解析空分多址(SDMA)下的智能天线技术

马丁·库珀


　　在无线通信系统中，天线是一种重要的设施。利用简单的天线阵列可以实现容量的低成本增加、并可以实施新型的信号处理算法后，支持蜂窝通信系统的智能天线方案能够增加每个小区站点的覆盖范围，增强抗干扰能力，并大幅度增加容量。

　　目前有多种方法利用来自无线通信系统中天线阵列的数据，其中较先进的一种方法称为空分多址（S p a t ialDivisio nMul t i p 
le　Access）。在基站中，SDMA不断调整无线环境，为每位用户提供优质的上行链路和下行链路信号。在网络中，这种先进的基站性能可以用来增加基站覆盖范围，从而降低网络成本，提高系统容量，最终达到提高频率利用的目的。SDMA可以与任何空间调制方式或频段兼容，因此具有巨大的实用价值。

　　美国爱瑞通信公司的In t elliCell　技术是一种先进的智能天线技术，使用了自适应阵列信号处理软件，即使基站在充满噪音和干扰的环境中，也能监测与保持与多个不同的用户的通信连接，从而实现空分多址的效果。

　　天线阵列的根源

　　无线天线从一种介质（如空间）上收集电磁能量，并将它传输到另一种介质上，如有线、同轴电缆或波导管.通过在阵列中组合单个天线的输出能量，就可以实现一套独立的天线系统，使其具有不同于阵列中其它单个单元的接收与发送特征。由于无线的接收与发射是相反的，所以天线可以实施具有增益的发射指示。支持接收的任何方向性模式都可适用于发射。

　　自适应阵列天线系统

　　自适应阵列天线系统将持续监控其覆盖的范围，以适应不断变化的无线环境（包括移动用户和干扰信号）。在最简单的情况下（即一个用户、无干扰），系统将提供有效的天线模式来跟踪用户，为用户所在的方向提供最大的增益，从而适应用户的位置移动。空分多址的基站组件就是一种先进的自适应阵列系统。SDMA的原理与上文的束形方案有很大的不同，实际上它的实施是基于对人类听力的模拟。

　　SDMA系统的处理程序如下：1、系统将首先对来自所有天线中的信号进行快照或取样，然后将它们转换成数字形式，并存储在内存中；2、计算机中的SDMA处理器将立即分析样本，对无线环境进行评估，确认用户、干扰源及其所在的位置；3、处理器对天线信号的组合方式进行计算，力争最佳地恢复用户的信号；4、系统将进行模拟计算，使天线阵列可以有选择地向空间发送信号；5、在上述处理的基础上，系统就能够在每条空间信道上发送和接收信号，从而使这些信道成为双向信道。
　　利用上述流程，SDMA系统就能够在一条普通信道上创建大量的频分、时分或码分双向空间信道，每一条信道都可以完全获得整个阵列的增和抗干扰功能。

　　SDMA系统优势明显

　　SDMA系统具有众多优点，包括扩大覆盖范围：线阵列的覆盖范围远远大于任何单个天线，因此接收与发送性能都有大幅度的提高；大幅度降低来自其它系统和其它用户的干扰：在极端吵闹、干扰强烈的环境中，系统可以实现有选择地发送和接收信号，从而提高通信质量；系统容量大幅度提高；SDMA基站发射的功率可以远远低于普通基站，从而可减少网络内的射频污染；SDMA可以于任何调制方式、带宽或频段兼容，包括AMPS、GSM、PHP、DECT、IS—54、IS—95等。当通信系统刚建成时，SDMA覆盖范围的扩展使运营商可以降低构建成本，并迅速完成部署。由于小区的覆盖范围较大，所以信道的复用效果将好于普通的小区。