GSM网络中的智能天线应用教程

一、智能天线应用背景

最初的智能天线技术主要用于雷达、声纳、军事抗干扰通信，用来完成空间滤波和定位等。近年来，随着移动通信的发展及对移动通信电波传播、组网技术、天线理论等方面的研究逐渐深入，现代数字信号处理技术发展迅速，数字信号处理芯片处理能力不断提高，利用数字技术在基带形成天线波束成为可能，天线系统的可靠性与灵活程度不断提高。

智能天线技术可用于具有复杂电波传播的移动通信环境。智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA（DirecTIonofArrinal），旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。同时，智能天线技术利用各个移动用户间信号空间特征的差异，通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。在不增加系统复杂度的情况下，使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。实际上，它使通信资源不再局限于时间域、频率域或码域而拓展到了空间域，属于空分多址（SDMA）体制。第三代移动通信标准组织已经认识到智能天线在降低网络干扰方面的重要作用，因此，在3G标准如WCDMA和cdma2000中，支持智能天线的条款已经出现，智能天线已成为3G的重要组成部分。

目前除了极少数的国家有正式的3G商用网，我国和大多数地区3G仍然处于试验网的阶段，预计未来两到三年内GSM网络仍然是移动话务的主要承载网络。在中国大中城市GSM网的用户数以每年约20%比例增加，在部分热点地区，每平方公里承载的话务量甚至达到了1500erl。GSM网络的容量在硬件配置充分的环境下完全受限于网络的频率资源，在有限的频宽下，要增加网络容量，只能减小频率复用距离，而频率复用距离越近，网络的干扰越高。

根据目前GSM网络运营的经验，在保证使用合适的小区信号的前提下，要保持网络质量在客户可接受的话音质量（清晰无杂音）范围内，则必须按照载干比在18dB以上进行无线网络规划。无论是按照传统的4/12频率复用方式还是利用MRP或1*3频率复用方式，在现有频宽下均最多按照12dB的载干比进行频率规划，剩余的载干比只能依靠动态功率控制、跳频、不连续发射等功能的增益进行补偿。降低网络的干扰水平、提高系统的载干比在GSM高速增长期，特别是在GPRS业务正式商用后显得非常重要，因此不少GSM生产厂商和运营商都在考虑将3G标准中的智能天线用于GSM网络中，一些厂商如爱立信、麦得威等公司在话务高的局部区域开展了相应的研究和试验，并取得了较理想的效果。

二、智能天线的原理

具有高增益、窄波束相位阵列天线的智能切换天线正在替代传统的扇区天线。一个多波束的天线面板包括了4个30？（或者22.5？）的波束，因而接收信号时能够接收到比标准扇区天线更少的干扰信号，故而提高接收信号的质量。根据理论计算，一个包括4个可切换的窄波束天线的平均C/I值可比传统的3-扇区天线系统增加6dB。

智能天线系统以时隙为基础连续地进行波束选择，以确保用户在通话过程中的话音质量。

用于试验的智能天线有两部分组成，即一根多波束阵列天线和一根双极化天线，这两部分可整体封装在一个天线平板中也可以分开使用。多波束阵列天线是一个由6？8天线阵源的天线阵列形成的4个水平3dB波瓣宽度22.5？多波束阵列天线，一般称其为窄波束天线，其主要功能是发射话务信道的信号（TCH）和接收上行信号；双极化天线包含2个水平3dB波瓣宽度90？天线，一般称其为宽波束天线，其功能是发射控制信道的信号（如：BCCH，SDCCH和CBCH等等）。

三、智能天线在GSM网络中的应用实例

1．引入智能天线的小区选择