5G十大关键技术之五的智能天线(Smart Antenna)

原创 信息科学前沿探索  2020-03-21 14:24  阅读 175 次浏览 次

笔者在描述5G的十大关键技术时,列举了其中一个关键技术是:智能天线(Smart Antenna)。

5G十大关键技术之五的智能天线(Smart Antenna) 5G天线 第1张

在讨论智能天线之前,我们有必要知道智能天线的定义和工作原理,以及5G移动通信中实现智能天线技术的要素包含哪些。

智能天线从狭义上来理解也叫做自适应阵列天线,从广义上理解包含天线阵列、波束成形网络和波束成形算法(关于波束的概念,在描述波束成形的技术时讲过,此处不再赘述)。智能天线的工作原理是将无线电磁波信号引导至某一有效方向,即在自由空间生成定向波束,使得天线主波束瞄准用户方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,从而实现移动用户信号收发过程高效,同时抑制或避免干扰信号的影响。

5G十大关键技术之五的智能天线(Smart Antenna) 5G天线 第2张

从本质上而言,智能天线技术是通过满足某种要求的算法去改变各阵元收发信号的加权幅度及相位,从而实现自适应调节天线阵列的方向图形状,达到加强有效信号收发质量的目的,并尽可能地抑制信道间干扰。

实际应用中,如果要面向自由空间无线信号传输过程来部署5G移动通信网络,必须要对天线阵列进行有效设计;那么,采用智能天线技术可以实现最有效的无线信号收发空分复用(SDMA)过程。因为智能天线的引入将有助于减轻无线信号遭遇的信道间干扰,所以从另一方面讲,移动基站和用户终端的有效功耗会降低,并且收发无线信号的工作覆盖区域也将时刻保持最佳状态。

5G十大关键技术之五的智能天线(Smart Antenna) 5G天线 第3张

面向5G时代,我们必须清醒认识到:移动基站中的智能天线部署过程必须要结合系统规划而不是单独设计;智能天线技术的实现不只是涉及到收发电磁波的过程,还必须考虑天线系统的滤波特性、增益作用、抑制干扰的有效性和区域覆盖范围。就上行过程而言,移动基站需要利用智能天线技术来估计用户终端多径信号电磁波的到达方向,并联合空间滤波器和联合检测算法来实现上行传输的波束成形;就下行过程而言,移动基站需要利用智能天线技术来对发射信号进行下行波束成形,保证移动基站发射的无线信号经由用户终端来波方向发送回用户终端。

5G十大关键技术之五的智能天线(Smart Antenna) 5G天线 第4张

综上所述,5G时代要实现“智连无线业务应用”,智能天线技术的设计和建设过程就必须立足天线阵列、波束成形网络和波束成形算法来进行综合谋划。

最后,还得补充一句我说过的老话:以上只是个人浅见,读者仁者见仁,智者见智,供大家斟酌。

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