第四代移动通信系统中的多天线技术VIP专享VIP免费

第四代移动通信系统中的多天线技术一、引言 由于第三代移动通信系统（3G）还存在一些不足，包括很难达到较高的通信速率，提供服务速率的动态范围不大，不能满足各种业务类型要求，以及分配给 3G 系统的频率资源已经趋于饱和等，于是人们提出了第四代移动通信系统（4G）的构想。 4G 的关键技术包括： （1）调制和信号传输技术（OFDM）； （2）先进的信道编码方式（Turbo 码和 LDPC）； （3）多址接入方案（MC-CDMA 和 FH-OFCDMA）； （4）软件无线电技术； （5）MIMO 和智能天线技术； （6）基于公共 IP 网的开放结构。 研究表明，在基于 CDMA 技术的 3G 中使用多天线技术能够有效降低多址干扰，空时处理能够极大增加 CDMA 系统容量。凭在提高频谱利用率方面的卓越表现，MIMO 和智能天线成为 4G 发展中炙手可热的课题。二、智能天线技术 智能天线最初用于雷达、声纳及军事通信领域。使用智能天线可以在不显著增加系统复杂程度的情况下满足服务质量和扩充容量的需要。 1.基本原理和结构 智能天线利用数字信号处理技术，采用先进的波束转换技术（switched beam technology）和自适应空间数字处理技术（adaptive spatial digital processing technology ） ， 判 断 有 用 信 号 到 达 方 向（DOA）通过选择适当的合并权值，在此方向上形成天线主波束，同时将低增益旁瓣或零陷对准干扰信号方向。在发射时，能使期望用户的接收信号功率最大化，同时使窄波束照射范围外的非期望用户受到的干扰最小，甚至为零。 智能天线引入空分多址（SDMA）方式。在相同时隙、相同频率或相同地址码的情况下，用户仍可以根据信号空间传播路径的不同而区分。实际应用中，天线阵多采用均匀线阵或均匀圆阵。智能天线系统由天线阵；波束成形成网络；自适应算法控制三部分组成（见图 1）。图 1 典型的智能天线系统 2.智能天线的分类 智能天线主要分为波束转换智能天线（switched beam antenna）和自适应阵列智能天线（adaptive array antenna）。 （1）波束转换智能天线 波束转换智能天线具有有限数目的、固定的、预定义的方向图，它利用多个并行窄波束（15°～30°水平波束宽度）覆盖整个用户区，每个波束的指向是固定的，波束宽度也随天线元的数目而确定（见图 2）。波束转换系统实现比较经济，与自适应天线相比结构简单，无需迭代，响应快、鲁棒性好。但预先设计好的工作模式有限，窄波束的特性将极大地影响...