自适应阵列智能天线的应用

美国爱瑞通信公司北京代表处 王军

近年来, 随着全球移动通信业务的迅速发展。智能天线越来越受到人们广泛的关注。智能天线通常包括波束转换智能天线(Switched Beam Antenna) 和自适应阵列智能天线(Adaptive Array Antenna)。自适应阵列智能天线利用基带数字信号处理技术, 通过先进的算法处理, 对基站的接收和发射波束进行自适应的赋形, 从而达到降低干扰、增加容量、 扩大覆盖和提高无线数据传输速率的目的。目前,自适应阵列智能天线已经成为智能天线发展的主流。

智能天线最初广泛应用于雷达、声纳及军事通信领域, 后来被引入移动通信系统。智能天线目前已经广泛被应用于时分双工(TDD)中的PHS系统。虽然在FDD系统里,如GSM、 CDMA、 W-CDMA以及cdma2000中应用智能天线难度更大, 但由于近年来在技术方面取得突破, 使得智能天线在FDD中的应用成为趋势而备受关注。

智能天线的应用： ● 用于2G移动通信系统

PHS、GSM和CDMA可以看做是2G移动通信系统, 其中，PHS为时分双工TDD模式, 即收发频率共用，而GSM和CDMA均为FDD模式, 收发频率之间要间隔一定的频率。

目前，在PHS中自适应阵列天线技术比较成熟, 应用十分广泛。PHS系统的通信距离有限，需要建立很多基站，若采用智能天线技术, 可以提高覆盖, 而且可以降低成本。 在GSM系统中,目前有ArrayComm和爱立信推出了自己的解决方案. ArrayComm在与美国Airnet的合作中推出了具有自适应阵列天线功能和软件无线电功能的GSM基站。爱立信在德国Mannesman公司的GSM的网络中曾进行过试验。

IS-95 CDMA中应用智能天线的研究尚在进行之中。 ● 用于无线本地环路系统

在TDD模式的无线本地环路系统中，基站对收到的上行信号进行处理，获得该信号的空间特征矢量，进行下行波束赋形，达到最佳接收效果。由于本系统采用TDD方式，可将上行波束赋形数据直接用于下行发射信号，实现对下行波束的赋形。天线波束自适应赋形改善了接收灵敏度和基站发射功率，扩大了通信距离，并在一定程度上减少了多径传播的影响。 ArrayComm公司和中国邮电电信科学研究院信威公司研制出应用于无线本地环路(WLL)智能天线系统。ArrayComm产品采用可变阵元配置，有12元和4元环形自适应阵列可供不同环境选用。ArrayComm的WLL系统可以提供15公里的覆盖和上千用户的容量。

● 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系统的容量及服务质量，W－CDMA系统就采用自适应天线阵列技术，增加系统容量。目前ArrayComm与英国马可尼公司正在合作开发具有自适应阵列天线功能的基站。爱立信宣称将在其W-CDMA基站中提供自适应阵列智能天线。郎讯也曾宣布, 其第三代移动通信基站中将采用郎讯自主开发的IA-BLAST智能天线技术。 在第三代移动通信系统中，我国TD-SCDMA系统是应用智能天线技术的典型范例。TD-SCDMA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。

目前，在cdma2000中应用智能天线技术也有了进展。CDMA发展组织(CDG)已经发布了一个关于智能天线的文件，“智能天线在CDMA系统中的业务描述, 用户需求和系统功能”。由此开始了推动智能天线在CDMA系列技术中的应用。