一、引言

　　由于第三代移動通信系統（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范圍不大，不能滿足各種業務類型要求，以及分配給3G系統的頻率資源已經趨于飽和等，于是人們提出了第四代移動通信系統（4G）的構想。4G的關鍵技術包括：

　　（1）調制和信號傳輸技術（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）；

　　（4）軟件無線電技術；

　　（5）MIMO和智能天線技術；

　　（6）基于公共IP網的開放結構。

　　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系統容量。憑在提高頻譜利用率方面的卓越表現，MIMO和智能天線成為4G發展中炙手可熱的課題。

　　二、智能天線技術

　　智能天線最初用于雷達、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復雜程度的情況下滿足服務質量和擴充容量的需要。

　　1.基本原理和結構

　　智能天線利用數字信號處理技術，采用先進的波束轉換技術（switched beam technology）和自適應空間數字處理技術（adaptive spatial digital processing technology），判斷有用信號到達方向（DOA）通過選擇適當的合并權值，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。在發射時，能使期望用戶的接收信號功率最大化，同時使窄波束照射范圍外的非期望用戶受到的干擾最小，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，用戶仍可以根據信號空間傳播路徑的不同而區分。實際應用中，天線陣多采用均勻線陣或均勻圓陣。智能天線系統由天線陣；波束成形成網絡；自適應算法控制三部分組成（見圖1）。

圖1　典型的智能天線系統

　　2.智能天線的分類

　　智能天線主要分為波束轉換智能天線（switched beam antenna）和自適應陣列智能天線（adaptive array antenna）。

　　（1）波束轉換智能天線 　　波束轉換智能天線具有有限數目的、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，每個波束的指向是固定的，波束寬度也隨天線元的數目而確定（見圖2）。波束轉換系統實現比較經濟，與自適應天線相比結構簡單，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性能。

圖2　波束轉換智能天線

　　（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換智能天線進行了比較。

圖3　自適應陣列智能天線（a）與束轉換智能天線（b）的比較