无线通信中的多天线技术-易迪拓培训.PDF

无线通信中的多天线技术 朱礼勇 南京熊猫汉达科技有限公司，南京，210002 摘要本文介绍了无线通信中通常采用的三类多天线技术，即智能天线技术、分集技术、M1MO 技术。首先阐述三类技术的基本原理并对其进行比较分析，而后介绍目前研究的热点及未来发展 的趋势与面临的挑战。 关键词无线通信，智能天线，分集，MIMO 无线通信的一个突出的特点就是信号传播环境复杂，如何消除多址干扰(MA[)、码间串扰 (ISI)、同道干扰(CCI)及多径衰落的影响，在有限的频谱资源上传输大容量、高速率的无线数 据业务，是无线通信系统中亟待解决的问题。多天线技术为解决上述问题提供了一种新的思 路，其作为一种能有效提高频谱利用率、增加系统容量、抵抗和抑制各种干扰的技术引起了广 泛研究，被视为未来无线通信中的关键技术之一。 l 智能天线技术 1．1智能天线的优势 在不同时间抵达接收机的多个信号路径所造成的时延散布和符号间干扰(ISI)会对通信 链路质量产生重大影响．另一方面，同信道干扰也是限制无线系统容量的一个主要因素，它是 由众多的用户复用现有的网络资源(例如频率、时间)造成的。智能天线系统可以通过对抗多 径传输效应或建设性地利用不同的路径来改善链路质量，并且可通过减轻干扰和允许以不同 的天线发送不同的数据流来提高容量。智能天线的好处归纳如下： 增大距离／覆盖范围：由于天线单元接收信号的相干组合，天线阵或波束形成增益造成了 信号功率的平均增加，其增加量与接收天线的数量成正比。 较低的功率要求和降低成本：对指向目标用户的发送的优化(发射波束形成增益)达到了 降低功率消耗和放大器成本的作用。 改善链路质量／可靠性：通过接收独立衰落信号分量的信号独立样本，获得了分集增益。 衰落是高度随机的．至少有一个以上的信号分量不会是深度衰落的。基于这一事实，独立多维 原理的使用降低了信号的有效起伏。当用智能天线在空阃域取样时，可以得到时间、频率、码 和空间等形式的分集。一个非频率选择性衰落的多输人多输出信道的最大空间分集量级等于 接收和发射天线数量的乘积。通过特定的调制编码制式，也可以利用具有多个发射天线的发 射分集，而接收分集则要依靠独立多维衰落信号的合成。 提高频谱利用率：精确控制发射和接受功率，以及利用训练序列的知识和／或接收信号的 246 其他特性(比如恒定包络、周期稳定性)，使干扰减弱，并增加同一可用资源(比如时闯、频率、 码)用户的数量，增加由同一个基站用户对这些资源的复用。 1．2 智能天线技术面临挑战和发展趋势 目前智能天线面临的挑战主要有：智能天线和其他抗干扰技术的结合、波束赋形的速度 问题、设备复杂性的考虑、共享下行信道及不连续发射、帧结构及有关物理层技术等。 在未来一代无线系统中采用智能天线技术，应要求智能天线特性成为系统设计不可分割 的一部分，以便能提高频谱利用率，最大限度降低建设新无线网络的成本，提高服务质量，实现 可重新配置的、强健和透明的跨越多技术无线网络操作等产生所期望的有益影响。为达到此 目标，该领域未来的研究工作将集中于下列关键问题： (1)设计和开发先进的智能天线处理算法，使其适应变化的传播和网络条件，具有对抗网 络损伤的顽强性。 (2)为了优化系统性能，实现跨不同无线系统及平台的透明操作，开创新的智能天线开发 和设计战略。 (3)在建立精确信道和干扰模型并引入合适的性能度量标准和模拟方法的基础上，对所 建议的算法和战略进行实际性能的评估。 2分集技术 2．1分类与比较 分集技术是通过对同一个发射信号的不同副本进行综合接收，以此来减少信号在传输过 程中可能产生的深度衰落的技术。从分集技术接收的副本所在的不同领域来说，可以分为4 大类…，即时间分集、频率分集、角度分集和空间分集。 每一种分集技术在带来一定的分集增益的同时，也要付出一些资源的代价。时间分集以 降低传输速率为代价，所以不适合高速通信情形和对延时敏感的业务。频率分集的代价是频 谱利用率的降低和发射功率的增加，虽然可以使用扩频技术增加可用的带宽，但是在频谱日益 紧张，可用频率已经成为一种稀缺资源的情况下，使用频率分集作为一种主要的分集方法也是 不明智的。角度分集也是多天线分集的一种方式，不过它使用的是特殊的定向天线，角度分集 面对的问题是由于天线阵不可能覆盖所有多径方向，因