线电手机电磁波辐射仅为目前手机的几百分之一，是真正的绿色环保手机。在无线通信技术日益普及，电磁波辐射日益严重的今天，开发超宽无线电通信技术具有重要意义；
d.通信容量大和穿透能力强---在无线蜂窝移动通信系统中，超宽无线电通信系统容量远大于GSM和CDMA，超宽无线电通信系统一个小区内可支持移动通信用户数可达1万以上。它与传统无线通信系统兼容工作，互不干扰，在频率资源日益紧张的今天，开辟了一种全新的无线电资源。此外，相对于传统无线通信系统，超宽无线电辐射频率低，穿透能力强。
4.5.2智能天线
1.自适应阵列天线
我们知道，使用阵列天线可以加强所需要方向的信号接收，同时抑制不需要的干扰。通过改变阵元的个数、阵元间距以及每个阵元的附加相位，可以将天线主波束对准所需要信号的方向，同时在干扰的入射方向放置一个零点。下面以二元阵为例，讨论通过复加权方Es（t） EI（t） 法改变主波束方向和零点的方法。
如图4.17所示，假设阵元均为无方向性天线，间距为d=λ/2。信号电场d 阵元1 阵元2 jω0t
Ese垂直于二元阵，θs=90°，干扰电场从θI=60°的方向入射，天线阵的中心w1+jw2 W3+jw4 点干扰和信号的相位为零，则经过复加权后合成信号输出为
+ 阵输出y（t） Esej?0t[(w1?jw2)?(w3?jw4)] ?Esej?0t[(w1?w3)?j(w2?w4)]图4.17 具有复数加权的二元阵
由于振元1接收到的干扰超前相位π/4，阵元2接收到的干扰滞后相位π/4, 经复加权处理后的合成干扰输出为
EIej(?t??/4)(w1?jw2)?EIej(?t??/4)(w3?jw4)
?EIej?t(1/2)[(1?j)(w1?jw2)?(1?j)(w3?jw4)] ?(1/2)EIej?t[(w1?w2?w3?w4)?j(w2?w1?w3?w4)]
令w1?w3?1 w2?w4?1
w1?w2?w3?w4?0
w2?w1?w3?w4?0
联立求解以上方程组得w1=1/2，w2=-1/2，w3=w4=1/2。由此可见，在上述条件下，二元阵可用主波束接受信号，同时在60°方向放置一个零陷，干扰不可以进入二元阵。复加权处理方法虽然可以使天线阵方向图达到预定的目标，但它不能解决实际问题，因为实际中信号和干扰方向是变化的，同时亦是具有不同的频率。故实用的自适应处理器应该能够根据环境的变化，自动进行复加权的调整，以达到最佳效果。
自适应阵列天线的基本组成见图4.18, 它由天线阵列、模数/数模转换、波束形成网络和自适应数字信号处理器组成，各部分的作用如下：
(1)天线阵列由天线阵元和天线阵元的配置方式确定，对自适应阵列天线的性能有直接的影响。移动通信中阵元数取8或16。天线阵元的配置方式可分为线阵、面阵、圆阵、三角阵或不规则阵等；
(2)模数/数模转换由A/D和D/A构成，下行时，它将模拟信号转换为数字信号，便于自适应数字信号处理器处理。上行时，它将处理后的数字信号转换成模拟信号；
(3)自适应阵列天线的核心是波束形成网络和自适应数字信号处理器，它能使天线波束在一定范围内根据用户的需要和无线电波传播环境的改变而自适应地进行调整。故自适应阵列天线又被称为智能天线。
图4.18 自适应阵列天线的基本组成图
2.智能天线的工作原理
图4.18所示, 假设期望的信号Sk（t）自θk方向入射，而干扰信号共有k-1个，分别来自其他用户，其中第j个干扰信号为Sj（t）是从θj方向入射的，则阵元接收的信号矢量为
M?1????x(t)?sk(t)??sj(t)?n(t)
j?1??sk(t)?sk(t)?Vk(?k)
??sj(t)?sj(t)?Vj(?j)
上式中，sk(t)表示期望接收的信号矢量；sj(t)表示干扰矢量；n(t)表示噪声矢量；V(?)为矢量信道阵元响应矢量。
对于阵元间距为d的N元直线阵响应矢量为
?????V(?)?[1ed?j2?sin???ed?j(N?1)2?sin??]
阵元接收的信号矢量经过加权处理后，天线阵的输出可表示为
M?1???T??T?Ty(t)?WSk(t)??WSj(t)?Wn(t)
j?1上式中，各项分别表示天线阵输出的期望信号yk(t)、干扰信号yj（t）和噪声信号yn（t）。下面
?讨论如何确定最佳权矢量W，以达到提取期望信号yk(t)，抑制干扰信号yj（t）和滤除噪声信号
yn（t）的目的。
?确定最佳权矢量W的基本准则有最小均方误差准则（MMSE）和最大信噪比（SNR）准则。MMSE
准则是求阵列输出y（t）与本地参考信号γ（t）之间的误差e（t），并使误差e（t）的均方值E[e（t）]最小
2
?T?e(t)??(t)?Wx(t)
SNR准则是使系统输出信噪比最大，以达到系统低误码率的要求
2E[yk(t)]SNR? 2E[yi2(t)?yn(t)]详细讨论以上算法超出了本书的范围，感兴趣的读者可参阅有关专著。
3.智能天线的特点及发展
智能天线的优点是： （1）提高系统容量
在CDMA移动通信系统中，由于存在蜂窝内干扰（符号间干扰和用户干扰）和蜂窝间干扰，严重抑制了系统的容量。而采用智能天线后，波束直接指向移动用户，这样减少了移动通信信道的多径效应。同时，也减小了对其他用户的干扰，间接地提高了容量。
（2）增大了覆盖范围
由于智能天线相对于全向天线或扇形天线方向性更强，在同样的发射功率下，信号传播的距离更远。在郊区和人口稀疏的地区，不仅会提高系统容量，覆盖范围也会得到增大。
（3）支持新的业务
在智能天线工作工程中，必须对移动用户的空间信息进行估计，这些空间信息提供了用户的实际位置，为此可以利用这些空间信息提供一些紧急呼叫业务，扩大系统的业务范围。
（4）提高安全性
在使用全方向性天线和扇形天线的系统中，由于信号覆盖的角度太大，容易被非法窃取。而在智能天线中，若要对某个用户进行非法窃取，就必须进入到这个用户对应的波束范围，这相对于前两种天线要难得多，换句话说提高了系统的安全性。
智能天线的缺陷：
（1）传输接收的复杂性
智能天线中自适应矩阵、波束角度估计和移动信道跟踪，都要求基站具备功能强大的数字处理器，才能满足用户的实时需要。因此，在硬件条件下达不到的情况下，高计算量就成为智能天线现阶段得不到普遍应用的主要原因。
（2）资源管理难度加大
智能天线系统中，空间角度成为一种新的资源。在频率、时隙和扩频码都相同的情况下，两个不同的空间角度就成为两个物理信道。在物理信道的分配中，当发生冲突需要进行信道之间的切换时，切换管理就难得多。
（3）增大了设备的尺寸
为了获得一定的增益，智能天线需要足够多的天线阵列。若天线间距为0.5λ，天线阵为8单元，则所需阵列的长度为0.6～1.2m，这比全向天线或扇形天线大得多。
图4.19 软件天线的结构图
智能天线的发展：
智能天线的众多优点正越来越受到工程技术界的青睐。但是，限于目前的技术与工艺水平，又使其应用受到一定限制。目前正式商用化的仅有无线接入环路WLL和微小区的PHS。而且它们均
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