GSM網絡中的智能天線應用教程

一、智能天線應用背景

最初的智能天線技術主要用于雷達、聲納、軍事抗干擾通信，用來完成空間濾波和定位等。近年來，隨著移動通信的發展及對移動通信電波傳播、組網技術、天線理論等方面的研究逐漸深入，現代數字信號處理技術發展迅速，數字信號處理芯片處理能力不斷提高，利用數字技術在基帶形成天線波束成為可能，天線系統的可靠性與靈活程度不斷提高。

智能天線技術可用于具有復雜電波傳播的移動通信環境。智能天線的原理是將無線電的信號導向具體的方向，產生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向DOA（DirectionofArrinal），旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分高效利用移動用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的。同時，智能天線技術利用各個移動用戶間信號空間特征的差異，通過陣列天線技術在同一信道上接收和發射多個移動用戶信號而不發生相互干擾，使無線電頻譜的利用和信號的傳輸更為有效。在不增加系統復雜度的情況下，使用智能天線可滿足服務質量和網絡擴容的需要。實際上，它使通信資源不再局限于時間域、頻率域或碼域而拓展到了空間域，屬于空分多址（SDMA）體制。第三代移動通信標準組織已經認識到智能天線在降低網絡干擾方面的重要作用，因此，在3G標準如WCDMA和cdma2000中，支持智能天線的條款已經出現，智能天線已成為3G的重要組成部分。

目前除了極少數的國家有正式的3G商用網，我國和大多數地區3G仍然處于試驗網的階段，預計未來兩到三年內GSM網絡仍然是移動話務的主要承載網絡。在中國大中城市GSM網的用戶數以每年約20%比例增加，在部分熱點地區，每平方公里承載的話務量甚至達到了1500erl。GSM網絡的容量在硬件配置充分的環境下完全受限于網絡的頻率資源，在有限的頻寬下，要增加網絡容量，只能減小頻率復用距離，而頻率復用距離越近，網絡的干擾越高。

根據目前GSM網絡運營的經驗，在保證使用合適的小區信號的前提下，要保持網絡質量在客戶可接受的話音質量（清晰無雜音）范圍內，則必須按照載干比在18dB以上進行無線網絡規劃。無論是按照傳統的4/12頻率復用方式還是利用MRP或1*3頻率復用方式，在現有頻寬下均最多按照12dB的載干比進行頻率規劃，剩余的載干比只能依靠動態功率控制、跳頻、不連續發射等功能的增益進行補償。降低網絡的干擾水平、提高系統的載干比在GSM高速增長期，特別是在GPRS業務正式商用后顯得非常重要，因此不少GSM生產廠商和運營商都在考慮將3G標準中的智能天線用于GSM網絡中，一些廠商如愛立信、麥得威等公司在話務高的局部區域開展了相應的研究和試驗，并取得了較理想的效果。

二、智能天線的原理

具有高增益、窄波束相位陣列天線的智能切換天線正在替代傳統的扇區天線。一個多波束的天線面板包括了4個30？（或者22.5？）的波束，因而接收信號時能夠接收到比標準扇區天線更少的干擾信號，故而提高接收信號的質量。根據理論計算，一個包括4個可切換的窄波束天線的平均C/I值可比傳統的3-扇區天線系統增加6dB。

智能天線系統以時隙為基礎連續地進行波束選擇，以確保用戶在通話過程中的話音質量。

用于試驗的智能天線有兩部分組成，即一根多波束陣列天線和一根雙極化天線，這兩部分可整體封裝在一個天線平板中也可以分開使用。多波束陣列天線是一個由6？8天線陣源的天線陣列形成的4個水平3dB波瓣寬度22.5？多波束陣列天線，一般稱其為窄波束天線，其主要功能是發射話務信道的信號（TCH）和接收上行信號；雙極化天線包含2個水平3dB波瓣寬度90？天線，一般稱其為寬波束天線，其功能是發射控制信道的信號（如：BCCH，SDCCH和CBCH等等）。