4G系統(tǒng)中多天線技術
由于第三代移動通信系統(tǒng)(3G)還存在一些不足,包括很難達到較高的通信速率,提供服務速率的動態(tài)范圍不大,不能滿足各種業(yè)務類型要求,以及分配給3G系統(tǒng)的頻率資源已經趨于飽和等,于是人們提出了第四代移動通信系統(tǒng)(4G)的構想。4G的關鍵技術包括:
?。?)調制和信號傳輸技術(OFDM>OFDM);
?。?)先進的信道編碼方式(Turbo碼和LDPC);
?。?)多址接入方案(MC-CDMA和FH-OFCDMA);
(4)軟件無線電技術;
?。?)MIMO和智能天線技術;
?。?)基于公共IP網的開放結構。
研究表明,在基于CDMA技術的3G中使用多天線技術能夠有效降低多址干擾,空時處理能夠極大增加CDMA系統(tǒng)容量。憑在提高頻譜利用率方面的卓越表現,MIMO和智能天線成為4G發(fā)展中炙手可熱的課題。
智能天線技術
智能天線最初用于雷達、聲納及軍事通信領域。使用智能天線可以在不顯著增加系統(tǒng)復雜程度的情況下滿足服務質量和擴充容量的需要。
1.基本原理和結構
智能天線利用數字信號處理技術,采用先進的波束轉換技術(switchedbeamtechnology)和自適應空間數字處理技術(adaptivespatialdigitalprocessingtechnology),判斷有用信號到達方向(DOA)通過選擇適當的合并權值,在此方向上形成天線主波束,同時將低增益旁瓣或零陷對準干擾信號方向。在發(fā)射時,能使期望用戶的接收信號功率最大化,同時使窄波束照射范圍外的非期望用戶受到的干擾最小,甚至為零。
智能天線引入空分多址(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空間傳播路徑的不同而區(qū)分。實際應用中,天線陣多采用均勻線陣或均勻圓陣。智能天線系統(tǒng)由天線陣;波束成形成網絡;自適應算法控制三部分組成(見圖1)。
圖1典型的智能天線系統(tǒng)
2.智能天線的分類
智能天線主要分為波束轉換智能天線(switchedbeamantenna)和自適應陣列智能天線(adaptivearrayantenna)。
(1)波束轉換智能天線波束轉換智能天線具有有限數目的、固定的、預定義的方向圖,它利用多個并行窄波束(15°~30°水平波束寬度)覆蓋整個用戶區(qū),每個波束的指向是固定的,波束寬度也隨天線元的數目而確定(見圖2)。波束轉換系統(tǒng)實現比較經濟,與自適應天線相比結構簡單,無需迭代,響應快、魯棒性好。但預先設計好的工作模式有限,窄波束的特性將極大地影響系統(tǒng)性能。
圖2波束轉換智能天線
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