WLAN中的智能天线技术讲座学习报告

WLAN中的智能天线技术讲座学习报告

通过对殷勤业教授WLAN中的智能天线技术讲座的学习，我受益匪浅。以下是我的感想：

21世纪是信息化网络时代，，所谓计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。计算机网络如今已广泛应用于几乎各个行业。但传统的有线网络具有布线复杂，布线成本高，劳动强度高，网络本身组建、维护和升级的费用都比较高，不宜于移动办公的缺点，无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，一方面，它在有线局域网的基础上通过无线Hub、无线访问节点(Access Point，AP)、无线网关、无线网卡以及天线等设备使计算机之间的无线通信得以实现，从而在大量的应用环境中弥补了有线网络的不足；另一方面，WLAN具有建网快捷，支持终端移动性，网络结构弹性化等固有优势．特别是近年来，各种功能强大的便携式数据终端以及多媒体终端因价格大幅下降而迅速普及、WLAN标准的进一步完善和相互融合、新型无线传输技术的层出不穷等极大促进了WLAN的迅猛发展，业已在医疗、销售、制造、仓储、运输、家庭办公以及学校等众多不适合布线或需要移动办公的企事业单位和场合得到了广泛应用．

尽管无线局域网在日常生活中的作用越来越大，但其性能和速度与传统以太网相比还有一定距离，因此如何提高无线网络的性能和容

量日益显得重要．这里对无线局域网仍需面对的一些关键问题进行讨论．

(1)无线信道直接导致的问题与有线网络截然不同的是，由于WLAN使用无线频带。电磁环境较为复杂，信道经常会发生剧烈的变化，多径效应引起的频率选择性衰落和其他干扰源的存在使实现无线信道的高速数据传输比有线信道困难．

(2)系统容量低从根本上说是由于无线通信有限的频谱资源导致．有限的频谱资源也制约了数据传输速率．只有通过提高频谱利用率来解决这一问题．的提高又会导致误码率增大．

(3)随着无线局域网业务种类的增多，对网络吞吐量和服务质量的要求也就越来越高．提高频率利用率是解决这一问题的方法之一．

(4)覆盖范围不是无线局域网的关键同题．但是它会制约系统容量、数据速率以及吞吐量．接入无线局域网的用户数与日俱增，导致要想达到同样的数据速率，不得不降低网络的覆盖范围．研究表明，随着距离和用户数量的增加。实际数据速率远远低于理论速率，数据吞吐率也会随着距离的增大而急剧下降．

为了解决这些问题，克服老式产品中缺陷的一个技术就是采用一种新的划算的智能天线技术。智能天线能够压制干扰信号、抗信号衰减和提高信号传输距离，从而提高无线系统的性能和容量。虽然智能天线改善了WLAN的性能，但是，各种空间处理技术在各种类型的系统中有不同的优势和劣势，因此，全面了解各项技术是非常重要的。

波束切换天线系统

波束切换天线系统是在覆盖范围内产生多个不同指向的窄波束，每一时刻仅选择一个波束覆盖范围进行通信．其中，每个波束可以由单个有向天线阵元(如喇叭口天线)产生，也可以由多个天线阵元组成天线阵产生，波束切换智能天线的“智能性”主要体现在其波束切换要受到波束选择算法的控制．具体而言，在波束切换系统中，波束选择算法首先要确定用户处于哪个波束中，然后将开关切换到具有最佳接收性能的那个波束．

波束切换系统使用固定的波束形成网络，一般在射频端实现．这样的渡束切换系统存在一些局限．首先，对于那些波达方向与期望接收分量方向十分接近的多径分量，系统无法保证期望分量免受其干扰．其次，由于扇贝现象，无线设备接收到的功率电平要发生波动。扇贝现象是指当DOA与BFN产生的波束轴线发生偏离时，天线方向图的滚降系数将发生变化，是角度的函数．通常BFN产生的波束在3dB点处交叉．因此当无线设备从某个波束的中心移向边缘时，用户的信号强度要发生变化．

尽管具有上述缺点，波束切换系统产生的阵歹IJ增益能够显著提高系统容量及覆盖范围。而且复杂度和成本较低，因而受到制造商们的青睐。

波束形成天线系统

波束形成天线系统由天线阵元间距小于或等于1／2电波波长的

多个天线阵元构成．可呈现为线阵、圆阵或面阵等不同几何分布，并可动态地调节各个天线的权值，利用电波相干叠加的原理减少干扰，实现系统容量的提升。

自适应天线系统的波束形成过程(主要指阵列权值的调整)既可以在射频完成．也可以在中频或基带完成，但一般在基带进行波束形成比较简单．阵列权值的自适应调整过程可以使阵列产生的波束方向动态地对准来波方向，并可以在于扰方向设置零陷，起到于扰抑制的作用．因此，在WLAN中应用自适应波束形成技术，除了可以提供波束切换系统能够提供的阵列增益外，还可以提供干扰抑制增益，从而有效地提高系统容量和传输速率．

分集天线系统

分集天线系统由阵元间距远大于电波波长的多个天线构成，其几何分布可以具有不规则性和任意性．在大多数散射环境中，分集天线是一种非常有效的抵御多径衰落的方法，通过使接收到的多径信号变成互不相关的信号，从而达到改善系统接收性能的目的．分集天线同波束形成天线的最大不同在于：前者要求分集用的多信号彼此之间应经历理想的独立衰落，而后者则要求多个天线阵元上的多信号彼此之间应具有理想的相关性．另外，分集天线更适合应用于宽带系统．

分集天线系统可细分为接收分集、发射分集和发射接收分集等三种结构．其中发射接收分集是发射分集与接收分集的综合，由多个发射多个接收天线构成，具有空域的多输入多输出体系结构．具有MIMO

结构的发射/接收分集系统结合了发射分集与接收分集的特点，是目前中智能天线技术的研究热点，所以我们重点介绍这种基于收／发分集的MIMO系统．

WLAN中波束切换系统的设计

WLAN中的波束切换系统实现起来比较简单，主要涉及天线单元、天线阵列以及高频开关阵列的设计． （1）天线单元设计

在无线通信中，天线单元的选择非常关键．除了必须满足系统提出的频带、驻波比、增益、极化等性能指标外，在实际中还要做到单元间的互耦小、一致性好和加工方便等．

天线的种类繁多，形式多样．典型的大类就有反射面天线、喇叭天线、线天线、缝隙天线等．这里要着重介绍微带天线．微带天线与普通微波天线相比，具有剖面薄，体积小，重量轻；可与载体表面共形；馈电网络可与天线结构一起制成，适合于用印刷电路技术大批量生产；能与有源器件和电路集成为单一的模件；容易实现双频段工作等大量优点因而得到广泛的应用． （2）天线阵列设计

天线阵通常采用线阵和面阵两种形式．线阵的馈电结构 一般采用串馈或并馈．微带串馈线阵的结构形式很多，可以根据馈源

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