摘要本文分析了PHS系統(tǒng)的無線信道對(duì)電波傳輸?shù)母鞣N影響，提出了PHS系統(tǒng)中所采用的改善系統(tǒng)性能的天線技術(shù)，并展望了今后PHS系統(tǒng)天線技術(shù)的發(fā)展。

1 前言

PHS是個(gè)人便攜電話系統(tǒng)（Personal Handyphone System）的簡(jiǎn)稱，又稱為“小靈通”。它工作在1.9GHz的頻段，采用微蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個(gè)基站可以覆蓋100-300米范圍。它在我國(guó)的發(fā)展已經(jīng)有五年的歷史，自從1998年浙江省余杭市在國(guó)內(nèi)首先開通無線市話后，小靈通在全國(guó)各地像雨后春筍般地迅猛發(fā)展，由于它能以市話的價(jià)格提供移動(dòng)電話的服務(wù)，因此吸引了大量的用戶，至2002年底用戶量已迅速突破1250萬，2003年極有可能要達(dá)到2500萬。但是，作為一種采用無線技術(shù)的個(gè)人通信系統(tǒng)，PHS系統(tǒng)的無線信道面臨著各種問題，如多徑傳輸引起的快衰落問題，頻率復(fù)用引進(jìn)的同頻干擾問題等，這些問題解決的好壞將直接影響PHS網(wǎng)絡(luò)的通話質(zhì)量，從而對(duì)PHS系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。

本文分析了PHS系統(tǒng)中使用分集接收、自適應(yīng)天線、智能天線等技術(shù)的基本思路，以及對(duì)PHS系統(tǒng)性能的改善。

2 分集接收技術(shù)

PHS屬于低功率系統(tǒng)范疇，基站作用范圍通常在幾十到幾百米以內(nèi)，因此小尺度衰落對(duì)基站的影響十分明顯。小遲度衰落是指無線信號(hào)在經(jīng)過短時(shí)間或短距離傳播后其幅度快速衰落，這種衰落是由于同一傳輸信號(hào)沿兩個(gè)或多個(gè)路徑傳播，以微小的時(shí)間差到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)相互干涉引起的，其三個(gè)主要效應(yīng)表現(xiàn)為：

* 經(jīng)過短距或短時(shí)傳播后信號(hào)強(qiáng)度的急劇變化；

* 在不同多徑信號(hào)上，存在著時(shí)變的多普勒頻移引起的隨機(jī)頻率調(diào)制；

* 多徑傳播時(shí)延引起的擴(kuò)展（回音）。

在PHS系統(tǒng)中，采用分集接收技術(shù)作為抗衰落技術(shù)。分集接收技術(shù)的基本思想是：如果選取了一個(gè)信號(hào)的兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的采樣，這些樣本的衰落是不相關(guān)的。這意味著所有樣本同時(shí)低于一個(gè)給定電平的概率比任何一個(gè)樣本低于該值的概率要小得多。M個(gè)樣本同時(shí)低于一個(gè)確定電平的概率是Pm，其中P是單個(gè)樣本低于該電平的概率。因而，我們看到由不同樣本適當(dāng)合并而成的信號(hào)比任何一個(gè)單個(gè)樣本的衰落現(xiàn)象要輕得多。分集技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于能提高系統(tǒng)性能而不需增加發(fā)射機(jī)功率。分集技術(shù)分為空間分集、頻率分集、極化分集等，PHS系統(tǒng)使用的基站天線采用空間分集的方式。

分集接收效果的良好與否，決定于兩種信號(hào)衰落的相關(guān)程度，可以用相關(guān)系數(shù)表示，相關(guān)系數(shù)越小，則分集接收的效果越好，相關(guān)系數(shù)越大，則分集接收的效果越差。對(duì)于空間分集來說，兩根接收天線相距越遠(yuǎn)，相關(guān)系數(shù)就越小，兩根天線同時(shí)位于衰落零點(diǎn)的概率越小。采用空間分集方式的天線，其設(shè)計(jì)依賴于天線高度與天線間距離的比值H，即H=h/d，對(duì)于水平分集天線，H是最優(yōu)經(jīng)驗(yàn)值是11，這時(shí)可獲得最優(yōu)分集增益。而兩天線之間間距應(yīng)為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，并且現(xiàn)有的PHS系統(tǒng)基站天線的距離應(yīng)大于5倍的波長(zhǎng)，天線高度與天線間距的最優(yōu)經(jīng)驗(yàn)值如表1所示：

3 自適應(yīng)天線技術(shù)

PHS是采用微小區(qū)制來組網(wǎng)的，它把整個(gè)服務(wù)區(qū)劃為許多個(gè)微小區(qū)，這些微小區(qū)有機(jī)地組合在一起以滿足整個(gè)無線區(qū)移動(dòng)通信的需求。PHS系統(tǒng)在各小區(qū)內(nèi)采用動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)，隨著通話建立過程為小區(qū)站自行分配最佳的頻率信道。但是PHS系統(tǒng)的頻率復(fù)用帶來了同頻干擾的問題，同頻干擾的存在使系統(tǒng)的頻率利用率降低，從而導(dǎo)致系統(tǒng)容量的下降。在PHS系統(tǒng)中，若采用自適應(yīng)天線技術(shù)則可降低同頻干擾。

自適應(yīng)天線中不同用戶的信號(hào)先通過多工器合成為一路信號(hào)，然后將該路信號(hào)分為D路（D為天線單元數(shù)），這些信號(hào)分別以系數(shù)W1,W2…Wn進(jìn)行加權(quán)，然后送到各天線單元上。各天線單元上的合成信號(hào)波形相同，只是幅度和相位有所不同。

采用自適應(yīng)陣列天線技術(shù)的PHS基站對(duì)覆蓋區(qū)域內(nèi)的天線方向圖，可以通過調(diào)整每個(gè)天線發(fā)射信號(hào)的相位、幅度，使得在通信方向的天線增益最大，而在干擾方向上的天線增益減小，從而減少干擾，載干比（C/I）改善可達(dá)10dB。

采用了自適應(yīng)天線技術(shù)后，使得在基站與基站覆蓋相鄰的區(qū)域中場(chǎng)強(qiáng)有明顯高低區(qū)分，手機(jī)切換干擾減小，避免了反復(fù)切換掉話的現(xiàn)象。

在日本的實(shí)際測(cè)試結(jié)果：自適應(yīng)天線基站的頻率利用率比普通型基站高4倍。也就是說在同等頻率干擾程度下，自適應(yīng)天線基站可比普通型基站多3倍的基站密度。自適應(yīng)天線基站的高抗干擾能力使得在高話務(wù)區(qū)比普通型基站更能有效的解決話務(wù)量和頻率沖突的矛盾。

4 發(fā)展的方向；智能天線技術(shù)

90年代以來，移動(dòng)通信領(lǐng)域出現(xiàn)了一個(gè)新的研究熱點(diǎn)——智能天線技術(shù)，它在提高系統(tǒng)通信質(zhì)量、緩解無線通信日益發(fā)展與頻譜資源不足的矛盾、以及降低系統(tǒng)整體造價(jià)和改善系統(tǒng)管理等方面，都具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。日本在PHS系統(tǒng)中的測(cè)試表明，采用智能天線可減少基站數(shù)量，由于PHS等系統(tǒng)的通信距離有限，需要建立很多基站，若采用智能天線技術(shù)，就可以降低成本。

智能天線首先將每個(gè)用戶信號(hào)分為D路（D為陣列單元數(shù)），然后對(duì)每個(gè)用戶信號(hào)進(jìn)行分別加權(quán)，產(chǎn)生MxD的信號(hào)（M為用戶數(shù)），最后將相應(yīng)的M路信號(hào)合為一路送到各個(gè)天線單元，由于各天線單元信號(hào)都是由M路信號(hào)以不同加權(quán)系數(shù)組合而成，因此各天線單元信號(hào)的波形是不同的，構(gòu)成了M個(gè)信道方向圖。對(duì)每個(gè)信道，當(dāng)只有A點(diǎn)信號(hào)存在，通過選取W11、W12…W1D進(jìn)行加權(quán)，可以得到A點(diǎn)的信道方向圖，當(dāng)只有B點(diǎn)信號(hào)存在時(shí)，可以選取W21、W22…W2D進(jìn)行加權(quán)，得到B點(diǎn)的信道方向圖，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)同時(shí)存在時(shí)，由場(chǎng)的疊加原理可知，智能天線的功率方向圖為兩個(gè)信道方向圖的疊加，從而保證兩個(gè)用戶信號(hào)共用一個(gè)傳統(tǒng)的信道，實(shí)現(xiàn)空分復(fù)用。

智能天線系統(tǒng)中，各信道波束是互不相關(guān)的，能夠獨(dú)立的調(diào)整各信道波束區(qū)分別跟蹤信號(hào)，所能產(chǎn)生的信道波束與天線單元陣列數(shù)無關(guān)，每個(gè)用戶信號(hào)對(duì)應(yīng)一套（D個(gè)）加權(quán)器，從而可以滿足增加系統(tǒng)容量，抑制干擾的要求。智能天線的最大魅力在于，它可以利用信號(hào)方向的不同，將不同的信號(hào)區(qū)分開，從而對(duì)傳統(tǒng)信道進(jìn)行空分復(fù)用，成倍地提高系統(tǒng)容量。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，分集接收與自適應(yīng)天線作為兩種比較成熟的天線技術(shù)，在PHS系統(tǒng)中得到了廣泛的運(yùn)用，并且取得了良好的效果。而智能天線作為一種全新的天線技術(shù)，目前處在研制階段，它是進(jìn)一步提高移動(dòng)通信系統(tǒng)容量及質(zhì)量的最大希望所在，其前景是光明的，但是困難和問題也很多，值得我們進(jìn)一步研究與開發(fā)。