智能天线技术的发展与应用( 二 )
智能天线包括射频天线阵列部分和信号处理部分，其中信号处理部分根据得到的关于通信情况的信息，实时地控制天线阵列的接收和发送特性 。这些信息可能是接收到的无线信号的情况；在使用闭环反馈的形式时，也可能是通信对端关于发送信号接收情况的反馈信息 。
由于移动通信中无线信号的复杂性，所以这种根据通信情况实时调整天线特性的工作方式对算法的准确程度、运算量以及能够实时完成运算的硬件设备都有很高的要求 。这决定了智能天线的发展是一个分阶段的、逐步完善的过程，目前通常将这种过程分为以下三个阶段（见图3）：
●第一阶段：开关波束转换 。在天线端预先定义一些波瓣较窄的波束，根据信号的来波方向实时确定发送和接收所使用的波束，达到将最大天线增益方向对准有效信号，降低发送和接收过程中的干扰的目的 。这种方法位于扇区天线和智能天线之间，实现运算较为简单，但是性能也比较有限 。
●第二阶段：自适应（最强）信号方向 。根据接收信号的最强到达方向，自适应地调整天线阵列的参数，形成对准该方向的接收和发送天线方向图 。这是动态自适应波束成形的最初阶段，性能优于开关波束转换，同时算法也较为复杂，但是还未达到最优的状态 。
;●第三阶段：自适应最佳通信方式 。根据得到的通信情况的信息，实时地调整天线阵列的参数，自适应地形成最大化有用信号、最小化干扰信号的天线特性，保持最佳的射频通信方式 。这是理想的智能天线的工作方式，能够很大程度地提高系统无线频谱的利用率 。但是其算法复杂，实时运算量大，同时还需要进一步探寻各种实际情况下的最佳算法 。
目前，对于智能天线的应用主要集中在第二阶段四周，并且由于移动通信的迅速发展，使得智能天线技术在包括3G的应用中受到广泛的重视，解决智能天线在实际应用中的各种问题，以及寻求更加“智能”的自适应算法和实现方案是目前工作的重点和主要内容 。下面我们讨论智能天线技术在3G各个通信标准中的应用前景，以及相关的试验参考结果 。
4智能天线在3G中的应用前景
3G普遍采用基于CDMA的多址接入技术，依靠码字之间的正交性来区分不同的用户，因此接收端各个信号之间的不完全同步、扰码不完全正交、TDD系统中的时隙偏差等问题都可能在系统内用户之间形成一定程度的干扰 。同时，在理论分析的基础上，大量的仿真和现场试验结果也证实了：在3G通信系统中，网内干扰将超过系统固有的热噪声，成为制约系统性能的主要因素 。在干扰和容量这一对矛盾的基础上形成的容量与覆盖、容量与性能、覆盖与性能等互换性问题已经得到共识，成为3G网络规划和运营的主要特点 。
在业务特性上，3G以高速的数据业务、视频电话和能力得到增强的增值业务作为其对2G系统形成服务优势的主要手段，这必然使得3G具有大得多的网络流量 。但是与2G系统一样，它的容量同样受到空中频谱资源的限制 。我们注重到，理论上在相同条件下，CDMA并不比FDMA或者是TDMA具有更大的频谱利用率 。因此，为了能够真正体现3G系统在业务能力上的优势，必须使用新技术使频谱利用率得到质的提高，智能天线技术正是目前被认为是能够实现这一目标的最有效的方法之一 。它通过增加系统SDMA（空分多址）的能力，能够有效地缓解3G系统中容量与网内干扰之间的矛盾，很大程度地提高系统对空中无线频谱资源的利用能力 。
我国提出的TD-SCDMA标准，由于其空中接口采用TDD的双工方式，通信的上下行信道使用相同的频率，因此以很短的时隙间隔相互交错的上下行信道之间具有较强的相关性，这样比较轻易根据上行信道的接收情况对下行信道的发送特性进行准确的调整，因此TD-SCDMA成为3G标准中最方便于使用智能天线的一个技术，并且已经进行了标准化，将智能天线作为其主要的要害技术之一 。另外，对于3G中使用FDD方式的WCDMA和cdma2000，由于上下行信道使用不同的频率，并且具有较大的频差（在我国的3G频率划分中，主要工作频段上下行的频差为190MHz），因此上下行信道之间的相关性较弱，加上城区中复杂的无线传播环境，所以想要利用上行信道的接收信息得到下行链路理想的发送方案是比较困难的，对算法的复杂度也有更高的要求 。但是由于对系统性能改善方面的重要作用，所以关于FDD系统中智能天线的使用也在不断研究和尝试中 。
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