智能天线在移动通信中的应用(附件)【字数：8664】
摘 要智能天线对于移动通信系统的发展起到了极大的促进，对于提高系统容量、系统传输速率，抑制干扰，抗衰弱等起到了很大的作用。智能天线主要以空分多址为基础，将同频同道的信号同时提供给小区中的不同用户，大大提高了频率复用因子。提升了系统容量。利用空间滤波来增益有用信号，降低干扰信号。对主要的两种智能天线进行了介绍，主流的智能天线主要是多波束天线和自适应天线。自适应天线在成本和实现上相对于自适应天线更加简单，被广泛使用于接收段。最后分析了智能天线在三代移动通信系统和四代移动通信中对于系统的提升。
目 录
第一章 引言 3
1.1研究意义 3
1.1.1通信发展的瓶颈 3
1.1.2智能天线的初始研究 4
1.2 研究方案 5
第二章 移动通信特点分析 5
2.1频谱利用率对于容量的影响 5
2.2干扰对于移动通信的影响 6
2.3多径效应对于移动通信的影响 6
第三章 智能天线的工作原理及性能研究 6
3.1 智能天线的发展 6
3.1.1无源天线的演进 6
3.1.2从无源天线到有源天线 7
3.1.3天线智能化发展 7
3.2智能天线的原理 7
3.3 智能天线性能分析 8
3.3.1提高频谱利用率扩大系统容量 8
3.3.2抑制干扰信号 9
3.3.3抗衰落 9
3.3.4实现移动台定位 9
第四章 智能天线对于移动通信系统性能影响研究 9
4.1 智能天线对于移动通信参数的影响 9
4.1.1 智能天线对于干扰信号的抑制 9
4.1.2 智能天线对于信道容量的提升 10
4.2 智能天线对于3G移动通信系统性能影响分析 10
4.2.1增加CDMA系统容量提升系统性能 10
4.2.2对于基站的改变 11
4.3智能天线对于4G移动通信系统性能影响分析 11
4.3.1 MIMO智能天线对于传输速率提升 11
4.3.2智能天线对于系统性 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
能的提升 11
第五章 总结与展望 12
结束语 13
致 谢 14
参考文献 15
第一章 引言
1.1研究意义
1.1.1通信发展的瓶颈
在第二代移动系统逐步演进到第三代移动系统时,上一代系统中存在的问题成为了必须解决的事情。最主要的问题主要在于多径效应、同频干扰、系统容量等。正是这些问题的存在限制了移动通信技术的发展。而移动设备价格的降低，使得越来越多的人成为移动通信的受众。这就加速了信息间的交流，使得无线通信技术的提高,有了巨大的推动力。也正是如此,用户的大量增加使得原有的通信系统性能到达极限，无法满足日益增长的用户。同时原来提供的通信质量也难以满足时代的需求。如何加入新的技术来提高传统的TDMA系统性能,使其可以满足越来越高的容量需求和更好的通信质量。
如何提高系统容量,增加已建设小区的数量或者将当前小区再划分成多个更小小区或者微微小区以此来提高系统容量。而小区的建造,费时,且价格昂贵。同时对于频率的划分有提出了更多的要求,但问题也随之而来。而现网中已建设的小区，尤其是用户数较多的区域其面积已经较小。而小区面积过小已经数量过多则会产生频发的越区切换。而如果通过提高小区的扇区数量来增加容量,结果就是让系统干线的效率下降。虽然研究者已经在频谱、时段、码组上实现了多址接入。但空域资源尚还有很多可以利用的。如何更好的利用空域资源,并能够充分且正确的使用,成为了现阶段破解频谱资源匮乏的最佳方法。而若是在基站与移动台的空间内,构建一个能量稳定的无线链路,且可以监控移动用户的动作,那就能够提高空域资源的利用率。
这便是智能天线出现前的诸多前提。
1.1.2智能天线的初始研究
智能天线最早是应用在雷达上的，它要达成的是在多变的电磁环境下还能有效的寻找和定位目标。而智能天线所带来的信道容量的提升以及对于通信质量的显著改善,使得人们的目光都聚集在了这一技术上。日本、欧洲、美国等很多国家和机构都开展了智能天线的研究,这也让这一技术得到了迅速了发展。
日本研究的早期提出了一种以波束空间处理为基础的智能天线，采用4*4阵列结构，间距设置为波长的二分之一的智能天线。被成为多波束智能天线。射频信号的频率达到1.545GHz。正交波束的产生需要信号通过低噪声放大、下变频再由模数转换等处理后。天线的阵元部分再对其通过快速傅里叶变换(FFT)而得到。在得到预期信号后分别采用恒模(CMA)算法或最大比值组合分集(MRC)算法。实际移动测试采用恒模算法验证了多波束天线的功能。理论分析和实验证明,最大比合并算法可以提高多波束天线在波束交线处的增益。正是从这里诞生了软件天线的框架,它可以通过智能天线来分析移动台处于的环境,根据环境中存在的或是噪音影响，或是系统间存在的干扰，根据干扰因素的不同,通过软件来为各种环境提供相应的算法。当环境中存在较大噪音时,使用多波束MRC算法,而若是产生同信道干扰时则要使用多波束CMA算法。通过对算法进行分集处理,并采取FPGA的方式来让天线可以实时的配景,由此可以让天线智能化。
欧洲通信委员会(CEC)于RACE计划中进行的TSUNAMI,及智能天线研究一阶段。以MUSIC算法判断用户信号方向的能力,经过室内室外的不同测试,得出了圆环和平面天线对于室内通信的相性比较好,而市区通信的情况下简单直线阵则是更好的选择。
而在后来进行的TSUNAMI II,及智能天线研究二阶段中,其关注的重点则是放在了第三代移动通信使用智能天线的可行性和具体优势上。为了检测其在商用网络中的具体表现,研究者进行了许多的宏蜂窝和微蜂窝的实验。对两种系统的接收和发射性能的对比,证明智能天线日常使用中的方向图和其理论上所得到的方向图是相同的。而在干扰抑制的能力上,实际使用下的情况和理论状态下的差值正常在2dB左右。而众多结果中还反应出了一点,及智能天线的抗干扰水平受环境影响。在郊区环境下由宏蜂窝覆盖中的其抗干扰能力和理论值没有多少差距;而城市中的微小区覆盖环境中,抗干扰能力则和环境中的杂波有关。
目 录
第一章 引言 3
1.1研究意义 3
1.1.1通信发展的瓶颈 3
1.1.2智能天线的初始研究 4
1.2 研究方案 5
第二章 移动通信特点分析 5
2.1频谱利用率对于容量的影响 5
2.2干扰对于移动通信的影响 6
2.3多径效应对于移动通信的影响 6
第三章 智能天线的工作原理及性能研究 6
3.1 智能天线的发展 6
3.1.1无源天线的演进 6
3.1.2从无源天线到有源天线 7
3.1.3天线智能化发展 7
3.2智能天线的原理 7
3.3 智能天线性能分析 8
3.3.1提高频谱利用率扩大系统容量 8
3.3.2抑制干扰信号 9
3.3.3抗衰落 9
3.3.4实现移动台定位 9
第四章 智能天线对于移动通信系统性能影响研究 9
4.1 智能天线对于移动通信参数的影响 9
4.1.1 智能天线对于干扰信号的抑制 9
4.1.2 智能天线对于信道容量的提升 10
4.2 智能天线对于3G移动通信系统性能影响分析 10
4.2.1增加CDMA系统容量提升系统性能 10
4.2.2对于基站的改变 11
4.3智能天线对于4G移动通信系统性能影响分析 11
4.3.1 MIMO智能天线对于传输速率提升 11
4.3.2智能天线对于系统性 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
能的提升 11
第五章 总结与展望 12
结束语 13
致 谢 14
参考文献 15
第一章 引言
1.1研究意义
1.1.1通信发展的瓶颈
在第二代移动系统逐步演进到第三代移动系统时,上一代系统中存在的问题成为了必须解决的事情。最主要的问题主要在于多径效应、同频干扰、系统容量等。正是这些问题的存在限制了移动通信技术的发展。而移动设备价格的降低，使得越来越多的人成为移动通信的受众。这就加速了信息间的交流，使得无线通信技术的提高,有了巨大的推动力。也正是如此,用户的大量增加使得原有的通信系统性能到达极限，无法满足日益增长的用户。同时原来提供的通信质量也难以满足时代的需求。如何加入新的技术来提高传统的TDMA系统性能,使其可以满足越来越高的容量需求和更好的通信质量。
如何提高系统容量,增加已建设小区的数量或者将当前小区再划分成多个更小小区或者微微小区以此来提高系统容量。而小区的建造,费时,且价格昂贵。同时对于频率的划分有提出了更多的要求,但问题也随之而来。而现网中已建设的小区，尤其是用户数较多的区域其面积已经较小。而小区面积过小已经数量过多则会产生频发的越区切换。而如果通过提高小区的扇区数量来增加容量,结果就是让系统干线的效率下降。虽然研究者已经在频谱、时段、码组上实现了多址接入。但空域资源尚还有很多可以利用的。如何更好的利用空域资源,并能够充分且正确的使用,成为了现阶段破解频谱资源匮乏的最佳方法。而若是在基站与移动台的空间内,构建一个能量稳定的无线链路,且可以监控移动用户的动作,那就能够提高空域资源的利用率。
这便是智能天线出现前的诸多前提。
1.1.2智能天线的初始研究
智能天线最早是应用在雷达上的，它要达成的是在多变的电磁环境下还能有效的寻找和定位目标。而智能天线所带来的信道容量的提升以及对于通信质量的显著改善,使得人们的目光都聚集在了这一技术上。日本、欧洲、美国等很多国家和机构都开展了智能天线的研究,这也让这一技术得到了迅速了发展。
日本研究的早期提出了一种以波束空间处理为基础的智能天线，采用4*4阵列结构，间距设置为波长的二分之一的智能天线。被成为多波束智能天线。射频信号的频率达到1.545GHz。正交波束的产生需要信号通过低噪声放大、下变频再由模数转换等处理后。天线的阵元部分再对其通过快速傅里叶变换(FFT)而得到。在得到预期信号后分别采用恒模(CMA)算法或最大比值组合分集(MRC)算法。实际移动测试采用恒模算法验证了多波束天线的功能。理论分析和实验证明,最大比合并算法可以提高多波束天线在波束交线处的增益。正是从这里诞生了软件天线的框架,它可以通过智能天线来分析移动台处于的环境,根据环境中存在的或是噪音影响，或是系统间存在的干扰，根据干扰因素的不同,通过软件来为各种环境提供相应的算法。当环境中存在较大噪音时,使用多波束MRC算法,而若是产生同信道干扰时则要使用多波束CMA算法。通过对算法进行分集处理,并采取FPGA的方式来让天线可以实时的配景,由此可以让天线智能化。
欧洲通信委员会(CEC)于RACE计划中进行的TSUNAMI,及智能天线研究一阶段。以MUSIC算法判断用户信号方向的能力,经过室内室外的不同测试,得出了圆环和平面天线对于室内通信的相性比较好,而市区通信的情况下简单直线阵则是更好的选择。
而在后来进行的TSUNAMI II,及智能天线研究二阶段中,其关注的重点则是放在了第三代移动通信使用智能天线的可行性和具体优势上。为了检测其在商用网络中的具体表现,研究者进行了许多的宏蜂窝和微蜂窝的实验。对两种系统的接收和发射性能的对比,证明智能天线日常使用中的方向图和其理论上所得到的方向图是相同的。而在干扰抑制的能力上,实际使用下的情况和理论状态下的差值正常在2dB左右。而众多结果中还反应出了一点,及智能天线的抗干扰水平受环境影响。在郊区环境下由宏蜂窝覆盖中的其抗干扰能力和理论值没有多少差距;而城市中的微小区覆盖环境中,抗干扰能力则和环境中的杂波有关。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/884.html
