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第1篇

第四代移動通信技術中采用了智能天線技術，智能天線一般是指安裝在基站的天線，主要是通過能夠編程的電子相位關系來確定方向性。智能天線技術采用的是SDMA，而SDMA是衛星通信方式的一種，主要是利用天線的方向性來確定范圍，也就是頻域，從而減少了成本，增加了收益。SDMA是利用空間分割來劃分信道，采用智能天線技術可以改善信號質量，4G移動通信技術廣泛采用這一能夠降低建設成本的技術。另外，為了提高移動通信系統的性能，4G移動移動技術還采用了無線鏈路增強技術，像分集技術和多輸入多輸出（MIMO）技術，為數據的高速傳輸提供了技術支持。

2、4G移動通信技術的安全缺陷繼解決措施

病毒，一般來說，是有些計算機操作人員惡意制造的一些計算機操作指令，載入在一些人們常用的軟件和網頁當中傳播，破壞計算機的信息安全。病毒對網絡通信的破壞是猝不及防的，而且其傳播速度很快，在很短的時間內能讓成千上萬的文件或者程序受到攻擊。而且病毒自身繁殖性也很強，一旦遭到病毒侵害的程序就會自身復制，能夠像生物病毒一樣繁殖下去，對通信安全將造成巨大的危害。黑客，一般都擁有大量的計算機相關的技能，能夠輕易侵入別人的電腦或者拿別人的電腦當跳板再入侵其他的電腦來竊取用戶信息，或者破壞通信信息安全。黑客非法地對國家政府、軍事情報機關的網絡、軍事指揮系統、公司企業的計算機系統進行竊聽、篡改，以達到危害國家安全，破壞社會穩定，致使企業造成損失，這將對用戶的通信安全產生巨大的威脅。網絡服務器或者瀏覽器本身存在的安全缺陷，極易被一些惡意軟件攜帶的病毒攻擊，而這些病毒經常不容易被發現，最終對通信和信息交換造成破壞。科技不斷地發展，我們有信心解決以上提出的安全問題，為了有效地解決，我們在4G移動通信技術研究和開發的過程中一定要嚴密把控各方面的環節，確保第四代移動通信技術對于用戶數據的信息安全。采取增加網絡防火墻，使用更加復雜的秘鑰等措施，提高系統的抗攻擊能力，在不影響數據安全和完整性的前提下，同時提高系統的恢復能力。同時，各國政府也要成立專門的機構，出臺相關的法律法規，增加對網絡安全管理人員的培養，普及安全知識，同時加大對安全保護措施的投資力度，對危害通信安全和網絡安全的不法分子嚴懲不貸。

3、結語

第2篇

摘要：主要介紹了智能天線的提出背景、基本概念、關鍵技術、優點以及國外的研究進展情況，最后指出了智能天線的發展方向。

一、前言

隨著蜂窩移動用戶的不斷增長，如何解決頻譜資源緊張、抑制各種干擾、提高通信服務質量成為一個亟待解決的問題。為此，人們提出了一系列的解決方案，例如，在通信密集的地方引入微蜂窩技術、頻率跳變技術、高效的編碼技術以及進行功率控制等。而智能天線為這一切問題的解決提供了一條新思路。智能天線能夠成倍地提高通信系統的容量，有效地抑制復雜電磁環境下的各種干擾，并且還能與各種通信系統和其他多址方式兼容，從而以較小的代價獲取較大的性能提高。目前，國內外有許多大學和公司致力于智能天線的研究。歐洲電信委員會(ETSI)明確提出智能天線是第三代移動通信系統必不可少的關鍵技術之一，并制定了相應的開發計劃。

二、智能天線的基本概念

智能天線綜合了自適應天線和陣列天線的優點，以自適應信號處理算法為基礎，并引入了人工智能的處理方法。智能天線不再是一個簡單的單元，它已成為一個具有智能的系統。其具體定義為:智能天線以天線陣列為基礎，在取得電磁信息之后，使用人工智能的方法進行處理，對電磁環境做出分析、判斷，并自動調整本身的工作狀態使之達到最佳。依據天線的智能化程度可將天線分成可變波束天線、動態相控陣列和自適應陣列3類。可變波束天線依據接收功率最大原則，在幾個預設陣列波束中進行切換；動態相控陣列使用測向算法，能夠連續追蹤用戶的方向而改變天線的波束，使接收功率達到最大；自適應陣列既對用戶進行測向，又對各種干擾源進行測向，在形成波束時，不僅使接收功率最大，而且使噪聲降到最低，從而使接收信噪比最高。

智能天線的發展可分成3個階段:第1階段是應用于上行鏈路，通過使用智能天線增加基站的接收增益，從而使接收機的靈敏度和接收距離大大增加；第2階段是將智能天線技術同時應用于下行鏈路，在智能天線應用于下行鏈路后，能夠控制波束的發射方向，從而有助于頻率的復用，提高系統的容量；最后一個階段是完全的空分多址，此時在一個蜂窩系統中，可以將同一個物理信道分配給不同的用戶，例如，在TDMA中，可以將同一小區內同一時隙同一載波同時分配給兩個用戶。

三、智能天線的組成和關鍵技術

智能天線主要分為天線陣列、接收通道及數據采集、信息處理3部分。在移動通信系統中，天線陣列通常采用直線陣列和平面陣列兩種方式。在確定天線陣列的形式后，天線單元的選擇就十分關鍵。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的互耦小、一致性好以及加工方便的特點。目前微帶天線使用較多。

接收通道及數據采集部分主要完成信號的高頻放大、變頻和A/D轉換，以形成數字信號。目前，受A/D器件抽樣速率的限制，不能直接對高射頻信號和微波信號進行采樣，必須對信號進行下變頻處理，降低采樣速率。

信息處理部分是智能天線的核心部分，主要完成超分辨率陣列處理和數字波束形成兩方面的功能。進行超分辨率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的數目、信號的來向、信號的調制方式及射頻頻率等，其中信號的來向對于實現空分多址和自適應抑制干擾有著重要作用。在眾多的超分辨率測向算法中，MUSIC算法及其改進算法一直占據主導地位，它不受天線陣排陣方式的影響，只需經過一維搜索就能實現對信號來向的無偏估計，并且估計的方差接近CRLB。此外，使用ESPRIT算法來解決移動通信中的測向問題也得到了廣泛的研究。數字波束形成主要通過調整加權系數來達到增強有用信號和抑制干擾的作用，它需要收斂速度快、精度高的算法支持。根據所需先驗知識的不同，目前的波束形成算法主要有3類:以信號來向為先驗知識，如LCMV算法；以參考信號為先驗知識，包括LMS算法及其改進算法NLMS、RLS等；不需要任何先驗知識，如CMA算法。由于移動通信環境復雜，各種算法也有各自的優缺點，因此系統中必須對多種算法取長補短，才能達到最佳效果。

四、智能天線的特點和優勢

(1)提高系統容量

在蜂窩系統中，用戶的干擾主要來自其他用戶，而智能天線將波束零點對準其他用戶，從而減少了干擾的影響。由于系統提高了接收信噪比，因此減少了頻譜資源的復用距離，從而獲得了更大的系統容量。

(2)擴大小區覆蓋距離和范圍

使用智能天線可以提高用戶和基站的功率接收效率，進一步擴大基站的通信距離，減少功率損失，從而延長電池的壽命，減小用戶的終端。

(3)減少多徑干擾影響

智能天線使用陣列天線，通過利用多個天線單元的接收信息和分集技術，可以將多徑衰落和其他多徑效應最小化。

(4)降低蜂窩系統的成本

智能天線利用多種技術優化了信號的接收，從而能夠顯著降低放大器成本和功率損耗，提高系統的可靠性，實現系統的低成本。

(5)提供新服務

智能天線在使用過程中必須對用戶進行測向，以確定用戶的位置，從而為用戶提供基于位置信息的服務，如緊急呼叫等。目前，美國聯邦通信委員會已準備實施用戶定位服務。

(6)更好的安全性

使用智能天線后，竊聽用戶的通話將會更加困難，因為此時盜聽者必須和用戶處于相同的通信方向上。

(7)增強網絡管理能力

利用智能天線可以實時檢測電磁環境和用戶情況，從而為實施更有效的網絡管理提供條件。

(8)解決遠近效應問題和越區切換問題

智能天線可自適應地調節天線增益，較好地解決了遠近效應問題，為移動臺的進一步簡化提供了條件。在蜂窩系統中，越區切換是根據基站接收的移動臺的功率電平來判斷的。由于陰影效應和多徑衰落的影響常常導致越區轉接，增加了網絡管理的負荷和用戶呼損率。在相鄰小區應用的智能天線技術，可以實時地測量和記錄移動臺的位置和速度，為越區切換提供更可靠的依據。

五、智能天線的技術現狀

在分析智能天線理論的同時，國內外一些大學、公司和研究所分別建立了實驗平臺，將智能天線應用于實踐中，并取得了一些成果。

(1)美國

在智能天線技術方面，美國較其他國家更加成熟，已開始投入實際應用中。美國的ArrayComm公司發展了針對GSM標準和日本PHS標準的智能天線系統。該公司已將智能天線應用于基于PHS標準的無線本地環路中，并投入了商業運行。該方案采用可變陣元配置，有12陣元、8陣元環形自適應陣列可供不同的環境選用，現場實驗表明，在PHS基站采用智能天線技術可使系統容量增加4倍。

(2)歐洲

歐洲通信委員會在RACE計劃中實施了第一階段的智能天線技術研究，稱為TSUNAMI，由德國、英國、丹麥和西班牙共同合作完成。它采用DECT標準，射頻頻率為1.89GHz，天線由8個微帶貼片組成。陣元距離可調、組陣方式可變，有直線型、圓環型和平面型3種形式。數字波束形成的硬件主要包括2片DBF1108芯片，它在軟件上分別由MUSIC算法、NLMS、RLS完成測向和求得最佳的加權系數。在典型的市區環境下進行實驗表明，該智能天線能有效跟蹤的方向分辨率大約為15°，BER優于10-3。

(3)日本

ATR光電通信研究所研制了基于波束空間處理方式的多波束智能天線。天線陣元布局為間距半波長的16陣元平面方陣，射頻工作頻率為1.545GHz。陣元組件接收信號在A/D變換后，進行快速傅氏變換，形成正交波束后分別采用恒模算法或最大比值合并分集算法，數字信號處理部分由10片FPGA完成。ATR研究人員提出了智能天線的軟件天線概念。

(4)其他國家

我國的信威公司也將智能天線應用于TDD方式的WLL系統中。該智能天線采用8陣元的環形自適應陣列，射頻工作于1785~1805MHz，采用TDD工作方式，收發間隔為10ms，接收機靈敏度最大可提高9dB。此外，愛立信公司與德國運營商也將智能天線應用于GSM基站上，但該天線的智能化程度不高。韓國、加拿大等國也開展了智能天線方面的研究。

(5)用于衛星移動通信的智能天線

上文主要介紹了基于蜂窩系統的智能天線，另外還有一種用于L衛星移動通信的智能天線。該天線采用了由16個環形微帶貼片天線組成的一個4×4的方形平面陣，它的射頻頻率為1.542GHz，左旋圓極化，中頻頻率為32kHz，A/D變換器的采樣速率和分辨率分別為128kHz和8位。在數字信號處理部分，選用了10個FPGA芯片，其中8個用于16個天線支路的準相干檢測和快速傅里葉變換，另外2片則起到波束選擇、控制和接口的作用；自適應算法則選擇了CMA。系統的外場測試表明，它能產生16個波束來覆蓋整個上半空間，并且不需要借助于任何傳感器，就能用最高增益的波束來自動捕獲和跟蹤衛星信號，從而在各種復雜的環境下均能提供比采用其他天線要高得多的通信質量。

六、智能天線面臨的挑戰和發展方向

智能天線系統在改善性能的同時，也增加了收發機的復雜度。因為要對每個用戶進行定位，并且波束形成的計算量很大，所以智能天線系統中有多個計算單元和控制單元。在實施SMDA時，資源管理也成為一個必須關注的問題。作為一種新的多址方式，在頻譜分配和移動性管理上也提出了新的問題，將會對網絡管理提出更多的需求。此外，目前智能天線的物理尺寸較大，不利于構建更小的基站。

第3篇

摘要：近年發展起來的CDMA移動通信系統技術相對于FDMA、TDMA系統具有較大的容量，但由于多徑干擾、多址干擾的存在，其容量優勢并沒有得到充分的發揮，如果在基站上采用智能天線可以降低這些干擾的影響，提高系統的性能。本文通過對智能天線的認識、優勢的闡述，從而引發智能天線在現代移動通信中的重要性。

一、引言

我們知道，天線有很多種，但大體上可分為三大類:“線天線”、“面天線”及“陣列天線”。陣列天線最初用于雷達、聲納以及軍事通信中，完成空間濾波和參數估計兩大任務。當陣列天線應用到移動通信領域時，通信工程師喜歡用“智能天線”來稱謂之。智能天線根據方向圖形成(或稱為波束形成)的方式又可分為兩類:第一類，采用固定形狀方向圖的智能天線，且不需要參考信號;第二類，采用自適應算法形成方向圖的智能天線，需要參考信號。

本文在以下提到的智能天線都是指第二類，即(自適應)智能天線，這也是目前智能天線研究的主流。

二、智能天線的技術現狀

在分析研究智能天線技術理論的同時，國內外一些大學、公司和研究所分別建立了試驗平臺，用實驗的方法來驗證理論研究的成果，得出相應的結論。

(1)在美國

在智能天線技術方面，美國較其它國家要成熟的多，并已開始投入實用。美國ArrayComm公司將智能天線技術應用于無線本地環路(WLL)系統。ArrayComm方案采用可變陣元配置，有12陣元、8陣元環形自適應陣列可供不同環境選用，現場實驗表明在PHS基站采用該技術可以使系統容量提高4倍。

(2)在歐洲

歐洲通信委員會(CEC)在RACE(ResearchintoAdvancedCommunicationinEurope)計劃中實施了第一階段智能天線技術研究，稱為TSUNAMI(TheTechnologyinSmartAntennasforUniver-salAdvancedMobileInfrastructure)，由德國、英國、丹麥和西班牙合作完成。該項目是在DECT基站上構造智能天線試驗模型，于1995年初開始現場試驗，天線陣列由8個陣元組成，射頻工作頻率為1.89GHz，陣元間距可調，陣元分布有直線型、圓環型和平面型三種形式。試驗模型用數字波束成形的方法實現智能天線，采用ERA技術有限公司的專用ASIC芯片BDF1108完成波束形成，使用TMS320C40芯片作為中央控制。

(3)在日本

ATR光電通信研究所研制了基于波束空間處理方式的多波束智能天線。天線陣元布局為間距半波長的16陣元平面方陣，射頻工作頻率是1.545GHz。陣元組件接收信號在模數變換后，進行快速付氏變換(FFT)處理，形成正交波束后，分別采用恒模(CMA)算法或最大比值合并分集算法，數字信號處理部分由10片FPGA完成，整塊電路板大小為23.3cm×34.0cm。ATR研究人員提出了智能天線的軟件天線的概念。

我國目前有部分單位也正進行相關的研究。信威公司將智能天線應用于TDD(時分雙工)方式的WLL系統中，信威公司智能天線采用8陣元環形自適應陣列，射頻工作于1785~1805MHz，采用TDD雙工方式，收發間隔10ms，接收機靈敏度最大可提高9dB。

三、智能天線的優勢

智能天線是第三代移動通信不可缺少的空域信號處理技術，歸納起來，智能天線具有以下幾個突出的優點。

(1)具有測向和自適應調零功能，能把主波束對準入射信號并適應實時跟蹤信號，同時還能把零響點對準干擾信號。

(2)提高輸入信號的信干噪比。顯然，采用多天線陣列將截獲更多的空間信號，也即是獲得陣列增益。

(3)能識別不同入射方向的直射波和反射波，具有較強的抗多徑衰落和同信道干擾的能力。能減小普通均衡技術很難處理的快衰落對系統性能的影響。

(4)增強系統抗頻率選擇性衰落的能力，因為天線陣列本質上具有空間分集的能力。

(5)可以利用智能天線，實時監測電磁環境和用戶情況來提高網絡的管理能力。

(6)智能天線自適應調節天線增益，從而較好地解決遠近效應問題。為移動臺的進一步簡化提供了條件。越區切換是根據基站接收的移動臺功率的電平來判斷的。由于陰影效應和多徑衰落的影響常常導致錯誤的越區轉接，從而增加了網絡管理的負荷和用戶的呼損率。在相鄰小區應用的智能天線技術，可以實時地測量和記錄移動臺的位置和速度，為越區切換提供更可靠的依據。

四、智能天線與若干空域處理技術的比較

為了進一步理解智能天線的概念，我們把智能天線和相關的傳統空域處理技術加以比較。

(1)智能天線與自適應天線的比較

智能天線與自適應天線并沒有本質上的區別，只是由于應用場合不同而具有顯著的差異。自適應天線主要應用于雷達系統的干擾抵消，一般地，雷達接收到的干擾信號具有很強的功率電平，并且干擾源數目比天線陣列單元數少或相當。而在無線通信系統中，由于多徑傳播效應到達天線陣列的干擾數目遠大于天線陣列單元數，入射角呈現隨機分布，功率電平也有很大的動態變化范圍，此時的天線叫智能天線。對自適應天線而言，只需對入射干擾信號進行抵消以獲得信干噪比(SINR，SignaltoInterferenceplusNoiseRatio)的最大化。對智能天線而言，由于到達陣列的多徑信號的入射角和功率電平均數是隨機變化的，所以獲得的是統計意義上的信干噪比(SINR)的最大化。

(2)智能天線與空間分集技術的比較

空間分集是無線通信系統中常用的抗多徑衰落方案。M單元智能天線也可等效為由M個空間耦合器按優化合并準則構成的空間分集陣列。因此可以認為智能天線是傳統分集接收的進一步發展。

但是智能天線與空間分集技術卻是有顯著的差別的。首先空間分集利用了陣列天線中不同陣元耦合得到的空間信號的弱相關性，也即是不同路徑的多徑信號的弱相關性。而智能天線則是對所有陣元接收的信號進行加權合并來形成空間濾波。一個根本性的區別:智能天線陣列結構的間距小于一個波長(一般取λ/2)，而空間分集陣列的間距可以為數個波長。

(3)智能天線與小區扇區化的比較

小區的扇區化可以認為是一種簡化的、固定的預分配智能天線系統。智能天線則是動態地、自適應優化的扇區化技術。現在，我們來討論一個頗有爭議的問題。根據IS-95建議，當采用120°扇區時系統容量將增加3倍。由此是否可以得到結論，扇區化波束越窄系統容量提高越大?考慮到實際的電磁環境，我們認為對這一問題的回答是否定的。這是因為窄波束接收到的信號往往是由許多相關性較強的多徑信號構成的。一般情況下，各徑信號的時延擴展小于一個chip周期。這時信號波形易于產生畸變從而降低信號的質量達不到增加系統容量的目的。同時如果采用過窄的波束接收信號，一旦該徑信號受到嚴重的衰落，則將直接導致通信的中斷。另外，過窄的接收波束在工程上是難以實現的，并將成倍地增加設備的復雜度。

五、智能天線的未來展望

(1)目前還沒有一個完整的通信理論能夠較全面地將智能天線的所有課題有機地聯系起來，故需要建立一套較完整的智能天線理論;另一方面，高效、快速的智能算法也將是智能天線走向實用的關鍵。

(2)采用高速DSP技術，將原先的射頻信號轉移到基帶進行處理。基帶處理過程是數字算法的硬件實現過程。

(3)由于圓形布陣和二維任意布陣比等間隔線陣優越，同時陣列天線的數字合成算法能夠用于任意形式陣列天線而形成任意圖案的方向圖，因而可考慮在CDMA基站中采用二維任意布陣的智能天線。

(4)在移動臺中(如手機)采用智能天線技術。

(5)采用智能天線技術來改善移動通信信道中上下鏈路不能使用同一套權值的問題，以改善上下鏈路的性能。

(6)目前，智能天線技術的研究已不是單一地研究智能天線本身，應與CDMA的一些關鍵技術(如多用戶檢測技術、多用戶接收技術、功率控制等)結合在一起研究。