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

　　由于智能天线引入时需对网络做相应的硬件改造，同时考虑到其价格，在目前的 GSM 网络中比较适合的策略是在局部站点引入智能天线。引入智能天线的目的主要在于利用其特点降低网内的频率干扰，因此建议引入智能天线的无线基站选择那些站点位置高、对其他小区干扰严重的站点。如深圳的试验站点选择了市区的一个小区，该站点比周围站点的高度高出约 10 米 、与周围站点平均站距为 500 米 ，在该小区覆盖区域存在较多的信号重叠覆盖。

2 ．道路测试中下行干扰的改善

　　为了更明显地对比引入智能天线前后对下行干扰的情况，在试验过程中，我们人为地将与试验小区方向正对的小区频率改为与试验小区同频。理论上，智能天线将下行信号强度集中在有话务的区域，因此会降低对其他小区的干扰，其中（ a ）为使用普通定向天线的小区覆盖情况， (b) 为使用智能天线的小区覆盖情况。

　　（ 1 ）下行信号强度的比较

　　在实际应用中通过对比智能天线引入前后的下行信号强度的变化，可评估其对下行干扰的改善，智能天线通过减少下行场强达到降低对其他小区干扰的目的。在试验中针对智能天线不同波束方向在忙时（ 10 ： 00-12 ： 00 ）进行了持续的场强测试（超过 15 分钟）。

信号场强降低程度在 1.4-8.1dbm 间变化，信号强度变化不同的原因，一方面是天线的扇形覆盖，另一方面是话务在不同波束方向的分布不同。

　　（ 2 ）载干比的对比测量

　　由于原网络中频率复用距离很远，同频干扰很小，为了加强对比效果我们将与试验小区方向正对的邻小区改为同频小区（这种情况在目前的扇区天线下是会引起严重质差应尽量避免的）。选中的邻小区是最可能受到试验小区干扰的，特别是在该区域的一条主干道上，选中的小区为服务小区，试验小区为第一邻区。选择主干道上的 7 个点为 C/I 的测试点，利用 TEMSinvestgation 测试频点 1 的 C/I 值，对比更换智能天线前后的 C/I 值。

更换天线前后，干扰信号强度变化曲线规律一致，说明更换前后的无线环境是类似的。对比更换前后的干扰小区信号强度，应用智能天线后下行干扰最大可降低 3.3dB ，相当于降低了 53% 的下行干扰。测试点 1 、 2 、 3 的下行干扰没有改善，估计是由于测试点周围有阻挡引起测试点收到较多的反射信号。

3 ．统计指标的对比

　　在试验期间，我们对比掉话率、 SQI （话音质量指示）、话务掉话比等各项指标并进行了总体观察，发现应用了智能天线后，试验小区及周围邻小区话务质量有了一定的改善。

（ 1 ）话音信道掉话率指标的前后对比如。

使用智能天线后，小区集的掉话率指标有一定提升，使用了智能天线后，平均掉话率从 0.46% 下降为 0.41% 。

（ 2 ） SQI 指标情况

以 SQI 为 “ 好 ” 的等级比例在应用智能天线前后的变化为例，整个小区集的 SQIGOOD 比例从 85.71% 上升到了 87.94% ，这表明在应用智能天线后用户可以享受到更好的语音质量。

（ 3 ）话务掉话比是可以较全面地衡量网络质量变化的一个指标，在应用智能天线前后，话务掉话比也有明显提升，从 105.22 分钟提高到 128.24 分钟，即两个连续掉话的时间间隔扩展了 23 分钟。

4 ．上行干扰的改善

　　理论上，由于智能天线是多波束的天线，因而接收信号时能够将接收的多径信号进行最大比例合路计算得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，达到改善上行干扰的目的。与下行干扰的改善不同的是，应用智能天线后只改善应用了智能天线的小区，而下行干扰的改善是针对整个区域的小区。

上行干扰的指标由统计人员通过 OSS 的上行质量统计、手机发射功率变化、话务统计指标三个方面进行分析。

　　（ 1 ） OSS 统计的上行质量统计

在爱立信系统中，可通过 BTS 收集上行信号的质量得知，应用智能天线后小区的上行质量有所提高。

　　（ 2 ） OSS 统计的手机功率变化

由于在系统中已应用了上行的功率控制，因此手机的发射功率一直根据 BTS 测量到的上行信号强度和上行质量情况来调节的，手机的发射功率越小，说明上行的信号强度和信号质量越好，在上行信号强度无明显的情况下，手机的发射功率与上行信号质量就有一定的对应关系。爱立信的 OSS 统计中有针对手机发射功率的统计，应用智能天线后手机满功率（ 33dB ）的比例从 40% 降低到 18% ，手机平均发射功率减少了 2.7dB ，相当于在空中手机发射功率降低了 46% ，这对上行干扰的改善是很大的。

　　（ 3 ）上行质差引起掉话统计

应用智能天线前后上行质差掉话统计指标也有一定提高，上行质差掉话比例从 9.7% 下将到了 1.6% （上行质差掉话比例是指上行质差引起的掉话占所有掉话的比例）。应用了智能天线后上行干扰有显著改善。

四、小结