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智慧型天線系統之簡介 一、智慧型天線系統之定義 一般對智慧型天線系統的定義如下：「智慧型天線是由一組採特 定幾何排列形式的天線元件所組成，利用切換式、掃描式或自適性的 方式控制主動性元件達成改變無線電波輻射的場型，具有提升載波干 擾比、服務區域範圍、系統容量等系統操作參數的功能。」如圖 1所 示說明空間有三個用戶，智慧型天線利用空間分隔多工的概念將天線 幅射場型形成一特定的波束 (beam)，應用空間分集的特性來區分與合 成不同方位的使用者與路徑訊號。所謂的空間分隔多工是接收端利用 使用者在空間中的不同位置對於所接 收的不同使用者訊號進行區 分。系統在接收信號時，可自該窄波束接收到最大功率來提高通訊品 質，而該窄波束以外的干擾信號則將被抑制以增加頻道容量；發射信 號時，除了可讓接收端接收到最大的功率之外，同時也會對其它接收 設備減少干擾與降低多重路徑效應的影響。 beamforming Mobile 1 Mobile 2 Mobile 3 圖 1 智慧型天線針對每個使用者形成不同的波束為用戶與基地台減 少雜訊和干擾的衝擊的示意圖 二、智慧型天線的優點 於上一段討論中，本文介紹了智慧型天線系統的定義。而根據上 述的定義，智慧型天線系統的優點將是本段所要討論之重點。為了改 變智慧型天線的波束場型，智慧型天線系統利用控制主動元件來改變 電波輻射場型，達到空間分集的功能並實現空間分隔多重進接存取之 機制，它可以提供降低時間延遲延展(time delay spread)與多重路徑衰 落 (multipath fading)的影響、增加發射效率 (transmission efficiency)與 系統涵蓋範圍及改善通訊品質與系統容量等好處，下面則將對各項智 慧型天線的優點加以描述與分析： 1.降低時間延遲延展與多重路徑衰落的影響 由於電波的多重路徑傳播特性 將造成接收天線所收到的信號為 各路徑成份的加成，而每個路徑成份則會因其傳播路徑長度、遮蔽物 特性等不同因素影響，造成其振幅大小、信號相位、到達時間、到達 方向等的變化。智慧型天線系統可使用波束合成技術來抑制多重路徑 成分及使用空間分集機制來降低信號衰落，進而減少多重路徑效應的 影響。智慧型天線會依據目標用戶所在位置產生一特定方向的窄波束 來傳遞訊號，因此用戶端將接收到方向較集中且功率較大的信號，而 其它方向則會因為波束場型的限制而降低其接收功率，利用此多重路 徑消除 (multipath cancellation)方式，可使得在接收信號時，能有效降 低延遲延展、減少多重路徑數目、集中路徑成分功率及降低同頻干擾 的效果。 2. 增加發射功率 增加基地台涵蓋範圍所依據的條件就是智慧型天線可以提高發 射效率，增加基地台涵蓋範圍與增加發射效率是一體的兩面。智慧型 天線因為具有比單獨使用全向性天線具有較高的增益，所以當行動台 以相同的發射功率作考量，具有增加基地台涵蓋範圍的效果。使用智 慧型天線可使行動台的發射機的功率降 低，增加行動台的電池壽命和 低降低發射機的價格等好處。 3. 增加基地台涵蓋範圍 相較於使用單一全向性天線之傳統系統 ，在相同發射功率的條件 下，智慧型天線系統可使得基地台的服務區域擴大而增加系統之涵蓋 範圍。上鏈時，因為智慧型天線擁有較高的天線增益，而對訊號傳播 造成的路徑損失所能容忍的值亦較高，因此在相同的發射功率下，由 於對路徑損失容忍度的增加，用戶端與基地台之間的距離可被加以延 伸；在下鏈時，智慧型天線則會依據目標用戶所在位置產生一方向較 集中、功率較大的窄波束來傳遞訊號，因此用戶端在相同距離下將接 收到較大功率的訊號，相對的，用戶端能以較遠的距離接收到由基地 台所發射的相同功率訊號。 4. 提升通訊品質 在通訊系統中，討論通訊品質的 方法通常是在一定訊雜比 (Signal-to-Noise Ratio, SNR)的條件下分析位元錯誤率 (Bit Error Rate, BER)或訊符錯誤率 (Symbol Error Rate, SER) ，或是在一定的位元錯誤 率或訊符錯誤率條件下比較訊雜