隨著無線通信業的高速發展及無線通信用戶的飛速增長，市場對無線通信技術的不斷改進和更新提出了更高的要求。而如何提高無線頻譜的使用效率則是近些年來各種新技術所面臨解決的核心問題。尤其是當我國全面進入WTO后，移動通信產業隨著同世界全面接軌，將面臨新的挑戰。目前，頻率資源的投入已成為全球各運營商資金投入成本的重要組成部分。可以預言，在我國，頻率資源不再無償使用的日子已為期不遠了。因此，如何采取新技術提高有限頻率資源的使用效率已成為人們日益關注的課題。全球第一部移動手機的研發者，被譽為“世界手機之父”的馬丁·庫珀先生曾經說過“我們并不缺乏頻率，我們缺乏的是頻率的使用效率。”近些年來，隨著微電子技術的高速發展，智能天線技術作為有效解決這一問題的新技術已成功應用于移動通信系統，并通過對無線數字信號的高速時空處理，極大的改善了無線信號的傳輸，成倍地提高了系統的容量和覆蓋范圍，從而極大的改善了頻譜的使用效率。 

一、智能天線的原理 

智能天線最初廣泛應用于雷達、聲納及軍事通信領域，后來被引入移動通信系統中。智能天線通常包括波束轉換智能天線(Switched Beam Antenna) 和自適應陣列智能天線(Adaptive Array Antenna)。自適應陣列智能天線利用基帶數字信號處理技術，通過先進的算法處理，對基站的接收和發射波束進行自適應的賦形，從而達到降低干擾、增加容量、擴大覆蓋和提高無線數據傳輸速率的目的。目前，自適應陣列智能天線已經成為智能天線發展的主流。 

移動通信信道傳輸環境較惡劣。實際環境中的干擾和多徑衰落現象異常復雜，多徑衰落、時延擴展造成的符號間串擾ISI（Inter-Symbol Interference）、 FDMA TDMA系統（如GSM）由于頻率復用引入的同信道干擾（CCI，Co-Channel Interference）、CDMA系統中的MAI（Multiple Access Interference）等都使鏈路性能、系統容量下降。 

自適應陣列天線技術是近30年中最先進的無線技術之一，它利用基帶數字信號處理技術，產生空間定向波束，使天線主波束即最大增益點對準用戶信號到達方向，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，從而給有用信號帶來最大增益，有效的減少多徑效應所帶來的影響，同時達到對干擾信號刪除和抑制的目的（如圖1所示）。使用自適應陣列天線技術能帶來很多好處，如擴大系統覆蓋區域、提高系統容量、提高數據傳輸速率、提高頻譜利用效率、降低基站發射功率、節省系統成本、減少信號間干擾與電磁環境污染等。 

圖1 自適應陣列天線基本原理圖

圖2 天線系統增益圖

自適應陣天線一般采用4～16天線陣元結構，在FDD中陣元間距1／2波長，若陣元間距過大，則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，故一般取半波長。而在TDD中, 如美國ArrayComm公司在PHS系統中的自適應陣列天線的陣元間距為5個波長。間距寬而波束更窄，而PHS系統中采用TDD模式,因而更容易進行定位處理。即使旁瓣多，但由于用戶和信道都比較少，因而不會帶來不利的影響。 

陣元分布方式有直線型、圓環型和平面型。自適應天線是智能天線的主要類型，可以實現全向天線，完成用戶信號接收和發送。自適應陣天線系統采用數字信號處理技術識別用戶信號到達方向，并在此方向形成天線主波束。自適應陣天線根據用戶信號的不同空間傳播方向提供不同的空間信道，等同于信號有線傳輸的線纜，有效克服了干擾對系統的影響。 

雖然天線陣列是射頻前端的很重要的設備，但自適應陣列天線技術最重要的部分還在于基帶處理部分。基帶部分將自適應天線陣接收到的信號進行加權和合并，從而使信號與干擾加噪聲比最大。基帶處理部分采用復雜的自適應算法。目前已經有多種有關時域和空域的算法提出，如通過時域獲得天線最優加權算法有：最小均方算法(LMS) 、取樣協方差矩陣的直接求逆(DMI)、遞歸最小均方誤差(RLS)算法、恒模(CM)算法等；通過在空域對頻譜進行分析以獲得信號到達方位角(DOA)估計的算法有：多信號分類法(MUSIC)算法、旋轉不變技術信號參數估計法(ESPRIT)算法等。

下圖為自適應智能天線實現的簡單原理圖： 

圖3 自適應天線陣列系統結構圖