TD-SCDMA的智能天线技术

摘要:智能天线技术是TD-SCDMA(时分同步码分多址)中的关键技术之一。文中主要介绍了智能天线的提出、工作原理及分类，并分析了智能天线在TD-SCDMA中的技术优势。

　　TD-SCDMA(Time DivisiON Synchronous CodeDivision Multiple Access )，即时分同步的码分多址技术，已正式成为国际电信联盟(ITU)第三代移动通信标准IMT2000 建议的一个组成部分，我国具有自主知识产权的TD-SCDMA、欧洲WCDMA 和美国CDMA2000成为3G 时代最主流的技术。TD-SCDMA集码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)等技术优势于一体，采用智能天线、联合检测、接力切换、同步CDMA、软件无线电、低码片速率、多时隙、可变扩频系统、自适应功率调整等技术，具有系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强等优点的移动通信技术。

　　近年来随着全球移动通信业务的迅速发展，对信号传输强度、覆盖范围及传输容量要求也越来越高，如何更高效率地利用无线频谱受到了广泛的关注。智能天线技术研究了无限资源的空域可分特性，是进一步提高系统容量的有效途径。

　　1 智能天线的提出

　　智能天线是在自适应滤波和阵列信号处理技术的基础上发展起来的，是通信系统中能通过调整接收或发射特性来增强天线性能的一种天线。智能天线采用空分多址技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地利用有限的信道资源。它利用信号传输的空间特性，从空间位置及入射角度上区分所需信号与干扰信号，从而控制天线阵的方向图，达到增强所需信号抑制干扰信号的目的;同时它还能根据所需信号和干扰信号位置及入射角度的变化，自动调整天线阵的方向图，实现智能跟踪环境变化和用户移动的目的，达到最佳收发信号，实现动态空间滤波的效果。与无方向性天线相比较，其上、下行链路的增益大大提高，降低了发射功率电平，提高了信噪比，有效地克服了信道传输衰落的影响。同时，由于天线波瓣直接指向用户，减小了与本小区内其他用户之间，以及与相邻小区用户之间的干扰，而且也减少了移动通信信道的多径。CDMA系统是一个功率受限系统，智能天线的应用达到了提高天线增益和减少系统干扰两大目的，从而显着扩大了系统容量，提高了频谱利用率。最早的智能天线是出现在20 世纪50 年代的旁瓣对消天线，这种天线包含一个用于接收有用信号的高增益天线和一个或几个用于抑制旁瓣的低增益、宽波束天线。将几个这样的环路组合成阵列天线，就构成自适应天线。随着阵列信号处理技术的发展，与智能天线有关的术语也越来越多，如智能天线(intelligent antenna )、相控阵(phased arrays)、空分多址(SDMA)、空间处理(spatial processing)、数字波束形成(DIGItal beam forming)、自适应天线系统(adaptive antenna sySTem)等，反映了智能天线系统技术的多个不同的方面。

　　2 智能天线的原理

　　TD-SCDMA智能天线的工作原理是使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理产生强方向性的辐射方向图，通过自适应算法，控制天线波束的方向和形状，将高增益的窄波束对准服务用户方向，零陷对准干扰方向，实现波束赋形，达到定向发射和接收的目的。

　　自适应算法是智能天线的核心，它分为非盲目算法和盲目算法。非盲算法是指需要借助参考信号(导频序列或导频信道)的算法，此时收端知道发送的是什么，按一定准则确定或逐渐调整权值，使智能天线输出与已知输入最大相关，常用的相关准则有MMSE(最小均方误差)、LMS(最小均方)、LS(最小二乘)等。盲算法无需发端传送已知的导频信号，它一般利用调制信号本身固有的、与具体承载的信息比特无关的一些特征，如恒模、子空间、有限符号集，循环平稳等，并调整权值以使输出满足这种特性。非盲算法相对盲算法而言，通常误差较小，收敛速度也较快，但需浪费一定的系统资源。将二者结合产生一种半盲算法，即先用非盲算法确定初始权值，再用盲算法进行跟踪和调整，这样做可综合二者的优点，同时也与实际的通信系统相一致。

　　3 智能天线的分类

　　智能天线分为两大类:多波束天线与自适应天线阵列。多波束天线利用多个并行波束覆盖整个用户区，每个波束的指向是固定的，波束宽度也随天线元数目而确定。多波束天线不能实现信号最佳接收，一般只用作接收天线。自适应天线阵列一般采用4 ～16 天线阵元结构，阵元间距为半个波长。天线阵元分布方式有直线型、圆环型和平面型。自适应天线阵列是智能天线的主要类型，可以完成用户信号接收和发送。