤波等等。而智能天线则从空间域的角度提供了一条新途径。智能天线能分辨出直射信号与各径多径信号,这是传统的抗多径技术无法得到的。如何与现有的抗多径技术相结合,较好地解决多径传播是智能天线研究的另一个重要的研究课题。

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