摘要：对于移动通信设备而言，天线是关键核心部件之一，在移动通信设备的正常应用中发挥着重要作用。传统天线在信号传输质量和信号传输速度上都难以满足通信要求，研发新一代适合移动通信设备的智能天线成为了必然选择。当前，智能天线在移动通信中得到了应用和普及，对提高移动通信设备功能起到积极的促进作用。
关键词：移动通信；智能天线；应用研究
1.智能天线技术的基本工作原理
智能天线是一种能够进行侧向和形成波束的天线阵列，其使用数字信号处理技术形成空间定向波束，能够让零陷或旁瓣对准干扰信号到达方向、天线主波束对准期望用户信号到达方向，以此完成利用无线移动信号、抑制干扰信号的功能。
2.智能天线的特点及作用分析
2.1能够有效抑制干扰信号
在移动通信中，干扰信号的产生原因较多，如果不能有效屏蔽并抑制干扰信号，将会影响移动通信的整体质量，使移动通信的信号受到严重影响。智能天线的研发有效解决了这一问题，对干扰信号产生了有效抑制，不但提高了移动通信的信号传输质量，还满足移动通信的数据传输要求，达到了移动通信数据传输目标。
2.2抗衰落性较好
在移动通信中，高频信号衰落是难以解决的问题,智能天线通过控制信号接收方向，采用分级技术，抑制了高频信号的衰落，提高了高频信号的传输质量，满足了移动通信的发展需要，具有较好的抗衰落性。
2.3能够有效实行移动定位
相对于传统天线，智能天线的另外一个优势在于可以实现有效的移动定位，对移动通信设备的具体位置进行跟踪记录，保证信号传输的畅通。目前这一功能依靠2个以上的信号传输基站即可实现。智能天线提供的移动定位功能对提高移动通信的功能行具有重要的推动作用，为移动通信设备的发展提供了有力的支持。
3.智能天线在移动通信中的应用
3.1实现移动台定位
采用智能天线的基站可以获得接收信号的空间特征矩阵,由此获得信号的功率估值和到达方向（DOA）。通过此方法,用两个基站就可将用户终端定位到一个较小区域。由于目前蜂窝移动通信系统只能确定移动台所处的小区,因此移动台定位的实现可以使许多与位置有关的新业务得以方便地推出而发展新业务是目前移动运营商提升ARPU值、加强自身竞争力的必然手段。
3.2在无线本地环路系统中的应用
智能天线也广泛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。
3.3在MIMO系统中的应用
智能天线在MIMO系统中也广泛应用,在链路两端提供多幅天线的方式就是MIMO方式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆MIMO系统中的空时处理技术主要包括波束成形（beamforming）、空时编码（space-timecoding）、空间复用（spacemultiplexing）等。波束成形是智能天线中的关键技术,通过将主要能量对准期望用户以提高信噪比。波束成形能有效地抑制共道干扰,其关键是波束成行权值的确定。
MIMO系统的发射方案主要分为两种类型：最大化数据率的发射方案（空间复用SDM）和最大化分集增益的发射方案（空时编码STC）。最大化数据率发射方案主要通过在不同天线发射相互独立的信号实现空间复用。空时编码的方案是指在发射端对数据流进行联合编码以减小由于信道衰落和噪声所导致的符号错误率,它通过在发射端的联合编码增加信号的冗余度,从而使信号在接收端获得分集增益,但空时编码方案不能提高数据率。
3.4智能天线在TD中的成功应用
智能天线技术在TD-SCDMA系统中的成功应用,成为第三代移动通信TDD模式的一大亮点。但是,常规的智能天线因为没有利用多径传播,在高强度多径分量比较丰富的环境下抗衰落能力相当有限。因此,在未来宽带无线移动通信系统中,进一步发展智能天线技术,充分利用多径传播,提高无线传输性能成为4G中的关键技术之一。4G要求能够对多个网络互通建模,灵活处理不同环境中的混合无线接入技术的组合,必须实现对异构环境中多种接入技术进行智能化管理。在4G系统中智能天线就是强大物理层必须具备的技术能力。
3.5智能天线技术在4G移动通信系统中具体应用
4G移动通信系统对通信质量和系统容量有着严格的要求，需要能够适用各种通信环境的信号处理技术，因此，智能天线能够在4G移动通信系统中大量使用，对于系统设计来说，必须认真的考虑在性能和复杂度之间的折衷优化，以在系统质量和投资之间找到一个平衡点。
（1）物理层的可重配置性。为了使基站可以工作在多参数连续改变的环境中，需要在基站中采用可重新配置的自适应技术来调节结构，从而获得最好的性能。智能天线在基站系统中的可重配置性可以看作是在各种不同环境中基站系统结构的智能切换。
（2）不同层之间的优化。OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）模型定义了高层之间的相互作用可以提高整个系统的性能。我们在设计智能天线系统时，需要考虑物理层、链路层和网络层，也就是说需要综合考虑到各层之间相互关系，而不能片面的考虑其中的某一层。
（3）多用户分集。在多用户通信中，机会机制是一种很重要的通信方式。机会机制的原理是通过把有效信道分配给那些最有需要连续传输的用户来复用。机会机制的应用，可以使通信系统的吞吐量尽量达到最大。对于反射空间信道来说，机会机制下波束成形会将信道指向具有最高SNR的用户，以保障这些用户的通信需求；另一方面，在充分散射情况下，机会机制会把信道分配给那些具有最高瞬时容量的用户。机会机制会产生多用户分集，多用户分集可以是码分集、时间分集、频率分集或者空间分集的补充。机会机制的缺点是会影响MAC协议的设计，MAC协议将放弃冲突检测机制而转向多用户机制，这将给移动通信网络带来一些不稳定性。
（4）实际的性能评估。4G移动通信系统采用智能天线主要依赖以下两种研究结果：（a）智能天线和移动通信环境的特性，如传播特性、天线阵列配置、业务模式、干扰情况、信号带宽的有效性，从而保证系统的兼容性；（b）根据相关的关键参数，通过链路级和系统级仿真的优化折衷来评估智能天线的实际性能。
4.结语
智能天线技术在无线通信中所具有的优势是其他技术所无法取代的，其广泛应用能够大幅度提高无线通信质量、改善系统的抗干扰性、扩大系统容量，并实现同一地址的专用网频率共享。在今后的智能天线技术研究上，要不断克服其应用中存在的问题及瓶颈，以不断拓展智能天线技术在无线通信中的应用范围。
参考文献
[1]向卫东,姚彦.智能天线及其在无线通信中的应用.无线通信技术,2013,(2).
[2]李世鹤.智能天线的原理和实现[J].电信建设,2015,(04).
论文作者:杨灿
论文发表刊物:《基层建设》2017年第29期
论文发表时间:2018/1/7
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