智能天线技术的发展与应用

4 智能天线在3G中的应用前景

　　3G普遍采用基于CDMA的多址接入技术，依靠码字之间的正交性来区分不同的用户，因此接收端各个信号之间的不完全同步、扰码不完全正交、TDD系统中的时隙偏差等问题都可能在系统内用户之间形成一定程度的干扰。同时，在理论分析的基础上，大量的仿真和现场试验结果也证明了：在3G通信系统中，网内干扰将超过系统固有的热噪声，成为制约系统性能的主要因素。在干扰和容量这一对矛盾的基础上形成的容量与覆盖、容量与性能、覆盖与性能等互换性问题已经得到共识，成为3G网络规划和运营的主要特点。

　　在业务特性上，3G以高速的数据业务、视频电话和能力得到增强的增值业务作为其对2G系统形成服务优势的主要手段，这必然使得3G具有大得多的网络流量。但是与2G系统一样，它的容量同样受到空中频谱资源的限制。我们注意到，理论上在相同条件下，CDMA并不比FDMA或者是TDMA具有更大的频谱利用率。因此，为了能够真正体现3G系统在业务能力上的优势，必须使用新技术使频谱利用率得到质的提高，智能天线技术正是目前被认为是能够实现这一目标的最有效的方法之一。它通过增加系统SDMA（空分多址）的能力，能够有效地缓解3G系统中容量与网内干扰之间的矛盾，很大程度地提高系统对空中无线频谱资源的利用能力。

　　我国提出的TD-SCDMA标准，由于其空中接口采用TDD的双工方式，通信的上下行信道使用相同的频率，因此以很短的时隙间隔相互交错的上下行信道之间具有较强的相关性，这样比较容易根据上行信道的接收情况对下行信道的发送特性进行准确的调整，因此TD-SCDMA成为3G标准中最方便于使用智能天线的一个技术，并且已经进行了标准化，将智能天线作为其主要的关键技术之一。另外，对于3G中使用FDD方式的WCDMA和cdma2000，由于上下行信道使用不同的频率，并且具有较大的频差（在我国的3G频率划分中，主要工作频段上下行的频差为190MHz），因此上下行信道之间的相关性较弱，加上城区中复杂的无线传播环境，所以想要利用上行信道的接收信息得到下行链路理想的发送方案是比较困难的，对算法的复杂度也有更高的要求。但是由于对系统性能改善方面的重要作用，所以关于FDD系统中智能天线的使用也在不断研究和尝试中。

　　在英国进行的TSUNAMI Ⅱ项目，在DCS1800系统的基础上，通过使用8副各自由8个元素构成的天线阵列对智能天线在宏蜂窝和微蜂窝网络中的性能情况进行了现场试验，对各种自适应算法进行了比较，并且发布了如下的一些试验结果：

　　（1）在宏蜂窝的网络结构中，当信号到达方向相差10度以上的时候，通过使用智能天线，系统获得了达到30dB的载干比增益，覆盖范围增加了54%；

　　（2）在宏蜂窝的网络结构中，通过使用8元素的智能天线，系统容量增加了300%；

　　（3）微蜂窝的网络结构下智能天线的性能增益不如宏蜂窝的情况，但大部分自适应算法也能够取得相当的性能增益。需要对微蜂窝的情况进行更深入的研究。

　　在此之后的SUNBEAM项目把在DCS1800系统上的试验结果进行了扩展，对智能天线在3G/WCDMA中的应用进行了研究；与此同时，在美国、日本和韩国等地方也报告了关于智能天线性能的相关试验和研究结果。

5 结束语

　　移动通信用户量的迅速发展，以及从窄带语音通信向宽带高速数据通信发展的趋势，如何在一定的频谱资源上提高网络容量成为网络建设，尤其是未来3G网络建设中需要重点考虑的问题。单纯地依靠增加基站（使用微蜂窝增加频率的复用度），无论从成本和性能表现方面都已经不再是最好的选择方案。在这种情况下，智能天线技术的引入，将通过增加系统在空间上的分辨能力，从更高的层次上提高系统对于无线频谱的利用率。与其它所有的先进技术一样，智能天线技术的发展也是一个伴随着算法研究和硬件升级的循序渐进的过程。由于对其重要作用的认识，近年来在世界范围内开展了大量的研究和试验工作，取得了丰硕的成果，目前基本上已经开始了实际的应用阶段，实际使用中的各种问题也在逐步得到解决。当前，我国正在对下一代移动通信系统的实际应用能力进行大规模的研究和试验，智能天线技术无疑也将成为讨论的热点之一，希望本文能够为相关方面的工作和研究人员提供一定的参考