無(wú)線(xiàn)通信智能天線(xiàn)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

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2、紹剛(中國(guó)移動(dòng)通信有限公司網(wǎng)絡(luò)部北京100032)墨啊介紹了智能天線(xiàn)收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)的最新進(jìn)展及其優(yōu)點(diǎn),探討了無(wú)線(xiàn)通信智能天線(xiàn)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)以及所面臨的問(wèn)題.E圃智能天線(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信分集波束成形1引言智能天線(xiàn)原名自適應(yīng)天線(xiàn)陣列(AAA,AdaptiveAntennaArray).最初的智能天線(xiàn)技術(shù)主要用于雷達(dá),抗干擾通信,定位及軍事通信方面等,完成空間濾波和定位功能.近年來(lái),隨著移動(dòng)通信的發(fā)展以及對(duì)移動(dòng)通信電波傳播,組網(wǎng)技術(shù),天線(xiàn)理論等方面的研究逐漸深入,智能天線(xiàn)開(kāi)始用于具有復(fù)雜電波傳播環(huán)境下的移動(dòng)通信.為此,移

3、動(dòng)通信研究者給應(yīng)用于移動(dòng)通信的自適應(yīng)天線(xiàn)陣起了一個(gè)較吸引人的名字——智能天線(xiàn)(英文名為SmartAntenna或IntelligentAntenna).智能天線(xiàn)系統(tǒng)在無(wú)線(xiàn)鏈路的發(fā)射端和/或接收端帶有多根天線(xiàn),為了利用移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道的空間特征,智能天線(xiàn)系統(tǒng)中的信號(hào)都進(jìn)行了自適應(yīng)處理.根據(jù)信號(hào)處理是位于通信鏈路的發(fā)射端還是接收端,智能天線(xiàn)技術(shù)被定義為多入單出(MISO,MultipleInputSingleOutput),單入多出(S1MO,SingleInputMultipleOutput)和多入多出(MIMO

4、,MultipleInputMultipleOutput).充分利用空間維數(shù)可以增加無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的容量.在無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展中,智能天線(xiàn)已成為一個(gè)最活躍的領(lǐng)域,近年內(nèi),幾乎所有先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)都將采用此技術(shù).智能天線(xiàn)技術(shù)對(duì)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)是目前任何技術(shù)難以替代的.智能天線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)成為無(wú)線(xiàn)通信中最具有吸引力的技術(shù)之一.到目前為止,無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中的智能天線(xiàn)都被作為增強(qiáng)技術(shù),在它們的設(shè)計(jì)階段都沒(méi)有考慮復(fù)雜圖.望::度和性能折衷的優(yōu)化;而在下一代無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中,智能天線(xiàn)技術(shù)將是系統(tǒng)設(shè)計(jì)固有的部分.目前對(duì)于智能天線(xiàn)的研

5、究主要集中在下列幾個(gè)方面:(1)高級(jí)智能天線(xiàn)處理算法的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā),該算法對(duì)變化的傳播特性和網(wǎng)絡(luò)條件具有適應(yīng)性和健壯性.(2)系統(tǒng)性能的優(yōu)化策略和不同無(wú)線(xiàn)系統(tǒng),平臺(tái)之間的透明操作.(3)根據(jù)信道和干擾模型對(duì)提出的算法和策略進(jìn)行實(shí)際性能的評(píng)估,研究合適的性能度量和仿真方法.2智能天線(xiàn)收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)在如圖1所示的一個(gè)多發(fā)射多接收天線(xiàn)系統(tǒng)中,發(fā)送的數(shù)據(jù)塊需要進(jìn)行編碼和復(fù)星座圖的映射.在空時(shí)加權(quán)后,每個(gè)符號(hào)被映射到一個(gè)發(fā)射天線(xiàn);信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道后,在接收天線(xiàn)中首先進(jìn)行解復(fù)用,然后通過(guò)加權(quán),解調(diào),解碼來(lái)恢復(fù)最初的發(fā)送數(shù)據(jù).

6、匿習(xí)皆【空間復(fù)用一廠JM根發(fā)射天線(xiàn)Ⅳ根接收天線(xiàn)圖1智能天線(xiàn)收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)于MISO或者M(jìn)IMO信道,一些文獻(xiàn)中給出了大量的發(fā)射機(jī)制,這些機(jī)制分別可以使頻譜效率最大,速率最高,信噪比最大(SNR.Signa1toNoiseRatio),它們都依賴(lài)信道狀態(tài)信息(CSI,ChannelStateInformation)在發(fā)射端和接收端的已知程度.CSI在接收端通過(guò)信道估計(jì)可以獲得,然后通過(guò)反饋可以通知發(fā)射端.然而,對(duì)于頻分雙工(FDD,FrequencyDivisionDuplex)系統(tǒng)則必須考慮到信道的互易性.

7、信道估計(jì)可以通過(guò)發(fā)射訓(xùn)練序列方法或者盲估汁來(lái)獲得.盲估計(jì)通常是利用接收到的信號(hào)的一些特性,比如恒定包絡(luò)和有限字符等進(jìn)行估計(jì).對(duì)于發(fā)射端不需要CSI的發(fā)射機(jī)制,可以通過(guò)引入空域編碼或者采用空間復(fù)用增益來(lái)利用空間維數(shù).空域編碼方法是通過(guò)增加空間和時(shí)間的冗余度;空時(shí)編碼則是在不同的天線(xiàn)上發(fā)射同一信號(hào)的編碼冗余形式.接收到的信號(hào)通過(guò)最大似然(ML,MaximumLikelihood)譯碼器進(jìn)行檢測(cè).最早的空時(shí)編碼是空時(shí)格碼(SrITC,Space—TimeTrellisCode),在這種方式下,接收端需要多維維特比

8、算法.S1TrC可以提供的分集等于發(fā)射天線(xiàn)的數(shù)目,提供的編碼增益取決于碼字的復(fù)雜度而無(wú)需犧牲帶寬效率.空時(shí)分組編碼(STBC,Space—TimeBlockCode)可以提供與S1TrC相同的分集增益,但是它沒(méi)有編碼增益.又由于STBC在譯碼時(shí)只需要線(xiàn)性處理,因此通常都使用STBC.用于兩根發(fā)射天線(xiàn)的STBC碼(由Alamouti提出的)已經(jīng)被第三代移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)采納.空時(shí)編碼技術(shù)一般假設(shè)CSI在接收端是完全已知的,當(dāng)