智能天线技术概述
第2代数字蜂窝系统已经成熟，在多址方式上主要采用TDMA和CDMA。但是第2代系统采用的窄带CDMA由于受到传输频带窄的限制，未能真正发挥CDMA的特性。因而移动通信系统在经历了第1代模拟系统和第2代（2G）数字系统之后，正向以宽带CDMA技术为核心的第3代（3G）数字移动通信系统发展。CDMA技术本身为顺利引进包括智能天线在内的现代数字信号处理技术创造了条件。可以说，智能天线是3G区别于2G系统的关键标志之一。现在，智能天线已成为国内争取自主知识产权的一个热点领域。
何谓智能天线？
智能天线原名自适应天线阵列（AAA，Adaptive Antenna Array）。最初的智能天线技术主要用于雷达、声纳、抗干扰通信、定位、军事方面等，用来完成空间滤波和定位。近年来，随着移动通信的发展以及对移动通信电波传播、组网技术、天线理论等方面的研究逐渐深入，智能天线开始用于具有复杂电波传播环境的移动通信。
为此,移动通信研究者给应用于移动通信的自适应天线阵起了一个较吸引人的名字：
智能天线，英文名为Smart Antenna或Intelligent Antenna。
随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个人通信主要手段的无线移动通信技术引起人们极大关注。如何消除同信道干扰(CCI)、多址干扰(MAI)与多径衰落的影响成为人们在提高无线移动通信系统性能时考虑的主要因素。近年来智能天线成为移动通信领域中的一个研究热点，是解决频率资源匮乏的有效途径，同时还可以提高系统容量和通信质量。智能天线利用数字信号处理技术，采用了先进的波束转换技术（switched beam technology）和自适应空间数字处理技术（adaptive spatial digital processing technology），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。与其它日渐深入和成熟的干扰削除技术相比，智能天线技术在移动通信中的应用研究更显得方兴未艾并显示出巨大潜力。
在移动通信技术的发展中，智能天线已成为一个最活跃的领域，近年内，几乎所有先进的移动通信系统都将采用此技术。智能天线技术对移动通信系统所带来的优势是目前任何技术所难以替代的。智能天线技术已经成为移动通信中最具有吸引力的技术之一。
在第三代移动通信系统中，我国SCDMA系统是应用智能天线技术的典型范例。作为TD-SCDMA系统中的关键技术之一的智能天线技术能够使系统在高速运动的信道环境中达到较好的性能。
目前，国际上已经将智能天线技术作为一个三代以后移动通信技术发展的主要方向之一，一个具有良好应用前景且尚未得到充分开发的新技术，是第三代移动通信系统中不可缺的关键技术之一。
与传统的TDMA、FDMA或CDMA方式相比，智能天线引入了第四维多址方式：空分多址(SDMA)方式。
一、智能天线的基本概念
人们研究智能天线的最初动机是，在频谱资源日益拥挤的情况下考虑如何将自适应波束形成应用于蜂窝小区的基站（BS），以便能更有效地增加系统容量和提高频谱利用率。智能天线的基本思想是：天线以多个高增益窄波束动态地跟踪多个期望用户，接收模式下，来自窄波来之外的信号被抑制，发射模式下，能使期望用户接收的信号功率最大，同时使窄波束照射范围以外的非期望用户受到的干扰最小。智能天线是利用用户空间位置的不同来区分不同用户。不同于传统的频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）或码分多址（CDMA），智能天线引入第4种多址方式：空分多址（SDMA）。即在相同时隙、相同频率或相同地址码的情况下，仍然可以根据信号不同的中间传播路径而区分。SDMA是一种信道增容方式，与其他多址方式完全兼容，从而可实现组合的多址方式，例如空分一码分多址（SD-CDMA）。
智能天线与传统天线概念有本质的区别，其理论支撑是信号统计检测与估计理论、信号处理及最优控制理论，其技术基础是自适应天线和高分辨陈列信号处理。
二、智能天线的波束形成方案
未来移动智能天线均采用数字方法实现波束形成，即数字波束形成（DBF）天线，从而可以使用软件设计完成自适应算法更新，在不改变系统硬件配置的前提下增加系统的灵活性。DBF对阵元接收信号进行加权求和处理形成天线波束，主波束对准期望用户反向，而将波束零点对准干扰方向。根据波束形成的不同过程，实现智能天线的方式又分为两种：阵元空间处理方式和波束空间处理方式，下面分别予以介绍。
1、阵元空间处理方式
阵元空间处理方式直接对各阵元按收信号采样进行加权求和处理后，形成阵列输出，使阵列方向图主瓣对准用户信号到达方向。由于各样阵元均参与自适应加权调整，这种方式属于全自适应阵列处理。
2、波束空间处理方式
这是当前自适应阵列处理技术的发展方向。它实际上是两级处理过程，第1级对各阵元信号进行固定加权求和，形成多个指向不同方向的波速率；第2级对第1级的波束输出进行自适应加权调整后合成得到阵列输出，此方案不是对全部阵元都从整体最优计算加权系数作自适应处理，而是仅对其中的部分阵元作自适应处理，因此，属于部分自适应阵列处理。这种结构的特点是计算量小，收敛快，并且具有良好的波束保形性能。
三、智能天线在3G系统基站中的应用
作为提高移动通信系统容量的重要手段，智能天线主要在基站使用，未来移动通信系统的工作频率更高，在半波长阵元间隔的条件下，天线尺寸可做得很小，使得移动用户端有可能也采用智能天线，下面重点介绍在基站应用智能天线所带来的好处。
1、形成多个波束
最简单的情况是基站的智能天线形成多个波束覆盖整个小区。例如，一个小区可由3个宽度为120°的波束覆盖，或由6个宽度为 60°的波束覆盖。每个波束可当作一个独立的小区对待，当移动台（MS）离开一个波束覆盖区到另一个波束覆盖区时，也要进行切换。
2、形成自适应波束
智能天线可用于定位每个MS，并形成覆盖MS或MS群的波束，这样每个波束都可以看成一个同频小区。不断改变波束形状以便覆盖动态变化的业务量。当MS移动时，选用不同的波束覆盖不同的MS群，这对于控制BS发射功率有利。这个办法在MS结队移动或沿限定路线（如在高速公路上）移动时尤其有效。
3、形成波束零点
智能天线在其阵列方向图上形成对准同频MS的波束零点有助于减小收发两个方向上的同频干扰。
4、构造动态小区
波束自适应形成的概念可推广至小区形状的动态改变，即小区形状不再固定，利用智能天线构造基于业务需求的动态小区，这要求智能天线具备定位和跟踪MS的能力，从而自适应地调整系统参数以满足业务要求，这表明使用智能天线可以改变小区边界，从而能随着业务需求的变化为每个小区分配一定数量的信道，即实现信道的动态分配。
四、智能天线实现的实际考虑
智能天线为了实现其改善系统性能的目标，必须在动态环境下对许多时变参数进行估计和最优化。诸如动态切换、动态信道分配、覆盖一族MS的波束动态成形。同道干扰动态零陷，以及为形成波束而获取期望MS的先验知识都需要复杂的控制结构。并且这些系统参数的更新耗费的时间也是必须考虑的问题。例如，系统要求实时更新处于快速移动中的MS的位置信息，而响应时间却受到方向角估计，跟踪方案以及收敛至满足水平的波束形成算法所需时间的限制。尽管可以通过算法的并行来实现增强信号处理能力，但同时也增加了系统费用。
系统费用不仅包括实现控制结构所需的硬件费用，还包括有源天线、移相器、高功率放大器以及驱动这些组件的电路所需的费用。这些组件目前大都很昂贵，且不采用SDMA的系统不需这些组件。这正是在移动通信中应用智能天线的不利因素。除了系统费用，另一个关键问题是要找到一种真正快速收敛而性能优良的自适应算法。
五、结束语
目前尚没有智能天线的确切定义，大多数文献将智能天线和自适应天线混用。但是，智能天线必定是建立在自适应天线基础之上的新一代天线系统，其目标是通过抑制干扰和对抗衰落来增加系统容量，进而提高频谱利用率，不仅涉及智能化接收，还包括智能化发射。现在第3代移动通信系统的发展为我国提供了不可多得的机遇，我们应争取在移动通信的关键技术中有所突破，形成自主开发的专利技术。其中，智能天线就是一个大有所为的领域。智能天线的研究必须和软件无线电技术结合起来。
