基于智能天線的TD-SCDMA系統

　　智能天線又稱為自適應天線陣列，技術核心是陣列信號處理。早期應甩集中于雷達和聲納檢測領域，主要用來完成空間濾波和定位。20世紀70年代后期被引入軍事通信，智能天線真正的發展是90年代被應用于民用蜂窩通信，成為第三代移動通信系統的關鍵技術。固定的天線陣列與數字信號處理器的結合，就構成了可以動態配置天線特性的智能天線，所以到90年代中期，在美國和中國開始考慮將智能天線技術使用于無線通信系統。在1997年，北京信威通信技術公司成功開發使用智能天線技術的SCDMA無線用戶環路系統，美國Redcom公司則在時分多址的PHS系統中實現了智能天線。以上是最先商用化的智能天線系統，同時，在國內外眾多大學和研究機構內也廣泛研究了多種智能天線的波束形成算法和實現方案。

　　2.1 智能天線在TD-SCDMA中的應用

　　智能天線可以用于基站端，也可用于移動終端。目前主要研究的是在基站端的智能無線收與發，即上行收與下行發，如圖1所示。

　　TD-SCDMA系統的智能天線是由8個天線單元的同心陣列組成的，直徑為25 cm。同全方向天線相比，它可獲得較高的增益。TD-SCDMA智能天線的高效率是基于上行鏈路和下行鏈路的無線路徑的對稱性而獲得的。此外，智能天線可減少小區間干擾，也可減少小區內干擾。智能天線的這些特性可顯著提高移動通信系統的頻譜效率。

　　由于每個用戶在小區內的位置都是不同的。這一方面要求天線具有多向性，另一方面則要求在每一獨立的方向上，系統都可以跟蹤個別的用戶。通過DSP控制用戶的方向測量使上述要求可以實現。每用戶的跟蹤通過到達角進行測量。在TD—SCDMA系統中，由于無線子幀的長度是5 ms，則至少每秒可測量200次，每用戶的上下行傳輸發生在相同的方向，通過智能天線的方向性和跟蹤性，可獲得其最佳的性能。

　　在TD-SCDMA系統中，基站系統通過數字信號處理技術與自適應算法，使智能天線動態地在覆蓋空間中形成針對特定用戶的定向波束，充分利用下行信號能量并最大程度的抑制干擾信號。基站通過智能天線可在整個小區內跟蹤終端的移動，這樣終端得到的信噪比得到了極大的改善，提高業務質量。

　　WCDMA和CDMA 2000都允許在上行和下行鏈路為每個移動用戶分配專門的導頻信道，但是要求使用智能天線系統。對于WCDMA和CDMA 2000系統而言，智能天線雖然是推薦配置，但是當今的一些WCDMA和CDMA 2000的基站產品已經開始支持智能天線了。

　　2.2 TD—SCDMA中智能天線技術的實現

　　智能天線通過調節各陣元信號的加權幅度和相位來改變陣列的方向圖形狀，即自適應或以預置方式控制波束幅度、指向和零點位置，使波束總是指向期望方向，而零點指向干擾方向，實現波束隨著用戶走，從而提高天線的增益和信干噪比。其基本結構如圖2所示。

　　由圖可見，智能天線系統由3部分組成：天線陣列、波束形成網絡、控制算法。天線以多個高增益的動態窄波束分別跟蹤多個期望信號，來自窄波束以外的信號被抑制。但智能天線的波束跟蹤并不意味著一定要將高增益的窄波束指向期望用戶的物理方向，事實上，在隨機多徑信道上移動用戶的物理方向是難以確定的，特別是在發射臺至接收機的直射路徑上存在阻擋物時，用戶的物理方向并不一定是理想的波束方向。

　　智能天線波束跟蹤的真正含義是在最佳路徑方向形成高增益窄波束，并跟蹤最佳路徑的變化。理想前景是空分多址(SDMA)，它不是信道復用的概念，而是一種信道倍增方式，可與FDMA，TDMA，CDMA等系統完全兼容，從而實現組合的多址方式。智能天線關鍵是自適應波束形成算法，常用的波束形成算法主要有兩種：非盲波束形成算法和盲波束形成算法。智能天線的優勢如下：提高頻譜利用率;抗衰落;改善鏈路質量，增加可靠性;減小多徑效應;降低功率，減小成本;提高通信的安全性;實現移動臺定位業務。

　　3 結語

　　美國、歐洲和日本非常重視未來移動通信中智能天線的作用，已經開展大量的理論分析和研究。我國也已經將研究智能天線技術列入國家863—317通信技術主題研究中。在ITU認定的幾個技術發展方向中，包含了智能天線和TDD時分雙工技術，認為這兩種技術都是以后技術發展的趨勢，而智能天線和TDD時分雙工這兩項技術，在目前的TD—SCDMA標準體系中已經得到了很好的體現和應用