一 .專業(yè)5g天線廠家了解什么是智能天線

智能天線又稱自適應(yīng)天線陣列、可變天線陣列、多天線。智能天線指的是帶有可以判定信號(hào)的空間信息(比如傳播方向)和跟蹤、定位信號(hào)源的智能算法，并且可以根據(jù)此信息，進(jìn)行空域?yàn)V波的天線陣列。智能天線是一種安裝在基站現(xiàn)場(chǎng)的雙向天線，通過(guò)一組帶有可編程電子相位關(guān)系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時(shí)獲取基站和移動(dòng)臺(tái)之間各個(gè)鏈路的方向特性。智能天線采用空分復(fù)用(SDMA)方式，利用信號(hào)在傳播路徑方向上的差別，將時(shí)延擴(kuò)散、瑞利衰落、多徑、信道干擾的影響降低，將同頻率、同時(shí)隙信號(hào)區(qū)別開(kāi)來(lái)，和其他復(fù)用技術(shù)相結(jié)合，最大限度地有效利用頻譜資源。早期應(yīng)用集中于雷達(dá)和聲吶信號(hào)處理領(lǐng)域，20世紀(jì)70年代后被引入軍事通信中。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，陣列處理技術(shù)被引入到移動(dòng)通信領(lǐng)域，很快就形成了智能天線的研究領(lǐng)域。

在移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展中，以自適應(yīng)陣列天線為代表的智能天線已成為最活躍的研究領(lǐng)域之一，應(yīng)用領(lǐng)域包括聲音處理、跟蹤掃描雷達(dá)、射電天文學(xué)、射電望遠(yuǎn)鏡和3G手機(jī)網(wǎng)絡(luò)。智能天線由三部分組成:實(shí)現(xiàn)信號(hào)空間過(guò)采樣的天線陣;對(duì)各陣元輸出進(jìn)行加權(quán)合并的波束成型網(wǎng)絡(luò);重新合并權(quán)值的控制部分。在移動(dòng)通信應(yīng)用中為便于分析、旁瓣控制和DOA(到達(dá)方向)估計(jì)，天線陣多采用均勻線陣或均勻圓陣?？刂撇糠?即算法部分)是智能天線的核心，其功能是依據(jù)信號(hào)環(huán)境，選擇某種準(zhǔn)則和算法計(jì)算權(quán)值。在移動(dòng)通信環(huán)境條件下，復(fù)雜的地形、建筑物的結(jié)構(gòu)都會(huì)對(duì)電波的傳播產(chǎn)生影響，大量用戶間的相互作用也會(huì)產(chǎn)生時(shí)延擴(kuò)散、瑞利衰落、多徑、信道干擾等，從而會(huì)使通信質(zhì)量受到影響。采用智能天線可以有效地解決這些問(wèn)題。智能天線采用空分多址技術(shù)，利用信號(hào)在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時(shí)隙、同碼道的信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)，最大限度地利用有限的信道資源。

智能天線的核心在數(shù)字信號(hào)處理部分，它根據(jù)一定的準(zhǔn)則，使天線陣產(chǎn)生定向波束指向用戶，并自動(dòng)地調(diào)整權(quán)重系數(shù)以實(shí)現(xiàn)所需的空間濾波。智能天線需要解決的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是辨識(shí)信號(hào)的方向和自適應(yīng)賦形的實(shí)現(xiàn)。辨識(shí)信號(hào)到達(dá)方向，代表的算法有MUSIC(MUltipleSIgnalClassification)算法、ESPRIT(EstimationofSignalParametersviaRotationalInvarianceTechniques)算法、最大似然法等。自適應(yīng)波束賦形的目的是通過(guò)自適應(yīng)算法得到最佳加權(quán)系數(shù)。采用何種算法首先需要考慮自適應(yīng)準(zhǔn)則，主要有最大信噪比(SNR)、最小均方誤差(MMSE，MinimumMeanSquareError)、最小方差、最大似然等。常用的自適應(yīng)算法有DMI(DirectMatrixInverse，直接抽樣協(xié)方差矩陣求逆)算法、LMS(LeastMeanSquare，最小均方)算法、RLS(RecursiveLeastSquares，遞歸最小二乘)算法、CMA(ConstantModulusAlgorithm，恒模算法)等。

    二.智能天線的優(yōu)點(diǎn)

智能天線可以明顯改善無(wú)線通信系統(tǒng)的性能，提高系統(tǒng)的容量。具體體現(xiàn)在下列方面：

提高頻譜利用率。5g天線廠家采用智能天線技術(shù)代替普通天線，提高小區(qū)內(nèi)頻譜復(fù)用率，可以在不新建或盡量少建基站的基礎(chǔ)上增加系統(tǒng)容量，降低運(yùn)營(yíng)商成本。迅速解決稠密市區(qū)容量瓶頸。未來(lái)的智能天線應(yīng)能允許任一無(wú)線信道與任一波束配對(duì)，這樣就可按需分配信道，保證呼叫阻塞嚴(yán)重的地區(qū)獲得較多信道資源，等效于增加了此類地區(qū)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量。抑制干擾信號(hào)。智能天線對(duì)來(lái)自各個(gè)方向的波束進(jìn)行空間濾波。它通過(guò)對(duì)各天線元的激勵(lì)進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化天線陣列方向圖，將零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)干擾方向，大大提高陣列的輸出信干比，改善了系統(tǒng)質(zhì)量，提高了系統(tǒng)可靠性。對(duì)于軟容量的CDMA系統(tǒng)，信干比的提高還意味著系統(tǒng)容量的提高。

抗衰落。高頻無(wú)線通信的主要問(wèn)題是信號(hào)的衰落，普通全向天線或定向天線都會(huì)因衰落使信號(hào)失真較大。如果采用智能天線控制接收方向，自適應(yīng)地構(gòu)成波束的方向性，可以使得延遲波方向的增益最小，降低信號(hào)衰落的影響。智能天線還可用于分集，減少衰落。實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)定位。采用智能天線的基站可以獲得接收信號(hào)的空間特征矩陣，由此獲得信號(hào)的功率估值和到達(dá)方向。通過(guò)此方法，用兩個(gè)基站就可將用戶終端定位到一個(gè)較小區(qū)域。由于目前蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)只能確定移動(dòng)臺(tái)所處的小區(qū)，因此移動(dòng)臺(tái)定位的實(shí)現(xiàn)可以使許多與位置有關(guān)的新業(yè)務(wù)得以方便地推出，而發(fā)展新業(yè)務(wù)是目前移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提升ARPU值、加強(qiáng)自身競(jìng)爭(zhēng)力的必然手段。

    三. 智能天線技術(shù)

智能天線通常包括多波束智能天線和自適應(yīng)陣智能天線。智能天線最初廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納及軍事通信領(lǐng)域，由于價(jià)格等因素一直未能普及到其它通信領(lǐng)域。

近年來(lái)，現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展迅速，數(shù)字信號(hào)處理芯片處理能力不斷提高，芯片價(jià)格已經(jīng)可以為現(xiàn)代通信系統(tǒng)所接受。同時(shí)，利用數(shù)字技術(shù)在基帶形成天線波束成為可能，以此代替模擬電路形成天線波束的方法，提高了天線系統(tǒng)的可靠性與靈活程度，智能天線技術(shù)因此開(kāi)始在移動(dòng)通信中得到應(yīng)用。使用智能天線可以在不顯著增加系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下滿足服務(wù)質(zhì)量和擴(kuò)充容量的需要。不同于常規(guī)的扇區(qū)天線和天線分集方法，通過(guò)在基站使用全向收發(fā)智能天線，可以為每個(gè)用戶提供一個(gè)窄的定向波束，使信號(hào)在有限的方向區(qū)域發(fā)送和接收，充分利用了信號(hào)發(fā)射功率，降低了信號(hào)全向發(fā)射帶來(lái)的電磁污染與相互干擾。不同于傳統(tǒng)的時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)或碼分多址(CDMA)方式，智能天線引入了第四維多址方式---空分多址(SDMA)方式。在相同時(shí)隙、相同頻率或相同地址碼的情況下，用戶仍可以根據(jù)信號(hào)不同的空間傳播路徑而區(qū)分。

智能天線相當(dāng)于空時(shí)濾波器，在多個(gè)指向不同用戶的并行天線波束的控制下，可以顯著降低用戶信號(hào)彼此間的干擾。具體而言，5g天線將在以下方面提高了移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能:

⑴擴(kuò)大系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域;

⑵增加系統(tǒng)容量;

⑶提高頻譜利用效率;

⑷降低基站發(fā)射功率，節(jié)省系統(tǒng)成本，減少信號(hào)間干擾與電磁環(huán)境污染。