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[Tech Point]非常“聰明”的智慧天線
 

【CTIMES/SmartAuto 編輯部 報導】   2012年12月07日 星期五

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大家走在路上,看到路上的那些天線,有沒有有過疑問他們是做什麼,又是什麼怎麼工作的呢,其實天線的學問很多會涉及到通信中的電磁場的高深學問,以下將介紹天線中最為熱門的研究——智慧天線的介紹。

智慧天線主要基於抵消幅度較小數量龐大的多徑干擾,比如城市地表傳播 BigPic:350x347
智慧天線主要基於抵消幅度較小數量龐大的多徑干擾,比如城市地表傳播 BigPic:350x347

智慧天線的概念及原理

智慧天線(Smart Antenna)是從自我調整天線(Adaptive Antenna)發展而來的,因此,智慧天線有著與自我調整天線相類似的結構,它們的工作原理基本相同,但是兩者又有明顯區別:自我調整天線主要應用於干擾信號強度大而數量少的場合,比如抵消雷達系統的干擾;智慧天線主要基於抵消幅度較小數量龐大的多徑干擾,比如城市地表傳播,在信號處理中它們的差異產生了各自的特色。

從工作原理及其結構來說,智慧天線是由一個天線陣列(Antenna Array)和一組波束形成(Beam Forming)網路(亦稱聚束網路)聯合構成的系統。在移動通信系統中,天線陣列通常採用直線陣列與平面陣列兩種形式。確定天線陣列的形式後,天線單元的選擇非常關鍵。天線單元不僅要達到本身的性能指標,還必須具有單元之間互耦小、一致性高及加工方便的特點。

智慧天線關鍵技術

信號處理是智慧天線結構的關鍵技術,主要完成射頻、中頻陣列處理和數位波束形成兩樣功能。其中進行射頻、中頻陣列處理的目的是獲得空間信號的參數,這些參數主要包括信號數、信號來向、信號調製方式及頻率等,信號來向對於實現空分多址和自我調整抑制干擾有著重要作用。下面分別說明射頻、中頻、數字波束形成。

射頻部分

射頻部分包括有陣列天線與高頻處理。由上述我們知道天線單元的選擇很重要,除了必須滿足系統提出的頻帶、駐波比、增益、極化等性能指標外,在實際中還要做到單元間的互耦小、高度一致與加工方便等,目前廣泛應用的是微帶天線。

高頻處理主要是指對接收或發射信號進行放大來滿足A/D變換或發射功率的要求,高頻放大信號、變頻和A/D轉換等功能以形成數位信號這部分功能由接收通道及資料獲取部分完成。目前,受制於A/D器件抽樣速率,不能直接對高射頻信號和微波信號進行採樣,必須降低採樣速率,對信號進行下變頻處理,考慮到智慧天線對誤差非常敏感,還要保證射頻部分各個支路幅度和相位一致。

中頻部分

目前,受數位元件水準的限制,還未能對天線單元的微波信號直接採樣,中頻陣列處理較為常用的辦法是先利用下變頻器將微波高頻信號轉換成中頻,然後使該支路的類比信號經由濾波和放大進行中頻處理,最後再對它進行採樣,典型的實現方法有以下兩種。

一是採用雙下變頻單路接收機的實現方法,高頻信號通過混頻器變換成中頻信號;為調節各支路間相位與幅度的不一致而使用等化器。雙下變頻單路接收機降低了A/D變換器採樣速率的要求,接收機整體增益分配更加靈活。

一是直接採樣單路接收機的實現方法,因使用更快速率的A/D變換器和其他一些輔助性數位器件,採用直接以中頻對信號進行採樣的方式來解決通道中兩路信號的適配問題。

小結

智慧天線技術集合了多種通信知識,包括自我調整技術、微波傳輸技術、信號檢測與信號處理等,綜合性要求很高。智慧天線技術可以充分利用無線資源的空間可分性,提高無線通訊系統對資源的利用率,並從根本上提升系統容量。

經過多年發展,智慧天線已從當初單一的軍事應用逐步進入民用通信應用領域,但應該承認行動通信和個人通信應用智慧天線的難度較大,其原因在於行動的多用戶、電波傳播的多路徑等因素造成了信號動態捕獲與跟蹤的難度,移動通信和個人通信中智慧天線應用較晚,而無線接入系統尤其是固定式無線接入系統卻較早應用。

綜上所述,智慧天線真正運用於個人無線通訊系統還有很長的路要走,但可以預見其在將來能夠大放異彩。

(作者Frank為DesignSpark部落格作家,本文經DesignSpark同意轉載)

關鍵字: Smart Antenna 
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