隨著無線通信業(yè)的高速發(fā)展及無線通信用戶的飛速增長，市場對無線通信技術(shù)的不斷改進和更新提出了更高的要求。而如何提高無線頻譜的使用效率則是近些年來各種新技術(shù)所面臨解決的核心問題。尤其是當(dāng)我國全面進入WTO后，移動通信產(chǎn)業(yè)隨著同世界全面接軌，將面臨新的挑戰(zhàn)。目前，頻率資源的投入已成為全球各運營商資金投入成本的重要組成部分。可以預(yù)言，在我國，頻率資源不再無償使用的日子已為期不遠了。因此，如何采取新技術(shù)提高有限頻率資源的使用效率已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的課題。全球第一部移動手機的研發(fā)者，被譽為“世界手機之父”的馬丁·庫珀先生曾經(jīng)說過“我們并不缺乏頻率，我們?nèi)狈Φ氖穷l率的使用效率。”近些年來，隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，智能天線技術(shù)作為有效解決這一問題的新技術(shù)已成功應(yīng)用于移動通信系統(tǒng)，并通過對無線數(shù)字信號的高速時空處理，極大的改善了無線信號的傳輸，成倍地提高了系統(tǒng)的容量和覆蓋范圍，從而極大的改善了頻譜的使用效率。 

一、智能天線的原理 

智能天線最初廣泛應(yīng)用于雷達、聲納及軍事通信領(lǐng)域，后來被引入移動通信系統(tǒng)中。智能天線通常包括波束轉(zhuǎn)換智能天線(Switched Beam Antenna) 和自適應(yīng)陣列智能天線(Adaptive Array Antenna)。自適應(yīng)陣列智能天線利用基帶數(shù)字信號處理技術(shù)，通過先進的算法處理，對基站的接收和發(fā)射波束進行自適應(yīng)的賦形，從而達到降低干擾、增加容量、擴大覆蓋和提高無線數(shù)據(jù)傳輸速率的目的。目前，自適應(yīng)陣列智能天線已經(jīng)成為智能天線發(fā)展的主流。 

移動通信信道傳輸環(huán)境較惡劣。實際環(huán)境中的干擾和多徑衰落現(xiàn)象異常復(fù)雜，多徑衰落、時延擴展造成的符號間串?dāng)_ISI（Inter-Symbol Interference）、 FDMA TDMA系統(tǒng)（如GSM）由于頻率復(fù)用引入的同信道干擾（CCI，Co-Channel Interference）、CDMA系統(tǒng)中的MAI（Multiple Access Interference）等都使鏈路性能、系統(tǒng)容量下降。 

自適應(yīng)陣列天線技術(shù)是近30年中最先進的無線技術(shù)之一，它利用基帶數(shù)字信號處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束即最大增益點對準(zhǔn)用戶信號到達方向，旁瓣或零陷對準(zhǔn)干擾信號到達方向，從而給有用信號帶來最大增益，有效的減少多徑效應(yīng)所帶來的影響，同時達到對干擾信號刪除和抑制的目的（如圖1所示）。使用自適應(yīng)陣列天線技術(shù)能帶來很多好處，如擴大系統(tǒng)覆蓋區(qū)域、提高系統(tǒng)容量、提高數(shù)據(jù)傳輸速率、提高頻譜利用效率、降低基站發(fā)射功率、節(jié)省系統(tǒng)成本、減少信號間干擾與電磁環(huán)境污染等。 

圖1 自適應(yīng)陣列天線基本原理圖

圖2 天線系統(tǒng)增益圖

自適應(yīng)陣天線一般采用4～16天線陣元結(jié)構(gòu)，在FDD中陣元間距1／2波長，若陣元間距過大，則接收信號彼此相關(guān)程度降低；太小則會在方向圖形成不必要的柵瓣，故一般取半波長。而在TDD中, 如美國ArrayComm公司在PHS系統(tǒng)中的自適應(yīng)陣列天線的陣元間距為5個波長。間距寬而波束更窄，而PHS系統(tǒng)中采用TDD模式,因而更容易進行定位處理。即使旁瓣多，但由于用戶和信道都比較少，因而不會帶來不利的影響。 

陣元分布方式有直線型、圓環(huán)型和平面型。自適應(yīng)天線是智能天線的主要類型，可以實現(xiàn)全向天線，完成用戶信號接收和發(fā)送。自適應(yīng)陣天線系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理技術(shù)識別用戶信號到達方向，并在此方向形成天線主波束。自適應(yīng)陣天線根據(jù)用戶信號的不同空間傳播方向提供不同的空間信道，等同于信號有線傳輸?shù)木€纜，有效克服了干擾對系統(tǒng)的影響。 

雖然天線陣列是射頻前端的很重要的設(shè)備，但自適應(yīng)陣列天線技術(shù)最重要的部分還在于基帶處理部分。基帶部分將自適應(yīng)天線陣接收到的信號進行加權(quán)和合并，從而使信號與干擾加噪聲比最大。基帶處理部分采用復(fù)雜的自適應(yīng)算法。目前已經(jīng)有多種有關(guān)時域和空域的算法提出，如通過時域獲得天線最優(yōu)加權(quán)算法有：最小均方算法(LMS) 、取樣協(xié)方差矩陣的直接求逆(DMI)、遞歸最小均方誤差(RLS)算法、恒模(CM)算法等；通過在空域?qū)︻l譜進行分析以獲得信號到達方位角(DOA)估計的算法有：多信號分類法(MUSIC)算法、旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)信號參數(shù)估計法(ESPRIT)算法等。

下圖為自適應(yīng)智能天線實現(xiàn)的簡單原理圖： 

圖3 自適應(yīng)天線陣列系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖