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TechnicalFeature 技术特写

客户端软件定义天线

可以改善链路余量并减少干扰

Client Software-Defined Antennas
Improve Link Margins, Reduce Interference

Jeff Shamblin, Taoglas, Enniscorthy, Ireland

随 着连接设备的增加以及随之而来的对于 能，可以实现动态跟踪移动设备中的信号并保
发送和接收数据的需求，人们对于蜂窝
持通信链路的优化。
网络的需求也在不断增加。为了帮助解决这一
发展趋势带来的问题，设备和天线设计人员的 软件定义天线
任务是在客户端开发更好的系统，以提高网络 一些关键任务系统需要持续可靠的连接
性能。在优化选项中，设计人员可以使用软件 或高数据速率，开发这些关键任务系统的公司
定义天线技术进行动态的通信链路优化，从而 依赖于无线电架构和天线系统的灵活性，以允
为无线电架构和天线系统提供更多的功能。这 许动态优化通信链路。这种优化可以由SDA提
使得公司可以开发更紧凑和更具成本效益的无 供，SDA支持无线电系统访问更宽的频率范围
线电系统，同时还可使系统支持更宽的工作 并使用灵活的调制来维持和提高性能。
带宽和多种调制方式。软件定义无线电设备 由于目前M2M和物联网设备的数量远远超
（SDR）的许多军事和商业应用受益于软件定 过全球智能手机的数量，蜂窝信号的拥挤和干
义天线（SDA），这些优势还可扩展到物联网 扰成为了这一领域的主要问题。随着越来越多
中的众多任务关键型应用，例如对于铁路的控 的设备需要连接到现有网络中，增加基站或者
制、地下天然气泄露探测和森林火灾的预防。 节点的数量可以作为对策，但是这样又加剧了
本文概述了SDA技术方法和带来的优势， 干扰问题。目前用于计量、车辆跟踪和工业自
这些功能使得天线性能远远超出无源天线的性 动化的蜂窝客户端设备中的无源天线系统缺乏
对波束宽度的动态控制和大阵列天线可以提供
(a) Z (b) 的前后比（front-to-back ratio）。采用SDA技术
将可提供波束宽度和角度辨别能力，以最小化
Z 基于节点的蜂窝网络如4G和5G中的干扰。
在过去的十年中，SDA已经可以使用，这
Y
主要得益于两个方面的创新：RF可调器件和RF
调制解调器芯片组。用于这些器件的各种RF可
X
Dipole Directive Antenna 调器件和制造技术已经成熟，可用的器件包括
开关、可调电容器、RF MEMS开关和可调电容
器、BST可调电容器和PIN二极管。调制解调器
X
芯片组提供了中到低延迟的实时动态优化的度
4 Directive Beams
2 dBi Gain from Dipole 量，例如信号与干扰噪声比（SINR）和信道质
量指标（CQI）。这些度量可用于确定天线系统
的最佳调谐状态。
Y
3 to 5 dB 无源天线的局限性
Additional Gain
在通信链路中，天线辐射并接收电磁能
量。尺寸为十分之几波长的天线可用于在宽角
(c)
度区域上辐射能量，其性能接近理论上各向同
图1：（a）偶极子和（b）更具方向性的天线的辐射方向图的对 性辐射器的性能，即在所有方向上均可等幅辐
比，（c）对比结果显示定向性天线可以提供更高的增益。 射。由于多径环境、多径环境中的时变变化以

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