在當(dāng)前智能天線建設(shè)應(yīng)用中它的措施及影響有哪些呢?同時(shí)它的使用給生活帶來(lái)了哪些便利條件呢?本文從智能天線技術(shù)的起源與發(fā)展和智能天線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究概況等各方面都做了相應(yīng)的介紹。本文選自：《電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化》,《電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化》本刊宣傳信息產(chǎn)業(yè)的方針、政策，報(bào)道電信工程建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方面的成就與發(fā)展趨勢(shì);介紹新的通信理論和技術(shù)知識(shí)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。交流科研、設(shè)計(jì)、規(guī)劃、施工維護(hù)方面的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，突出實(shí)用性、指導(dǎo)性。為海內(nèi)外信息工程建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行部門提供技術(shù)支撐與標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)。

　　摘要：要使智能天線技術(shù)的移動(dòng)通信領(lǐng)域得到應(yīng)用,單靠理論和仿真研究是不夠的。智能天線硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是研究智能天線技術(shù)強(qiáng)有力的手段。世界各種都十分重視智能天線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)。目前,實(shí)驗(yàn)平臺(tái)大都采用基帶上實(shí)現(xiàn)數(shù)字波束合成技術(shù)的方案,即上行接收時(shí)每個(gè)天線陣列單元輸出下變頻到中頻,然后進(jìn)行模擬的開(kāi)交檢測(cè)(I/Q檢測(cè)),對(duì)模擬的I/Q信號(hào)數(shù)字化后進(jìn)行數(shù)字波束成形(DBF);下行發(fā)射時(shí)在數(shù)字波束成形器中形成各天線單元的數(shù)字基帶信號(hào)(數(shù)字化I/Q信號(hào)),經(jīng)D/A變換后形成模擬I/Q信號(hào),然后進(jìn)行I/Q調(diào)制和上變頻,再送到天線單元輻射。這樣的方案對(duì)A/D、D/A和數(shù)字信號(hào)處理芯片的要求比較低,使用目前的技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)。數(shù)字波束成形器和自適應(yīng)控制采用FPGA、DSP芯片或計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。

　　關(guān)鍵詞：智能天線,實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通信科技

　　Abstract: to make mobile communication field of smart antenna technology has been applied, the theory and simulation study alone is not enough. Smart antenna hardware experiment platform is the powerful means of smart antenna technology. The world all kinds of smart antenna are attaches great importance to the construction of experimental platform. At present, the experiment platform on the most used baseband digital beam synthesis technology, namely the uplink receiving each antenna array unit under the output frequency to the medium frequency, and then to simulate full inspection (I/Q), the analog I/Q signal digitization of digital beam forming (DBF); Downward launch formed in digital beam forming apparatus each antenna unit of digital baseband signal (digital I/Q signals), after D/A transformation form analog I/Q signals, and then on I/Q modulation and frequency conversion, and radiation to the antenna unit. Such A scheme of A/D, D/A and the requirement of digital signal processing chip is low, easy to implement using current technology. Digital beam forming and adaptive control implementation using FPGA and DSP chips or computer.

　　Key words: smart antenna, experimental platform and communication technology

　　1 智能天線技術(shù)的起源與發(fā)展

　　智能天線的概念是二十世紀(jì)80年代末到90年代初提出的。廣義的智能天線可以理解為能夠收集、處理信息并利用已獲得的知識(shí)自動(dòng)調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)以適應(yīng)不同情況的天線。目前大家討論的智能天線系統(tǒng)都與移動(dòng),特點(diǎn)是蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)緊相連,一般指由多個(gè)天線單元組成的天線陣列系統(tǒng)。它可以利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的多個(gè)不同的用戶產(chǎn)生多個(gè)不販空間波束。每個(gè)波速的最大方向自動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)各自用戶的方法,而把零接收方向?qū)?zhǔn)干擾方向,從而提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能。

　　近年來(lái)大量的研究表明,智能天線可以在以下方面提高未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能:(1)擴(kuò)大系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域;(2)提高系統(tǒng)容量;(3)提高頻譜利用率;(4)減少信號(hào)間干擾(如同信道干擾、多址干擾和多徑干擾等);(5)降低基站發(fā)射功率,減少電磁環(huán)境污染。

　　智能天線最初以自適應(yīng)天線的形式廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納及軍事通信領(lǐng)域。由于價(jià)值等因素一直未能普及到其他通信領(lǐng)域。近二十年來(lái),移動(dòng)通信事業(yè)飛展,移動(dòng)礁用戶呈爆炸性增長(zhǎng),通信資源匱乏日益嚴(yán)重,通信容量不足、通信質(zhì)量下降等成亟待解決的問(wèn)題。如何消除同信道干擾、多十干擾與多徑衰落的影響成為提高無(wú)線通信系統(tǒng)性能考慮的主要因素。自二十世界80年代開(kāi)始,即第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)開(kāi)始,人們便開(kāi)始探討利用自適應(yīng)天線消除同信道干擾和多徑衰落的影響、獲得多分集增益。到二十世紀(jì)90年代初,這一思想發(fā)展為智能天線的概念;二十世紀(jì)90年代末,隨著軟件無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展,人們進(jìn)一步提出了軟件天線的概念。近年來(lái),由于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的迅速發(fā)展,數(shù)字信號(hào)處理芯片處理能力不斷提高,使利用數(shù)字技術(shù)在基帶進(jìn)行波束成形成為可能,由此代替了以往在射頻段利用模擬電路進(jìn)行波束成形的方法,而且天線系統(tǒng)更加可靠和靈活。由于數(shù)字信號(hào)處理芯片的價(jià)格和性能已為現(xiàn)代通信系統(tǒng)所接受,智能天線技術(shù)的研究開(kāi)始從軍事領(lǐng)域向民用移動(dòng)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移,智能天線技術(shù)在移動(dòng)通信中的應(yīng)用研究迅速發(fā)展并顯示出了巨大的潛力。

　　2 智能天線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究概況

　　目前智能天線的研究主要沿著以下幾個(gè)方向開(kāi)展:一是研究智能天線對(duì)現(xiàn)代移動(dòng)通信信息的作用,利用仿真或理論研究的方法探討應(yīng)用智能天線對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的抗干擾能力、系統(tǒng)容量、抗多徑衰落能力的改善;二是智能天線基礎(chǔ)理論的研究,主要研究智能天線的控制算法,利用理論和仿真的方法,結(jié)合的移動(dòng)通信系統(tǒng),研究快速高性能的智能天線新算法;三是建立智能天線硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(測(cè)試床),在實(shí)際的電磁環(huán)境下測(cè)試各種天線陣列、智能天線控制算法的性能, 以確定智能天線的解決方案,并著手解決智能天線實(shí)用化的技術(shù)問(wèn)題(如陣列單元的互耦、各著手解決智能天線實(shí)用化的技術(shù)問(wèn)題(如陣列單元的互耦、各單元通道不一致性的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)技術(shù)等)。

　　歐洲主委員會(huì)在RACE計(jì)劃中實(shí)施了一項(xiàng)稱為TSUNAMI的智能天線技術(shù)研究項(xiàng)目,建立一個(gè)智能天線測(cè)試床,由8個(gè)陣元分別組成直線形、圓形和平面形陣列。陣元間距可調(diào),工作頻率1.89GHz,數(shù)字波束成形采用ERA公司的專用ASIC芯片DBF1108、TMS320C40DSP芯片作為中央控制。

　　日本ATR光電通信研究所研究用于衛(wèi)星通信的多波束智能天線,采用4×4平面微整天線方陣,工作頻率1.545GHz,天線數(shù)字信號(hào)處理部分由10片F(xiàn)PGA完成。

　　美國(guó)奧斯汀德州大學(xué)Guanghan Xu教授帶領(lǐng)的電子工程研究實(shí)驗(yàn)室分別建立工作在1.5GHz、900MHz和1.8GHz的智能天線試驗(yàn)床(Testbed)。其中900MHz的智能天線為相距半波的八單元微帶天線陣,陣列為均勻直線陣。智能天線控制單元是Sparc10工作站,帶有8GB的硬盤和96MB的RAM,A/D的采樣速率為5MHz,而D/A的采樣速率為2.5MHz,A/D和D/A的數(shù)據(jù)由工作站通過(guò)兩個(gè)速率為40Mbps的I/O口進(jìn)行讀寫;1.8GHz的智能天線也采用8個(gè)微帶天線作為陣列單元,排列成均勻直線陣,用一臺(tái)PC機(jī)控制一塊帶有兩片Analog Devices公司的SHARC 20160浮點(diǎn)DSP的DSP板作為智能天線的控制單元,其結(jié)構(gòu)與900MHz的結(jié)構(gòu)相似,只是每一通道的A/D與D/A是以總線方式與DSP板交換數(shù)據(jù),A/D采樣速率為3.072MHz。

　　清華大學(xué)馮正和教授領(lǐng)導(dǎo)的智能天線課題組也完成了一個(gè)智能天線的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),采用嵌入式和總線結(jié)構(gòu),并進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)。

　　隨著軟件無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展,智能天線已尼可以在軟件無(wú)線電平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代的軟件無(wú)線電設(shè)備提供了對(duì)智能天線技術(shù)的支持,如頻譜信號(hào)處理有限公司開(kāi)發(fā)的SDR-3000軟件無(wú)線電平臺(tái),它包含F(xiàn)lexComm TM1-3100轉(zhuǎn)換模塊、PRO-3100可編程I/O模塊、PRO-3500基帶處理模塊,分別實(shí)現(xiàn)數(shù)模變、通道化和預(yù)處理、基帶處理功能。組成智能天線系統(tǒng)時(shí),陣列單元接到相參射頻收發(fā)器,這些收發(fā)器使用公共的基準(zhǔn)信號(hào)和本振信號(hào)進(jìn)行相參操作,保持信號(hào)間的相位關(guān)系;中頻信號(hào)接到多個(gè)轉(zhuǎn)換模塊,同時(shí)還一個(gè)10MHz的基準(zhǔn)信號(hào)和一個(gè)時(shí)間戳輸入到轉(zhuǎn)換模塊,保證模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換的相參關(guān)系;變換后的數(shù)據(jù)在多個(gè)I/O模塊進(jìn)行信道化,然后在基帶處理模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)字波速成形和信號(hào)的調(diào)制解調(diào);為保證信道化操作和波束成形時(shí)各通道的相參操作,進(jìn)出I/O模塊的信號(hào)都打上時(shí)間。