5g天線廠家淺談智能天線

    一 .專業5g天線廠家了解什么是智能天線

智能天線又稱自適應天線陣列、可變天線陣列、多天線。智能天線指的是帶有可以判定信號的空間信息(比如傳播方向)和跟蹤、定位信號源的智能算法，并且可以根據此信息，進行空域濾波的天線陣列。智能天線是一種安裝在基站現場的雙向天線，通過一組帶有可編程電子相位關系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時獲取基站和移動臺之間各個鏈路的方向特性。智能天線采用空分復用(SDMA)方式，利用信號在傳播路徑方向上的差別，將時延擴散、瑞利衰落、多徑、信道干擾的影響降低，將同頻率、同時隙信號區別開來，和其他復用技術相結合，最大限度地有效利用頻譜資源。早期應用集中于雷達和聲吶信號處理領域，20世紀70年代后被引入軍事通信中。隨著移動通信技術的發展，陣列處理技術被引入到移動通信領域，很快就形成了智能天線的研究領域。

在移動通信技術的發展中，以自適應陣列天線為代表的智能天線已成為最活躍的研究領域之一，應用領域包括聲音處理、跟蹤掃描雷達、射電天文學、射電望遠鏡和3G手機網絡。智能天線由三部分組成:實現信號空間過采樣的天線陣;對各陣元輸出進行加權合并的波束成型網絡;重新合并權值的控制部分。在移動通信應用中為便于分析、旁瓣控制和DOA(到達方向)估計，天線陣多采用均勻線陣或均勻圓陣?？刂撇糠?即算法部分)是智能天線的核心，其功能是依據信號環境，選擇某種準則和算法計算權值。在移動通信環境條件下，復雜的地形、建筑物的結構都會對電波的傳播產生影響，大量用戶間的相互作用也會產生時延擴散、瑞利衰落、多徑、信道干擾等，從而會使通信質量受到影響。采用智能天線可以有效地解決這些問題。智能天線采用空分多址技術，利用信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號區分開來，最大限度地利用有限的信道資源。

智能天線的核心在數字信號處理部分，它根據一定的準則，使天線陣產生定向波束指向用戶，并自動地調整權重系數以實現所需的空間濾波。智能天線需要解決的兩個關鍵問題是辨識信號的方向和自適應賦形的實現。辨識信號到達方向，代表的算法有MUSIC(MUltipleSIgnalClassification)算法、ESPRIT(EstimationofSignalParametersviaRotationalInvarianceTechniques)算法、最大似然法等。自適應波束賦形的目的是通過自適應算法得到最佳加權系數。采用何種算法首先需要考慮自適應準則，主要有最大信噪比(SNR)、最小均方誤差(MMSE，MinimumMeanSquareError)、最小方差、最大似然等。常用的自適應算法有DMI(DirectMatrixInverse，直接抽樣協方差矩陣求逆)算法、LMS(LeastMeanSquare，最小均方)算法、RLS(RecursiveLeastSquares，遞歸最小二乘)算法、CMA(ConstantModulusAlgorithm，恒模算法)等。

    二.智能天線的優點

智能天線可以明顯改善無線通信系統的性能，提高系統的容量。具體體現在下列方面：

提高頻譜利用率。5g天線廠家采用智能天線技術代替普通天線，提高小區內頻譜復用率，可以在不新建或盡量少建基站的基礎上增加系統容量，降低運營商成本。迅速解決稠密市區容量瓶頸。未來的智能天線應能允許任一無線信道與任一波束配對，這樣就可按需分配信道，保證呼叫阻塞嚴重的地區獲得較多信道資源，等效于增加了此類地區的無線網絡容量。抑制干擾信號。智能天線對來自各個方向的波束進行空間濾波。它通過對各天線元的激勵進行調整，優化天線陣列方向圖，將零點對準干擾方向，大大提高陣列的輸出信干比，改善了系統質量，提高了系統可靠性。對于軟容量的CDMA系統，信干比的提高還意味著系統容量的提高。

抗衰落。高頻無線通信的主要問題是信號的衰落，普通全向天線或定向天線都會因衰落使信號失真較大。如果采用智能天線控制接收方向，自適應地構成波束的方向性，可以使得延遲波方向的增益最小，降低信號衰落的影響。智能天線還可用于分集，減少衰落。實現移動臺定位。采用智能天線的基站可以獲得接收信號的空間特征矩陣，由此獲得信號的功率估值和到達方向。通過此方法，用兩個基站就可將用戶終端定位到一個較小區域。由于目前蜂窩移動通信系統只能確定移動臺所處的小區，因此移動臺定位的實現可以使許多與位置有關的新業務得以方便地推出，而發展新業務是目前移動運營商提升ARPU值、加強自身競爭力的必然手段。

    三. 智能天線技術

智能天線通常包括多波束智能天線和自適應陣智能天線。智能天線最初廣泛應用于雷達、聲納及軍事通信領域，由于價格等因素一直未能普及到其它通信領域。

近年來，現代數字信號處理技術發展迅速，數字信號處理芯片處理能力不斷提高，芯片價格已經可以為現代通信系統所接受。同時，利用數字技術在基帶形成天線波束成為可能，以此代替模擬電路形成天線波束的方法，提高了天線系統的可靠性與靈活程度，智能天線技術因此開始在移動通信中得到應用。使用智能天線可以在不顯著增加系統復雜度的情況下滿足服務質量和擴充容量的需要。不同于常規的扇區天線和天線分集方法，通過在基站使用全向收發智能天線，可以為每個用戶提供一個窄的定向波束，使信號在有限的方向區域發送和接收，充分利用了信號發射功率，降低了信號全向發射帶來的電磁污染與相互干擾。不同于傳統的時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)或碼分多址(CDMA)方式，智能天線引入了第四維多址方式---空分多址(SDMA)方式。在相同時隙、相同頻率或相同地址碼的情況下，用戶仍可以根據信號不同的空間傳播路徑而區分。

智能天線相當于空時濾波器，在多個指向不同用戶的并行天線波束的控制下，可以顯著降低用戶信號彼此間的干擾。具體而言，5g天線將在以下方面提高了移動通信系統的性能:

⑴擴大系統的覆蓋區域;

⑵增加系統容量;

⑶提高頻譜利用效率;

⑷降低基站發射功率，節省系統成本，減少信號間干擾與電磁環境污染。