在當前智能天線建設應用中它的措施及影響有哪些呢?同時它的使用給生活帶來了哪些便利條件呢?本文從智能天線技術的起源與發展和智能天線實驗平臺的研究概況等各方面都做了相應的介紹。本文選自：《電信工程技術與標準化》,《電信工程技術與標準化》本刊宣傳信息產業的方針、政策，報道電信工程建設和網絡運行方面的成就與發展趨勢;介紹新的通信理論和技術知識，技術標準規范。交流科研、設計、規劃、施工維護方面的技術與經驗，突出實用性、指導性。為海內外信息工程建設和網絡運行部門提供技術支撐與標準服務。

　　摘要：要使智能天線技術的移動通信領域得到應用,單靠理論和仿真研究是不夠的。智能天線硬件實驗平臺是研究智能天線技術強有力的手段。世界各種都十分重視智能天線實驗平臺的建設。目前,實驗平臺大都采用基帶上實現數字波束合成技術的方案,即上行接收時每個天線陣列單元輸出下變頻到中頻,然后進行模擬的開交檢測(I/Q檢測),對模擬的I/Q信號數字化后進行數字波束成形(DBF);下行發射時在數字波束成形器中形成各天線單元的數字基帶信號(數字化I/Q信號),經D/A變換后形成模擬I/Q信號,然后進行I/Q調制和上變頻,再送到天線單元輻射。這樣的方案對A/D、D/A和數字信號處理芯片的要求比較低,使用目前的技術容易實現。數字波束成形器和自適應控制采用FPGA、DSP芯片或計算機實現。

　　關鍵詞：智能天線,實驗平臺,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 智能天線技術的起源與發展

　　智能天線的概念是二十世紀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自動調整結構參數以適應不同情況的天線。目前大家討論的智能天線系統都與移動,特點是蜂窩移動系統緊相連,一般指由多個天線單元組成的天線陣列系統。它可以利用數字信號處理技術的多個不同的用戶產生多個不販空間波束。每個波速的最大方向自動地對準各自用戶的方法,而把零接收方向對準干擾方向,從而提高移動通信系統的性能。

　　近年來大量的研究表明,智能天線可以在以下方面提高未來移動通信系統的性能:(1)擴大系統的覆蓋區域;(2)提高系統容量;(3)提高頻譜利用率;(4)減少信號間干擾(如同信道干擾、多址干擾和多徑干擾等);(5)降低基站發射功率,減少電磁環境污染。

　　智能天線最初以自適應天線的形式廣泛應用于雷達、聲納及軍事通信領域。由于價值等因素一直未能普及到其他通信領域。近二十年來,移動通信事業飛展,移動礁用戶呈爆炸性增長,通信資源匱乏日益嚴重,通信容量不足、通信質量下降等成亟待解決的問題。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線通信系統性能考慮的主要因素。自二十世界80年代開始,即第一代蜂窩移動通信系統開始,人們便開始探討利用自適應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90年代初,這一思想發展為智能天線的概念;二十世紀90年代末,隨著軟件無線電技術的發展,人們進一步提出了軟件天線的概念。近年來,由于數字信號處理技術的迅速發展,數字信號處理芯片處理能力不斷提高,使利用數字技術在基帶進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行波束成形的方法,而且天線系統更加可靠和靈活。由于數字信號處理芯片的價格和性能已為現代通信系統所接受,智能天線技術的研究開始從軍事領域向民用移動領域轉移,智能天線技術在移動通信中的應用研究迅速發展并顯示出了巨大的潛力。

　　2 智能天線實驗平臺的研究概況

　　目前智能天線的研究主要沿著以下幾個方向開展:一是研究智能天線對現代移動通信信息的作用,利用仿真或理論研究的方法探討應用智能天線對移動通信系統的抗干擾能力、系統容量、抗多徑衰落能力的改善;二是智能天線基礎理論的研究,主要研究智能天線的控制算法,利用理論和仿真的方法,結合的移動通信系統,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驗平臺(測試床),在實際的電磁環境下測試各種天線陣列、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用化的技術問題(如陣列單元的互耦、各著手解決智能天線實用化的技術問題(如陣列單元的互耦、各單元通道不一致性的實時校準技術等)。

　　歐洲主委員會在RACE計劃中實施了一項稱為TSUNAMI的智能天線技術研究項目,建立一個智能天線測試床,由8個陣元分別組成直線形、圓形和平面形陣列。陣元間距可調,工作頻率1.89GHz,數字波束成形采用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,天線數字信號處理部分由10片FPGA完成。

　　美國奧斯汀德州大學Guanghan Xu教授帶領的電子工程研究實驗室分別建立工作在1.5GHz、900MHz和1.8GHz的智能天線試驗床(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的數據由工作站通過兩個速率為40Mbps的I/O口進行讀寫;1.8GHz的智能天線也采用8個微帶天線作為陣列單元,排列成均勻直線陣,用一臺PC機控制一塊帶有兩片Analog Devices公司的SHARC 20160浮點DSP的DSP板作為智能天線的控制單元,其結構與900MHz的結構相似,只是每一通道的A/D與D/A是以總線方式與DSP板交換數據,A/D采樣速率為3.072MHz。

　　清華大學馮正和教授領導的智能天線課題組也完成了一個智能天線的實驗平臺,采用嵌入式和總線結構,并進行了大量實驗。

　　隨著軟件無線電技術的發展,智能天線已尼可以在軟件無線電平臺上實現。現代的軟件無線電設備提供了對智能天線技術的支持,如頻譜信號處理有限公司開發的SDR-3000軟件無線電平臺,它包含FlexComm TM1-3100轉換模塊、PRO-3100可編程I/O模塊、PRO-3500基帶處理模塊,分別實現數模變、通道化和預處理、基帶處理功能。組成智能天線系統時,陣列單元接到相參射頻收發器,這些收發器使用公共的基準信號和本振信號進行相參操作,保持信號間的相位關系;中頻信號接到多個轉換模塊,同時還一個10MHz的基準信號和一個時間戳輸入到轉換模塊,保證模數、數模轉換的相參關系;變換后的數據在多個I/O模塊進行信道化,然后在基帶處理模塊實現數字波速成形和信號的調制解調;為保證信道化操作和波束成形時各通道的相參操作,進出I/O模塊的信號都打上時間。