一、引言

　　由于第三代移動通信系統(tǒng)（3G）還存在一些不足，包括很難達到較高的通信速率，提供服務速率的動態(tài)范圍不大，不能滿足各種業(yè)務類型要求，以及分配給3G系統(tǒng)的頻率資源已經(jīng)趨于飽和等，于是人們提出了第四代移動通信系統(tǒng)（4G）的構想。4G的關鍵技術包括：

　?。?）調(diào)制和信號傳輸技術（OFDM">OFDM）；

　　（2）先進的信道編碼方式（Turbo碼和LDPC）；

　　（3）多址接入方案（MC-CDMA和FH-OFCDMA）；

　?。?）軟件無線電技術；

　　（5）MIMO和智能天線技術；

　?。?）基于公共IP網(wǎng)的開放結(jié)構。

　　研究表明，在基于CDMA技術的3G中使用多天線技術能夠有效降低多址干擾，空時處理能夠極大增加CDMA系統(tǒng)容量。憑在提高頻譜利用率方面的卓越表現(xiàn)，MIMO和智能天線成為4G發(fā)展中炙手可熱的課題。

　　二、智能天線技術

　　智能天線初用于雷達、聲納及軍事通信領域。使用智能天線可以在不顯著增加系統(tǒng)復雜程度的情況下滿足服務質(zhì)量和擴充容量的需要。

　　1.基本原理和結(jié)構

　　智能天線利用數(shù)字信號處理技術，采用先進的波束轉(zhuǎn)換技術（switchedbeamtechnology）和自適應空間數(shù)字處理技術（adaptivespatial digital processing technology），判斷有用信號到達方向（DOA）通過選擇適當?shù)暮喜嘀?，在此方向上形成天線主波束，同時將低增益旁瓣或零陷對準干擾信號方向。在發(fā)射時，能使期望用戶的接收信號功率化，同時使窄波束照射范圍外的非期望用戶受到的干擾，甚至為零。

　　智能天線引入空分多址（SDMA）方式。在相同時隙、相同頻率或相同地址碼的情況下，用戶仍可以根據(jù)信號空間傳播路徑的不同而區(qū)分。實際應用中，天線陣多采用均勻線陣或均勻圓陣。智能天線系統(tǒng)由天線陣；波束成形成網(wǎng)絡；自適應算法控制三部分組成．

　　2.智能天線的分類

　　智能天線主要分為波束轉(zhuǎn)換智能天線（switchedbeamantenna）和自適應陣列智能天線（adaptivearray antenna）。

　　（1）波束轉(zhuǎn)換智能天線波束轉(zhuǎn)換智能天線具有有限數(shù)目的、固定的、預定義的方向圖，它利用多個并行窄波束（15°～30°水平波束寬度）覆蓋整個用戶區(qū)，每個波束的指向是固定的，波束寬度也隨天線元的數(shù)目而確定（見圖2）。波束轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實現(xiàn)比較經(jīng)濟，與自適應天線相比結(jié)構簡單，無需迭代，響應快、魯棒性好。但預先設計好的工作模式有限，窄波束的特性將極大地影響系統(tǒng)性能。

　　（2）自適應陣列智能天線

　　自適應陣列智能天線實時地對用戶到達方向（DOA）進行估計，在此方向上形成主波束，同時使旁瓣或零陷對準干擾方向。自適應天線陣列一般采用4～16天線陣元結(jié)構，陣元間距為1/2波長（若陣元間距過大會使接收信號彼此相關程度降低，太小則會在方向圖形成不必要的柵瓣，可能放大噪聲或干擾）。圖3對自適應陣列智能天線與波束轉(zhuǎn)換智能天線進行了比較。

　　3.智能天線的自適應波束成形技術

　　智能天線技術研究的是自適應算法，可分為盲算法、半盲算法和非盲算法。

　　非盲算法需借助參考信號，對接收到的預先知道的參考信號進行處理可以確定出信道響應，再按一定準則（如迫零準則）確定各加權值，或者直接根據(jù)某一準則自適應地調(diào)整權值（即算法模型的抽頭系數(shù)）。常用的準則有均方誤差MMSE(Minimummeansquareerror)、均方LMS (Least mean square)和遞歸二乘等；而自適應調(diào)整則采取化方法，常見的是陡梯度下降法。

　　盲算法無須參考信號或?qū)ьl信號，它充分利用調(diào)制信號本身固有的、與具體承載信息比特無關的一些特征（如恒包絡、子空間、有限符號集、循環(huán)平穩(wěn)等）來調(diào)整權值，以使輸出誤差盡量小。常見的算法有常數(shù)模算法CMA(Constantmodulearithmetic)、子空間算法、判決反饋算法等。

　　非盲算法相對盲算法而言，通常誤差較小，收斂速度也較快，但發(fā)送參考信號浪費了一定的系統(tǒng)帶寬。為此，又發(fā)展了半盲算法，即先用非盲算法確定初始權值，再用盲算法進行跟蹤和調(diào)整。

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