TD-SCDMA(Time DivisiON Synchronous CodeDivision Multiple Access ),，即時(shí)分同步的碼分多址技術(shù),，已正式成為國際電信聯(lián)盟(ITU)第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)IMT2000 建議的一個(gè)組成部分，我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA,、歐洲WCDMA 和美國CDMA2000成為3G 時(shí)代最主流的技術(shù),。TD-SCDMA集碼分多址(CDMA)、時(shí)分多址(TDMA),、頻分多址(FDMA)等技術(shù)優(yōu)勢于一體,，采用智能天線、聯(lián)合檢測,、接力切換,、同步CDMA、軟件無線電,、低碼片速率,、多時(shí)隙、可變擴(kuò)頻系統(tǒng),、自適應(yīng)功率調(diào)整等技術(shù),，具有系統(tǒng)容量大、頻譜利用率高,、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的移動(dòng)通信技術(shù),。

　　近年來隨著全球移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，對信號傳輸強(qiáng)度,、覆蓋范圍及傳輸容量要求也越來越高,，如何更高效率地利用無線頻譜受到了廣泛的關(guān)注。智能天線技術(shù)研究了無限資源的空域可分特性，是進(jìn)一步提高系統(tǒng)容量的有效途徑,。

　　1  智能天線的提出

　　智能天線是在自適應(yīng)濾波和陣列信號處理技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,，是通信系統(tǒng)中能通過調(diào)整接收或發(fā)射特性來增強(qiáng)天線性能的一種天線。智能天線采用空分多址技術(shù),，利用信號在傳輸方向上的差別,，將同頻率或同時(shí)隙、同碼道的信號區(qū)分開來,，最大限度地利用有限的信道資源,。它利用信號傳輸?shù)目臻g特性，從空間位置及入射角度上區(qū)分所需信號與干擾信號,，從而控制天線陣的方向圖,，達(dá)到增強(qiáng)所需信號抑制干擾信號的目的;同時(shí)它還能根據(jù)所需信號和干擾信號位置及入射角度的變化，自動(dòng)調(diào)整天線陣的方向圖,，實(shí)現(xiàn)智能跟蹤環(huán)境變化和用戶移動(dòng)的目的,，達(dá)到最佳收發(fā)信號，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)"空間濾波"的效果,。與無方向性天線相比較,，其上、下行鏈路的增益大大提高,，降低了發(fā)射功率電平,，提高了信噪比，有效地克服了信道傳輸衰落的影響,。同時(shí),，由于天線波瓣直接指向用戶，減小了與本小區(qū)內(nèi)其他用戶之間,，以及與相鄰小區(qū)用戶之間的干擾,，而且也減少了移動(dòng)通信信道的多徑。CDMA系統(tǒng)是一個(gè)功率受限系統(tǒng),，智能天線的應(yīng)用達(dá)到了提高天線增益和減少系統(tǒng)干擾兩大目的,，從而顯著擴(kuò)大了系統(tǒng)容量，提高了頻譜利用率,。最早的智能天線是出現(xiàn)在20 世紀(jì)50 年代的旁瓣對消天線,，這種天線包含一個(gè)用于接收有用信號的高增益天線和一個(gè)或幾個(gè)用于抑制旁瓣的低增益、寬波束天線,。將幾個(gè)這樣的環(huán)路組合成陣列天線,，就構(gòu)成自適應(yīng)天線。隨著陣列信號處理技術(shù)的發(fā)展,，與智能天線有關(guān)的術(shù)語也越來越多,，如智能天線(intelligent antenna )、相控陣(phased arrays)、空分多址(SDMA),、空間處理(spatial processing)、數(shù)字波束形成(DIGItal beam forming),、自適應(yīng)天線系統(tǒng)(adaptive antenna sySTem)等,，反映了智能天線系統(tǒng)技術(shù)的多個(gè)不同的方面。

　　2  智能天線的原理

　　TD-SCDMA智能天線的工作原理是使一組天線和對應(yīng)的收發(fā)信機(jī)按照一定的方式排列和激勵(lì),，利用波的干涉原理產(chǎn)生強(qiáng)方向性的輻射方向圖,，通過自適應(yīng)算法，控制天線波束的方向和形狀,，將高增益的窄波束對準(zhǔn)服務(wù)用戶方向,，零陷對準(zhǔn)干擾方向，實(shí)現(xiàn)波束賦形,，達(dá)到定向發(fā)射和接收的目的,。

　　自適應(yīng)算法是智能天線的核心，它分為非盲目算法和盲目算法,。非盲算法是指需要借助參考信號(導(dǎo)頻序列或?qū)ьl信道)的算法,，此時(shí)收端知道發(fā)送的是什么，按一定準(zhǔn)則確定或逐漸調(diào)整權(quán)值,，使智能天線輸出與已知輸入最大相關(guān),，常用的相關(guān)準(zhǔn)則有MMSE(最小均方誤差)、LMS(最小均方),、LS(最小二乘)等,。盲算法無需發(fā)端傳送已知的導(dǎo)頻信號，它一般利用調(diào)制信號本身固有的,、與具體承載的信息比特?zé)o關(guān)的一些特征,，如恒模、子空間,、有限符號集,，循環(huán)平穩(wěn)等，并調(diào)整權(quán)值以使輸出滿足這種特性,。非盲算法相對盲算法而言,，通常誤差較小，收斂速度也較快,，但需浪費(fèi)一定的系統(tǒng)資源,。將二者結(jié)合產(chǎn)生一種半盲算法，即先用非盲算法確定初始權(quán)值,，再用盲算法進(jìn)行跟蹤和調(diào)整,，這樣做可綜合二者的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也與實(shí)際的通信系統(tǒng)相一致。

　　3  智能天線的分類

　　智能天線分為兩大類:多波束天線與自適應(yīng)天線陣列,。多波束天線利用多個(gè)并行波束覆蓋整個(gè)用戶區(qū),，每個(gè)波束的指向是固定的，波束寬度也隨天線元數(shù)目而確定,。多波束天線不能實(shí)現(xiàn)信號最佳接收,，一般只用作接收天線。自適應(yīng)天線陣列一般采用4 ～16 天線陣元結(jié)構(gòu),，陣元間距為半個(gè)波長,。天線陣元分布方式有直線型、圓環(huán)型和平面型,。自適應(yīng)天線陣列是智能天線的主要類型,，可以完成用戶信號接收和發(fā)送。

　　按實(shí)現(xiàn)形式智能天線可分為3 類,。

　　(1)自適應(yīng)調(diào)零智能天線

　　它是以自適應(yīng)天線技術(shù)為基礎(chǔ),，采用自適應(yīng)算法形成方向圖，根據(jù)天線的輸入,、輸出特性,，按一定的算法自動(dòng)地調(diào)節(jié)天線陣元的幅度和相位加權(quán)，在干擾方向上形成零陷,，從而大幅度降低干擾電平,，提高系統(tǒng)的信噪比。從空間響應(yīng)看,，其自適應(yīng)天線陣列是一個(gè)空間濾波器,，天線的物理位置不作改變，由信號檢測與處理系統(tǒng)判斷出干擾與信號的來向,，自適應(yīng)地改變天線的方向圖,，并將零陷方向?qū)?zhǔn)干擾，主瓣對準(zhǔn)要接收的信號,。但自適應(yīng)智能天線對處于主瓣區(qū)域內(nèi)干擾的抑制能力是很有限的,。

　　(2)等旁瓣針狀波束智能天線

　　它也是以自適應(yīng)天線技術(shù)為基礎(chǔ)，它的天線方向圖是等旁瓣方向圖,，方向圖的加權(quán)值是預(yù)先計(jì)算好的,。

　　系統(tǒng)工作時(shí)，首先通過測向確定信號的到達(dá)方向(DOA),，選取合適的加權(quán),，然后將等旁瓣方向圖的主瓣指向目標(biāo)方向。這類智能天線對處于非主瓣區(qū)域的干擾,，可以通過低的等旁瓣電平來確保抑制,，但對處于主瓣區(qū)域內(nèi)的干擾,，采用此類智能天線將無法抑制，不及自適應(yīng)智能天線,。但等旁瓣智能天線無需迭代,，而且響應(yīng)速度快。

　　(3)數(shù)字波束形成智能天線

　　它運(yùn)用數(shù)字波束形成(DBF)技術(shù),，將其波束形成自適應(yīng)天線陣與數(shù)字信號處理技術(shù)相結(jié)合,。工作時(shí)利用高分辨率的測向算法獲得通信基準(zhǔn)信號，當(dāng)基準(zhǔn)信號到達(dá)波束形成自適應(yīng)天線陣時(shí),，便給信號處理器提供一個(gè)方向信息，將各陣元的接收信號轉(zhuǎn)換到基帶,，由A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,，然后根據(jù)方向信息對數(shù)字信號進(jìn)行加權(quán)處理，在此方向上形成所需的波束,。

　　4  智能天線的技術(shù)優(yōu)勢

　　TD-SCDMA智能天線通過利用多徑可以改善鏈路的質(zhì)量,，通過減小相互干擾來增加系統(tǒng)的容量，并且允許不同的天線發(fā)射不同的數(shù)據(jù),。智能天線的優(yōu)點(diǎn)歸納如下:

　　(1)增加系統(tǒng)容量,。CDMA 系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，其容量的限制主要來自本系統(tǒng)的干擾,，系統(tǒng)干擾的降低,，信干比的提高便意味著系統(tǒng)容量的提高。采用多波束板狀天線的智能天線技術(shù),，提高了天線增益及載干比(C/I )指標(biāo),，減少了同頻干擾，降低了頻率復(fù)用系數(shù),，提高了頻譜利用效率,，無需增加新基站即可改善系統(tǒng)覆蓋質(zhì)量、擴(kuò)大系統(tǒng)容量,。在TD-SCDMA 系統(tǒng)中,，采用智能天線技術(shù)可在不影響通話質(zhì)量情況下，解決稠密市區(qū)容量難題,。

　　(2)降低信號衰落,。信號的衰落是高頻無線通信的主要問題。在陸地移動(dòng)通信中,，隨著移動(dòng)臺的移動(dòng)及環(huán)境變化,，信號瞬時(shí)值及延遲失真的變化非常勻速且不規(guī)則，從而造成信號的衰落,。采用智能天線自適應(yīng)地構(gòu)成波束的方向性,，使得延遲波方向的增益最小,，有效地降低了信號衰落的影響。智能天線還可用于分集,，減少衰落,。電波通過不同路徑到達(dá)接收天線，其方向角各不相同,。利用多副指向不同的自適應(yīng)接收天線,，將這些分量隔離開，然后再合成處理,，即可實(shí)現(xiàn)角度分集,，降低信號衰落。

　　(3)抑制干擾信號,。將智能天線用于CDMA 基站,，可減少移動(dòng)臺對基站的干擾，改善系統(tǒng)性能,?？垢蓴_技術(shù)的實(shí)質(zhì)是空間域?yàn)V波，以TDD 模式運(yùn)行的TD-SCDMA中的智能天線波束具有方向性,，可以區(qū)別不同入射角的無線電波,，可調(diào)整控制天線陣單元的激勵(lì)"權(quán)值"，自適應(yīng)電波傳播環(huán)境的變化,。優(yōu)化無線陣列方向圖,，將其"零點(diǎn)"自動(dòng)對準(zhǔn)干擾方向，從而大大提高陣列的輸出信噪比,，提高系統(tǒng)可靠性,。

　　(4)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺定位。采用智能天線的基站可以獲得接收信號的空間特征矩陣,，由此獲得信號的功率估值和到達(dá)方向,。通過此方法，用兩個(gè)基站就可將用戶終端定位到一個(gè)較小區(qū)域,，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺的精確定位;此外,，在使用普通天線的無線基站中，發(fā)射信號采用的是高功率放大器,，使用了智能天線,，波束賦型的增益可以減小對功放的要求，大大降低了基站的發(fā)射功率,，同時(shí)也減少了電磁環(huán)境污染,。

　　總之，通過智能天線可以減少干擾和被干擾的機(jī)會,、擴(kuò)充系統(tǒng)容量,、加大覆蓋范圍,、提高頻譜利用率、降低無線基站的成本,，顯著提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能,，并為拓展新業(yè)務(wù)提供技術(shù)支持。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展和集成度的不斷提高,，智能天線技術(shù)將更廣泛地應(yīng)用于移動(dòng)通信領(lǐng)域,。