隨著移動通信的蓬勃發(fā)展，用戶數(shù)量迅速增加,，頻譜資源越來越緊張,，如何利用現(xiàn)有頻譜資源進一步擴展容量已成為移動通信發(fā)展的關鍵問題。智能天線技術利用陣列天線替代常規(guī)天線,，能夠降低系統(tǒng)干擾,，提高系統(tǒng)容量和頻譜效率，因此智能天線技術受到業(yè)界的廣泛關注,。
最初的智能天線技術主要用于雷達,、聲納相控陣天線，完成空間濾波和定位等,。近年來,，隨著現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術的發(fā)展，數(shù)字信號處理芯片處理能力的提高和價格的降低,，以及ASIC技術的日益成熟,，智能天線技術不久即將應用于移動通信系統(tǒng)。
一,、智能天線原理
從方向圖來區(qū)分,，天線主要有全向天線和定向天線兩種：全向天線在各個方向的發(fā)射和接收均相同，應用于360°覆蓋小區(qū),；當采用小區(qū)分裂技術后,，應采用僅覆蓋部分小區(qū)的定向天線。后者與前者相比,，提高了信道復用率。上述兩種方式的覆蓋區(qū)域形狀是固定的,。智能天線可以產(chǎn)生多個空間定向波束,，動態(tài)改變覆蓋區(qū)域形狀，使天線主波束對準用戶信號到達方向,，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向,，并且自動跟蹤用戶和應用環(huán)境的變化，從而有效抑制干擾,，提取用戶信號,，提高鏈路性能和系統(tǒng)性能,。
與時分多址、頻分多址或碼分多址相對應,，智能天線為一種空分多址SDMA技術,。它與其他的多址方式相配合，增加了自由度,，因此可以有效地增加系統(tǒng)容量,、減小干擾和衰落、降低系統(tǒng)成本,。在不增加系統(tǒng)復雜度的情況下,，使用智能天線可滿足服務質(zhì)量和網(wǎng)絡擴容的需要。
二,、智能天線分類
波束形成是智能天線的關鍵技術,，是提高信干比、增加用戶容量的保證,。波束形成對陣列天線的波束幅度,、波束指向和波束零點位置進行控制，在期望方向保證高增益波束指向的同時,，在干擾方向形成波束零點,，并通過調(diào)節(jié)各陣元的加權幅度和加權相位來改變方向圖形狀。智能天線可以分為預多波束和自適應波束兩大類,。
1．預多波束形成
預多波束預先生成多個固定波束覆蓋某個小區(qū),。根據(jù)接收到的用戶信號，確定用戶所在的波束,，用戶在小區(qū)內(nèi)移動時,，實現(xiàn)用戶和波束的切換。下行波束采用與上行波束相對應的權值,。預多波束切換類的關鍵在于確定與用戶對應的波束,。
預多波束對于處于非主瓣區(qū)域內(nèi)的干擾，可以通過控制旁瓣來抑制,。對于處于主瓣區(qū)域內(nèi)的干擾,，系統(tǒng)將無法抑制。
在TDMA和FDMA系統(tǒng)中的計算和模擬顯示,，利用30°的預多波束智能天線系統(tǒng)平均有7.6dB的增益,，系統(tǒng)頻率復用系數(shù)為4時可達到頻率復用系數(shù)為7的容量。波束處理系統(tǒng)由預多波束形成子系統(tǒng)和預多波束切換子系統(tǒng)組成,。傳統(tǒng)基帶處理部分包括：Rake合并,、功率控制指令產(chǎn)生、解交織、信道解碼等等,。
2．自適應波束形成
自適應波束形成通過調(diào)節(jié)各陣元的加權幅度和加權相位,，來改變陣列的方向圖，使陣列天線的主瓣對準期望用戶,；同時陣列天線的零點和副瓣對準其他用戶,，從而提高接收信噪比，滿足某一準則下的最佳接收,。它同預多波束的區(qū)別在于：某一用戶的波束要隨著用戶移動而移動,。自適應波束的結構有許多種。
主要的自適應算法有如下幾種：
a．基于波達方向估計
經(jīng)典DOA估計方法有著名的MUSIC,、ESPRIT及其改進算法,，還有最大似然估計、基于高階累計量,、基于特征值分解的次最優(yōu)估計等方法,。該類算法要解決的問題是計算復雜、自由度小,、矩陣分解等等,。
b．非盲自適應處理
自適應處理中的期望信號對自適應處理結果影響很大。在CDMA系統(tǒng)中,，由于提供了導頻信道,，因此完全有條件進行非盲自適應處理。LS-DRMTA,、LS-DRMTCMA就是該算法的具體實例,。
c．盲自適應波束形成
盲自適應是無法提供自適應算法中要求的期望信號，只能利用傳輸信號的特性進行波束形成,，實現(xiàn)盲自適應算法,。這種方法不是最優(yōu)估計，典型的代表有CMA恒模算法 ,。CMA有許多變形,，如MT-LSCMA、MT-DD等,。
三,、智能天線對移動通信系統(tǒng)的影響
1．智能天線的優(yōu)點
智能天線對系統(tǒng)性能的改善如下：
a．提高系統(tǒng)容量
智能天線采用窄波束接收和發(fā)射移動用戶信號，降低了其他用戶的干擾,，因此對于自干擾系統(tǒng)如CDMA系統(tǒng),，可以有效地提高系統(tǒng)容量；同時,，采用空分技術復用信道，也增加了系統(tǒng)容量。
b．增大覆蓋范圍
波束形成是多根天線的矢量疊加,，等效為天線增益的增加,，也就是提高了基站接收機的靈敏度和基站發(fā)射機的EIRP有效全向輻射功率 。這意味著在同樣的接收和發(fā)射條件下可以達到更遠的通信距離,，因此增大了覆蓋范圍,。
c．降低系統(tǒng)干擾
采用窄波束的主瓣接收和發(fā)射信號，旁瓣和零點抑制干擾信號,，可以降低系統(tǒng)干擾,，提高陣列的輸出信噪比，即提高系統(tǒng)的抗干擾能力,。除外,，它對于移動系統(tǒng)中的多徑干擾也有一定的削弱作用。
d．降低系統(tǒng)成本
由于波束形成的增益可以減小對功放的要求,，降低基站的成本,，并提高可靠性；同時可以減小移動臺的體積和重量,，延長了移動臺的電池使用壽命,，降低移動臺的成本。
e．增加增值業(yè)務
智能天線可以獲得移動用戶的方位信息,，同其他技術配合可以實現(xiàn)移動用戶的無線定位,。無線定位目前是移動通信領域的熱點技術，將來的市場潛力巨大,，這是一項很有實用價值的增值業(yè)務,。
2．智能天線存在的問題
a．增加了系統(tǒng)復雜度
智能天線需要高效的算法、高速的DSP器件,，滿足實時性處理要求,。智能天線的算法結構應該盡量能夠兼容常規(guī)的處理結構，便于系統(tǒng)靈活配置,，降低成本,。采用智能天線的基站要能夠和常規(guī)基站混合組網(wǎng)，兼容網(wǎng)絡側的管理和維護,。
b．增加了通道校正
如果要在基帶完成波束形成,，則需要進行通道校正，提高了通道要求,。
四,、結束語
智能天線技術是近年來移動通信領域的研究熱點。它在PHS中已經(jīng)得到商用,，在第3代移動通信系統(tǒng)中更倍受關注,，WCDMA和CDMA2000都不同程度地對智能天線技術給予支持,，TS-SCDMA明確表示使用智能天線?？梢哉f,，智能天線是未來移動通信的一項關鍵技術，該技術在其他的無線系統(tǒng)中也有著光明的發(fā)展前景,。
