智能天线为无线局域网添加精彩

拥有固定波束和自适应天线阵的智能天线能够为WLAN（无线局域网）提供范围扩大、多径分集、干扰抑制和增加的容量等功能。

随着基于IEEE 802.11b（Wi-Fi）标准的廉价的、每秒速度达11MB的高性能产品的深入普及，WLAN已经成为家庭和企业不可分割的一部分。仅举几个例子：无论你在家里、办公室、机场、火车上和零售商店中，到处都有可以接入WLAN的接入点。

WLAN爆炸式增长

WLAN技术爆炸式增长的原因在于那些目前可以买得到的使用方便的设备。厂商直接把Wi-Fi技术作为便携式计算机和通信器等产品的标准配置也推动了WLAN技术的增长。无数的报告详细介绍了WLAN和Wi-Fi的增长，所有的迹象都表明要继续推进移动性和无线连接性的发展。

然而，尽管WLAN看起来无处不在并且非常现实，但是，许多因素限制了无线通信系统的性能和容量。这些因素包括：有限的频谱、时延扩展、同信道干扰和多径衰减。这些因素将导致最终用户会遇到整个音域的服务质量问题，包括从根本就没有声音到极快的传输速度等许多问题。最终用户可以在距离接入点很远的地方使用这个技术，可以在一个墙的后面、在一个"死角"或者使用一台笔记本电脑工作。事实上，网络管理员经常会发现WLAN在实际应用时往往达不到预期的传输距离。

市场营销资料往往都是根据厂商在理想环境中的技术规范编写的。例如，一家厂商可能会指出，这个无线系统的传输距离是300英尺。然而，正如常识显示的那样，墙壁、桌子和文件柜等障碍物都可以减少无线通信在某个方向的传输距离，使无线通信在一些方向的覆盖范围不一致。

智能天线来解决问题

　为了解决这个问题，克服老式产品中缺陷的一个技术就是采用一种新的划算的智能天线技术。智能天线能够压制干扰信号、抗信号衰减和提高信号传输距离，从而提高无线系统的性能和容量。虽然智能天线改善了WLAN的性能，但是，各种空间处理技术在各种类型的系统中有不同的优势和劣势，因此，全面了解各项技术是非常重要的。

　 智能天线一般定义为多波束天线或自适应阵天线，能够跟踪用户在环境中的移动，还能够跟踪环境的变化。

　 多波束天线--多波束（相位阵列）天线组成几个窄波束并且使用波束选择器选择向信号功率最强的接收方传输波束。

　 自适应天线阵--这种信号由几个天线单元接收，每一个单元都采用相同的天线模式，接收的信号经过加权和结合在一起之后组成输出的信号。

多波束天线的应用比较简单，因为波束成形器是固定的。这样，波束选择每隔几秒钟才需要进行一次以便解释用户的移动，而自适应天线阵必须计算复杂的波束成形加权，计算速度之快至少要超过信号的衰减率。这就意味着每个普通用户仅占用几赫兹的频率。

这两种智能天线都能够通过提供更高的天线增益显著地改善无线系统的性能。这两种技术的关键区别在于多波束天线仅在视距系统中提供M（本文中的"M"是指天线单元或者智能天线中波束的数量）增益。在非视距系统中，例如在室内环境或者具有很多多路径户外环境中，接收的信号可以通过许多路径和角度到达。因此，这种信号能量也许不是集中在一个波束。于是，增益将减少。

然而，自适应天线阵无论在什么环境（视距或者多路径）下都能够达到全面的M增益。自适应天线阵还提供M倍的分集增益（本文将详细介绍这个问题）以缓解多路径衰竭的影响。多波束天线不能提供这种好处。最后，通过在发射机和接收机上都使用M自适应天线，MIMO（多入多出）技术还可以用来将数据数率提高M倍。这是为下一代WLAN的IEEE 802.11n标准提出的建议。在这个提议的标准中，很可能让两个或者两个以上的收发天线与MIMO技术一起使用以提供每秒100MB以上的数据传输速率（某些802.11n建议考虑数据数率超过每秒500MB）。

自适应天线阵的益处

对于为多径衰落提供分集增益的自适应天线阵来说，每个天线单元的衰落应该是接近独立的。然而，各个天线衰落的相关性在性能下降超过1dB之前最高可达0.7dB。实际上，这种相关性能够很容易地保持在这个水平之下，可采取如下分集措施：

•空间分集--将天线从空间上隔开。在一个严格的多经环境中，例如在室内和手机附近，仅需要 λ/4的空间就可获得低衰落相关性。

•极化分集--使用双极化（水平和垂直）能够让一个物理天线用于双信号输入（每一个极使用不同的传输方式）。

•方向图分集--使用配置方向图的天线单元。

这三种分集方式的结合能够允许在PCMCIA卡或者手机等小型设备上使用大量的天线，而且性能比较理想。

自适应天线阵还有很多技术组合。最简单和最普通的（多数用于802.11b系统，许多用于802.11a/g系统）组合是选择分集。在这里，可选择信号接收能力最强的天线用于输出的信号。目前，这种技术应用于许多WLAN接收机中。然而，这个技术不使用全部的接收的信号功率，因此，在改善一个天线的分贝增益方面的作用是有限的。

用于增加信号传输距离和提高覆盖均匀度的最佳技术是MRC（最高比结合）。使用这种技术，每一个天线的信号都要经过加权处理并且合并在一起以便最大限度地提高输出信噪比。然后，这种波束赋形加权将是信道传输特点的复杂的结合。也就是说，接收的信号是同相位的，信号增益要根据接收到的信号的强度进行调整。这个技术能在瑞利衰减(Rayleigh fading)环境中以M分集增益的方式提供M增益。需要指出的是，产生这种波束赋形加权的一个方法是简单地把输出信号与每个天线接收的信号关联起来。这种方法也被称作盲技术，因为自适应天线阵基本上把接收到的全部信号的信噪比都提高到最大的程度。这个好处是同样的波束成形器能够用于任何类型的无线信号，如802.11b/g/a，而且不需要对接收到的信号进行解调。