智能天线是什么？它是如何炼成的？

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一、什么是智能天线?

智能天线是指使用多个天线组成天线阵列，通过智能算法计算出最佳的天线组合，使各天线发射的信号在信号接收端叠加增强，从而增加信号覆盖距离，提高传输速率。智能天线可通过波束成型和天线阵列两种技术实现，而将两种技术相结合，则能够发挥两种技术的优势，从而达到更好的效果。

Wi-Fi(WiFi)标准已演进到了第6代的Wi-Fi 6(802.11ax)，Wi-Fi 6在理论速率接近10Gbit/s，但在实际使用中，往往无法给用户带来超高的速率。这是因为在无线通信中，用户最终体验到的速率不仅仅由Wi-Fi标准决定，还受无线环境中的各种干扰和障碍物的影响，[天线的隔离度如何提高]。

为了提升用户最终的体验速率，需要增加AP的覆盖范围来提高信号质量，并减少信号间的干扰，而天线作为无线通信的核心组件，决定了发射信号的波束，影响着AP的覆盖范围。天线根据其在平面上的方向性，分为全向天线和定向天线。在实际的Wi-Fi 网络环境中，定向天线主要用于高密和回传场景，其他多数场景下AP都使用普通全向天线。

有3个较为突出的难点需要解决：

· 边缘覆盖： 普通全向天线的增益有限，对于近距离用户可以提供较好的体验，对于中远距离接近覆盖边缘的用户则无法提供服务或者只能提供较低速率的体验。

· 跨障碍物覆盖： 实际环境中不可能空无一物，往往存在诸如木板、玻璃、墙体等材质的障碍物。当天线和用户中间存在障碍物遮挡时，无线信号穿过障碍物会有不同程度衰减，导致用户体验变差。

· 高密场景覆盖： 在用户分布密集的环境中，多用户并发会导致空间内的干扰大大增加，即使Wi-Fi 5和Wi-Fi 6相继引入了MU-MIMO和OFDMA等多用户技术，但对接近覆盖边缘的用户体验提升并不明显。

二、智能天线是如何炼成的

智能天线技术前身是一种波束成形(Beamforming)技术。波束成形技术是发送方在获取一定的当前时刻当前位置发送方和接收方之间的信道信息，调整信号发送的参数，使得射频能量向接收方所处位置集中，从而使得接收方接收到的信号质量较好，最终能保持较高的吞吐量。该技术又分为芯片方式(On-Chip) 和硬件智能天线方式 (On-Antenna)的两种。

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，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。

智能天线系统的核心是智能算法，智能算法决定瞬时响应速率和电路实现的复杂程度，因此重要的是选择较好算法实现波束的智能控制。通过算法自动调整加权值得到所需空间和频率滤波器的作用。已提出很多著名算法，概括地讲有非盲算法和盲算法两大类。非盲算法是指需借助参考信号(导频序列或导频信道)的算法，此时，接收端知道发送的是什么，进行算法处理时要么先确定信道响应再按一定准则(比如最优的迫零准则zero forcing)确定各加权值，要么直接按一定的准则确定或逐渐调整权值，以使智能天线输出与已知输入最大相关，常用的相关准则有SE(最小均方误差)、LS(最小均方)和LS(最小二乘)等。盲算法则无需发端传送已知的导频信号，判决反馈算法(Decision Feedback)是一种较特殊的算法，接收端自己估计发送的信号并以此为参考信号进行上述处理，但需注意的是应确保判决信号与实际传送的信号间有较小差错。

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