智能天線技術改善頻譜使用效率
雖然天線陣列是射頻前端的很重要的設備,但自適應陣列天線技術最重要的部分還在于基帶處理部分?;鶐Р糠謱⒆赃m應天線陣接收到的信號進行加權和合并,從而使信號與干擾加噪聲 比最大?;鶐幚聿糠植捎脧碗s的自適應算法。目前已經(jīng)有多種有關時域和空域的算法提出,如通過時域獲得天線最優(yōu)加權算法有:最小均方算法(LMS) 、取樣協(xié)方差矩陣的直接求逆(DMI)、遞歸最小均方誤差(RLS)算法、恒模(CM)算法等;通過在空域?qū)?a class="contentlabel" href="http://www.biyoush.com/news/listbylabel/label/頻譜">頻譜進行分析以獲得信號到達方位角(DOA) 估計的算法有:多信號分類法(MUSIC)算法、旋轉(zhuǎn)不變技術信號參數(shù)估計法(ESPRIT)算法等。
下圖為自適應智能天線實現(xiàn)的簡單原理圖:
近 幾十年來,無線通信經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字,從固定到移動的重大變革。而就移動通信而言,為了更有效地利用有限的無線頻率資源,時分多址技術(TDMA)、頻 分多址技術(FDMA)、碼分多址技術(CDMA)得到了廣泛的應用,并在此基礎上建立了GSM和CDMA兩大主要的移動通信網(wǎng)絡。就技術而言,現(xiàn)有的這 三種多址技術已經(jīng)得到了充分的應用,頻譜的使用效率已經(jīng)發(fā)揮到了極限。空分多址技術(SDMA)則突破了傳統(tǒng)的三維思維模式,在傳統(tǒng)的三維技術的基礎上, 在第四維空間上極大的拓寬了頻譜的使用方式,使得移動用戶僅僅由于空間位置的不同而復用同一個傳統(tǒng)的物理信道成為可能。并將移動通信技術引入了一個更為嶄 新的領域。而實現(xiàn)它的技術核心則是自適應智能天線技術。
自適應智能天線技術是一種軟件技術,是當今軟件無線電技術的基礎。它使用了自適應 陣列信號處理軟件,對所有用戶的無線信號進行高速時空處理從而實時調(diào)整無線信號的傳輸,為每位用戶提供優(yōu)質(zhì)的上行鏈路和下行鏈路信號。即使基站在充滿噪音 和干擾的環(huán)境中,也能監(jiān)測并保持與多個不同的用戶的通信連接,從而實現(xiàn)空分多址(SDMA)的效果。在網(wǎng)絡中,這種先進的基站性能可以用來增加基站覆蓋范 圍,從而降低網(wǎng)絡成本,提高系統(tǒng)容量,最終達到提高頻率使用效率的目的。SDMA可以與任何空間調(diào)制方式或頻段兼容,因此具有巨大的實用價值。
空 分多址的基站組件就是一種先進的自適應天線陣列系統(tǒng)。自適應陣列天線系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)控其覆蓋的范圍,針對不斷變化的無線環(huán)境(包括移動用戶和干擾信號),系統(tǒng) 將提供有效的天線發(fā)送和接收模式來跟蹤用戶,為用戶所在的方向提供最大的增益,同時抑制其他用戶的干擾,以適應用戶的位置移動。
SDMA系統(tǒng)的處理程序如下:
1.系統(tǒng)將首先對來自所有天線中的信號進行快照或取樣,然后將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式,并存儲在內(nèi)存中。
2.計算機中的SDMA處理器將立即分析樣本,對無線環(huán)境進行評估,確認用戶、干擾源及其所在的位置。
3.處理器對天線信號的組合方式進行計算,力爭最佳地恢復用戶的信號。借助這種策略,每位用戶的信號接收質(zhì)量將大大提高,而其它用戶的信號或干擾信號則會遭到屏蔽。
4.系統(tǒng)將進行模擬計算,使天線陣列可以有選擇地向空間發(fā)送信號。在此基礎上,每位用戶的信號都可以通過單獨的通信信道—空間信道實現(xiàn)高效的傳輸。
5.在上述處理的基礎上,系統(tǒng)就能夠在每條空間信道上發(fā)送和接收信號,從而使這些信道成為雙向信道。
利 用上述流程,SDMA系統(tǒng)就能夠在一條普通信道上創(chuàng)建大量的頻分、時分或碼分雙向空間信道,每一條信道都可以完全獲得整個陣列的增益和抗干擾功能。從理論 上而言,帶有m個單元的陣列能夠在每條普通信道上支持m條空間信道。但在實際應用中支持的信道數(shù)量將略低于這個數(shù)目,具體情況則取決于環(huán)境。由此可 見,SDMA系統(tǒng)可使系統(tǒng)容量成倍增加,使得系統(tǒng)在有限的頻譜內(nèi)可以支持更多的用戶,從而成倍地提高頻譜使用效率。
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