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
属于双向双工TDD方式。智能天线研究发展的核心是各类自适应准则和自适应算法。在众多方案中，日本ATR研究人员提出的软件天线尤其引人注目，其框图见图4.19所示。主要特点为：
（1）根据用户所处环境不同，确定影响系统的主要因素是什么？例如，是噪声? 同信道干扰?符号间干扰或其他？
（2）利用软件的方法选择不同环境下的不同算法。例如，若以噪声为主要干扰时，可采用多波束最大比值MRC算法。若以同信道干扰为主要因素时，则可采用多波束恒模CMA算法等，并据此提供算法分集。
（3）利用FPGA器件实现对天线的实时配置，完成智能天线处理功能。
图中主要符号的意义是：C/N表示信噪比；C/I表示信干比；ISI表示符号间干扰；MRC表示最大比值合并算法；CMA表示恒模算法；LMS表示最小均方算法；MLSE表示最小线性均方误差。
4.5.3软件无线电
1.软件无线电的基本概念
软件无线电是将标准化和模块化的硬件功能单元通过一个通用硬件平台，用软件加载方式来实现各种类型无线电通信系统的一种开放式结构。要实现软件无线电，数字化硬件平台是基础，可编程、可重复利用是核心，实现多波段、多体制、多制式通用接收是目的。虚拟无线电VSR是软件无线电SDR的发展方向。
2.软件无线电系统模型
图4.20 软件无线电通信系统的基本函数模型
软件无线电的关键思想是：将A/D/A尽可能靠近天线；用软件实现尽可能多的无线电功能。软件无线电通信系统基本函数模型见图4.20。上图中，信息安全的信息流加密技术可以保证信息的保密传输；认证技术可以防止欺骗；而传输安全技术可将信息传输的事实（如信息的流向、流量和频度等）隐藏起来；联合控制函数使系统具有自动选择频带、自动选择数据格式以及自动选择调制解调方式的功能。
1999年， Mitola将上图所示的原理抽象为图4.21所示的数学拓扑结构，这种结构忽略了无线电的各种函数、接口及实现细节。好处是：它可以明确系统顶层的即插即用接口；可以预测和控制系统的性能；可以为建立标准定一个参考模型；可以为产品演化提供一个体系结构。以上拓扑结构中的节点和有向线段带有重要特性。例如，线段中频ADC用硬件实现，而调制解调和声码器用软件实现。硬件实现包括模拟器件（天线和射频部分）、模/数器件（A/D、D/A）、专用芯片（ASIC）、现场可编程器件（FPGA）和数字信号处理器（DSP）等。从信号频率和数据速率来看，射频部分为模拟信号（几百兆至几千兆）、中频部分几十兆。ADC数字化后可达几百兆比特/秒，经信道选择和数字下变频DDC后为几兆比特/秒至几十兆比特/秒。故，采用这种拓扑结构，有助于我们深入研究软件无线电。
图4.21 无线电系统的拓扑结构
3.软件无线电的几种可能实现方案
图4.22 软件无线电宽带DSSS接收机处理需求估计
软件无线电实现中的关键是巨大运算量与目前硬件水平提供的运算资源的矛盾。 (1) ASIC+DSP实现方案：
图4.22以一个宽带直接序列扩频DSSS军用系统的解调为例，说明DSSS解调中的一些关键函