浅谈自适应天线技术在CDMA系统中的应用

　　在移动通信系统中，系统的容量是比较重要的一个指标。移动通信系统主要有蜂窝系统，集群系统，AdHoc网络系统，卫星通信系统，分组无线网，无绳电话系统，无线电传呼系统等。移动通信系统从20世纪80年代诞生以来，到2020年将大体经过5代的发展历程，而且到2010年，将从第3代过渡到第4代（4G）。到4G,除蜂窝电话系统外，宽带无线接入系统、毫米波LAN、智能传输系统（ITS）和同温层平台（HAPS）系统将投入使用。未来几代移动通信系统明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游。实现这些要求在技术上将面临更大的挑战。此外，系统性能（如蜂窝规模和传输速率）在很大程度上将取决于频率的高低。考虑到这些技术问题，有的系统将侧重提供高数据速率，有的系统将侧重增强机动性或扩大覆盖范围。从用户角度看，可以使用的接入技术包括：蜂窝移动无线系统，如3G;无绳系统，如DECT;近距离通信系统，如蓝牙和DECT数据系统；无线局域网（WLAN）系统；固定无线接入或无线本地环系统；卫星系统；广播系统。

　　由于CDMA系统采用的是自干扰的工作方式，基站信号的波形和划分不受频率再利用格式的限制，而是由本小区和相邻小区通话中手机受干扰的积累来决定。CDMA （Code Division Multiple Access） 又称码分多址，是在无线通讯上使用的技术，CDMA允许所有使用者同时使用全部频带（1.2288Mhz），且把其他使用者发出讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞 （collision） 问题。CDMA中所提供语音编码技术，通话品质比目前GSM好，且可把用户对话时周围环境噪音降低，使通话更清晰。就安全性能而言，CDMA不但有良好的体制，更因其传输特性，用码来区分用户，防止被人盗听的能力大大增强。 Wideband CDMA（WCDMA）宽带码分多址传输技术，为IMT-2000的重要基础技术，将是第三代数字无线通信系统标准之一。

　　在CDMA系统中，反向链路是弱链路，用户接收基站信号所受到的干扰比较小，而基站接收用户的信号不仅会受到本小区其他用户的干扰，还会受到相邻小区用户的干扰，再加上受阵列天线功率和体积等方面的限制，CDMA,就是利用展频的通讯技术，因而可以减少手机之间的干扰，并且可以增加用户的容量，而且手机的功率还可以做的比较低，不但可以使使用时间更长，更重要的是可以降低电磁波辐射对人的伤害。 CDMA的带宽可以扩展较大，还可以传输影像。

　　1、自适应阵列天线的结构

　　自适应阵列天线由传感器阵、方向图形成网络和自适应处理器（自适应方向图控制器）组成。传感器阵列由一空间分布的天线组成。其排列形成可分为直线形、平面形和环行。接收用的自适应阵列能自动调整极化，对所需信号的极化衰减，能自动将接收方向调整到所需信号来波方向，能自动将零向调向干扰来波方向，所以它具有极为灵活可靠的抗干扰检测能力。发射用的自适应阵列能自动调整方向图，从而将能量射向所需的空间角域。由于具有以上良好特性，自适应阵列广泛应用于通信、雷达、射电天文等领域。

　　自适应阵列天线过程是一个不断逼近目标的过程。它所遵循的途径以数学模型表示，称为自适应算法。通常采用基于梯度的算法，其中均方误差算法（即LMS算法）尤为常用。自适应算法可以用硬件（处理电路）或软件（程序控制）两种办法实现。前者依据算法的数学模型设计电路，后者则将算法的数学模型编制成程序并用计算机实现。算法有很多种，它的选择很重要，它决定处理系统的性能质量和可行性。

　　2、自适应阵列天线的工作原理

　　在接收信号的时候，16根天线形成一个面向不同方向的阵列。从用户终端来的信号，被不同的天线及按不同的强度和相位进行接收，系统则对不同强度和相位的信号进行计算和合成，然后将合成的波束由接收信号强的天线进行接收。

　　在发射信号的时候，系统把发射阵列天线的合成波束调整到根据接收系统达到的方向，由话务信道发射。

　　对于其它的控制信道，（导频信道、寻呼信道和同步信道），则采用与传统扇区天线相同的发射方式，以保证能让所有扇区的用户使用。

　　3、使用自适应阵列天线的优越性

　　由于自适应阵列天线能够确定各个用户到达的方向（或估计各用户信号的方向矢量），能够进行的走向接收和发射，以及通过降低干扰电波，增加有用信号强度等方式来提高系统的性能和容量等等，进而改善了话音质量、降低了掉话的机率，而且通过增加系统容量，也使系统的频谱利用率得到了提高。因此自适应阵列天线是有极大优越性的。

　　由于自适应阵列天线只用于基站内，所以对其容量的分析亦应考虑反向链路（用户到基站）的性能。假设K个用户随机分布在基站的周围，基站接收时实现了扩频码的同步，每个用户发射一个扩频码调制的数据信号，扩频增益为N,基站阵元数为M,系统的容量会随着阵元数M的增加而增加。

　　综上所述，自适应阵列天线是利用多个全向天线组成的具有复杂方向矢量计算和控制的天线阵列组，用于提高移动通信系统的容量。该技术特别适用于CDMA移动通信系统。目前，自适应阵列天线正朝着小型化、商用化的方向发展。随着第三代（3G）移动通信系统的开发和商用，自适应阵列天线将会越来越多的被采用。