二、空分多址技術(shù)（SDMA）的核心——自適應(yīng)天線(xiàn)技術(shù) 

近幾十年來(lái)，無(wú)線(xiàn)通信經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字，從固定到移動(dòng)的重大變革。而就移動(dòng)通信而言，為了更有效地利用有限的無(wú)線(xiàn)頻率資源，時(shí)分多址技術(shù)（TDMA）、頻分多址技術(shù)（FDMA）、碼分多址技術(shù)（CDMA）得到了廣泛的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上建立了GSM和CDMA兩大主要的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。就技術(shù)而言，現(xiàn)有的這三種多址技術(shù)已經(jīng)得到了充分的應(yīng)用，頻譜的使用效率已經(jīng)發(fā)揮到了極限。空分多址技術(shù)（SDMA）則突破了傳統(tǒng)的三維思維模式，在傳統(tǒng)的三維技術(shù)的基礎(chǔ)上，在第四維空間上極大的拓寬了頻譜的使用方式，使得移動(dòng)用戶(hù)僅僅由于空間位置的不同而復(fù)用同一個(gè)傳統(tǒng)的物理信道成為可能。并將移動(dòng)通信技術(shù)引入了一個(gè)更為嶄新的領(lǐng)域。而實(shí)現(xiàn)它的技術(shù)核心則是自適應(yīng)智能天線(xiàn)技術(shù)。 

自適應(yīng)智能天線(xiàn)技術(shù)是一種軟件技術(shù)，是當(dāng)今軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的基礎(chǔ)。它使用了自適應(yīng)陣列信號(hào)處理軟件，對(duì)所有用戶(hù)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)進(jìn)行高速時(shí)空處理從而實(shí)時(shí)調(diào)整無(wú)線(xiàn)信號(hào)的傳輸，為每位用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)的上行鏈路和下行鏈路信號(hào)。即使基站在充滿(mǎn)噪音和干擾的環(huán)境中，也能監(jiān)測(cè)并保持與多個(gè)不同的用戶(hù)的通信連接,從而實(shí)現(xiàn)空分多址（SDMA）的效果。在網(wǎng)絡(luò)中，這種先進(jìn)的基站性能可以用來(lái)增加基站覆蓋范圍，從而降低網(wǎng)絡(luò)成本，提高系統(tǒng)容量，最終達(dá)到提高頻率使用效率的目的。SDMA可以與任何空間調(diào)制方式或頻段兼容，因此具有巨大的實(shí)用價(jià)值。 

空分多址的基站組件就是一種先進(jìn)的自適應(yīng)天線(xiàn)陣列系統(tǒng)。自適應(yīng)陣列天線(xiàn)系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)控其覆蓋的范圍，針對(duì)不斷變化的無(wú)線(xiàn)環(huán)境（包括移動(dòng)用戶(hù)和干擾信號(hào)），系統(tǒng)將提供有效的天線(xiàn)發(fā)送和接收模式來(lái)跟蹤用戶(hù)，為用戶(hù)所在的方向提供最大的增益，同時(shí)抑制其他用戶(hù)的干擾，以適應(yīng)用戶(hù)的位置移動(dòng)。 

SDMA系統(tǒng)的處理程序如下： 

1．系統(tǒng)將首先對(duì)來(lái)自所有天線(xiàn)中的信號(hào)進(jìn)行快照或取樣，然后將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，并存儲(chǔ)在內(nèi)存中。 

2．計(jì)算機(jī)中的SDMA處理器將立即分析樣本，對(duì)無(wú)線(xiàn)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，確認(rèn)用戶(hù)、干擾源及其所在的位置。 

3．處理器對(duì)天線(xiàn)信號(hào)的組合方式進(jìn)行計(jì)算，力爭(zhēng)最佳地恢復(fù)用戶(hù)的信號(hào)。借助這種策略，每位用戶(hù)的信號(hào)接收質(zhì)量將大大提高，而其它用戶(hù)的信號(hào)或干擾信號(hào)則會(huì)遭到屏蔽。 

4．系統(tǒng)將進(jìn)行模擬計(jì)算，使天線(xiàn)陣列可以有選擇地向空間發(fā)送信號(hào)。在此基礎(chǔ)上，每位用戶(hù)的信號(hào)都可以通過(guò)單獨(dú)的通信信道—空間信道實(shí)現(xiàn)高效的傳輸。 

5．在上述處理的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)就能夠在每條空間信道上發(fā)送和接收信號(hào)，從而使這些信道成為雙向信道。

利用上述流程，SDMA系統(tǒng)就能夠在一條普通信道上創(chuàng)建大量的頻分、時(shí)分或碼分雙向空間信道，每一條信道都可以完全獲得整個(gè)陣列的增益和抗干擾功能。從理論上而言，帶有m個(gè)單元的陣列能夠在每條普通信道上支持m條空間信道。但在實(shí)際應(yīng)用中支持的信道數(shù)量將略低于這個(gè)數(shù)目，具體情況則取決于環(huán)境。由此可見(jiàn)，SDMA系統(tǒng)可使系統(tǒng)容量成倍增加，使得系統(tǒng)在有限的頻譜內(nèi)可以支持更多的用戶(hù)，從而成倍地提高頻譜使用效率。 

三、自適應(yīng)智能天線(xiàn)技術(shù)提高頻譜使用率 

自適應(yīng)智能天線(xiàn)技術(shù)是一種物理層技術(shù)，它并不影響系統(tǒng)的高層協(xié)議，因此，它適用于各種無(wú)線(xiàn)接口。按照對(duì)傳統(tǒng)的智能天線(xiàn)的理解，自適應(yīng)智能天線(xiàn)技術(shù)由于其技術(shù)特點(diǎn)的限制僅適用于TDD系統(tǒng)，而現(xiàn)在隨著這一新技術(shù)的不斷完善，它在FDD系統(tǒng)中的應(yīng)用同樣能達(dá)到理想的效果。實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，自適應(yīng)智能天線(xiàn)技術(shù)能應(yīng)用于PHS，WLL，GSM/GPRS/EDGE，WCDMA，CDMA2000等系統(tǒng)，使系統(tǒng)的容量及覆蓋范圍都成倍地提高。 

在現(xiàn)有的PHS商用系統(tǒng)中，有近十萬(wàn)臺(tái)基站裝備了自適應(yīng)智能天線(xiàn)系統(tǒng)，而其中近五萬(wàn)臺(tái)裝備在中國(guó)。由于使用了自適應(yīng)智能天線(xiàn)技術(shù)，基站通過(guò)上行信息分析每個(gè)用戶(hù)及干擾源的位置，為每個(gè)用戶(hù)波束賦形，以增強(qiáng)用戶(hù)的信號(hào)增益，同時(shí)最大限度地降低對(duì)其他用戶(hù)的干擾，這樣，網(wǎng)絡(luò)的頻率復(fù)用模式可以從傳統(tǒng)的（7，3）復(fù)用，改為（4，3）復(fù)用，甚至（1，3）復(fù)用，頻率的復(fù)用距離可以減小一倍或數(shù)倍，且網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量不變。在此基礎(chǔ)上，SDMA技術(shù)的應(yīng)用，可以使系統(tǒng)增加多達(dá)一倍的空分信道。系統(tǒng)的總?cè)萘窟_(dá)到數(shù)倍地增加。 

對(duì)于GSM/GPRS/EDGE系統(tǒng)而言，跳頻技術(shù)的應(yīng)用是傳統(tǒng)的提高系統(tǒng)容量的方式，但跳頻技術(shù)只能起到平均網(wǎng)絡(luò)干擾的作用，并不能主動(dòng)地降低網(wǎng)絡(luò)的干擾電平，雖然它也在一定程度上緩解了熱點(diǎn)地區(qū)的容量與頻譜間的矛盾，但它只是對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量的一種優(yōu)化調(diào)整，并沒(méi)有在根本上改善頻譜的使用效率。而采取自適應(yīng)智能天線(xiàn)技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)的調(diào)頻技術(shù)，可以使傳統(tǒng)的跳頻負(fù)載的限制由原來(lái)的50%提高到100%，且頻率的復(fù)用模式可以由原來(lái)的（1，3）改為更緊密地（1，1）復(fù)用。網(wǎng)絡(luò)的仿真及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，采用自適應(yīng)智能天線(xiàn)技術(shù)后，跳頻負(fù)載提高到100%后，網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量不低于調(diào)整前。也就是說(shuō)，頻譜的使用效率較傳統(tǒng)的提高四倍（在采取四天線(xiàn)陣的情況下）。 

CDMA系統(tǒng)是一種自干擾系統(tǒng)，無(wú)論IS-95CDMA，WCDMA還是CDMA2000，系統(tǒng)的射頻污染是影響系統(tǒng)容量的重要因素。由于自適應(yīng)智能天線(xiàn)系統(tǒng)采用有選擇性的空間傳輸，因此基站發(fā)射的功率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通的基站，從而可減少網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的射頻污染，同時(shí)減小功率放大器的規(guī)格。首先，功率可分配到每個(gè)單元，然后，由于能量根據(jù)方向而提供，所以輸送到每個(gè)單元的功率就隨之減少。如果陣列部署有10個(gè)單元，則每個(gè)單元的放大器只需發(fā)射來(lái)自相關(guān)天線(xiàn)系統(tǒng)的1%的功率。而且能量只集中在有效用戶(hù)的位置，對(duì)其他用戶(hù)位置的能量輻射最小，從而最大限度地減少網(wǎng)絡(luò)空間的射頻污染，降低干擾電平，提高系統(tǒng)容量。 

表1及表2是加入自適應(yīng)智能天線(xiàn)技術(shù)后各種無(wú)線(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)下基站的容量及頻譜使用效率。 

系統(tǒng)	容量增加
GSM/GPRS/EDGE	6倍
WCDMA	8倍
CDMA2000	8倍
WLL	20倍
PHS	9倍

表1 系統(tǒng)容量增加（8天線(xiàn)陣） 

四、軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的雛形 

從自適應(yīng)智能天線(xiàn)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理可以看出，自適應(yīng)智能天線(xiàn)的核心在于基帶的數(shù)字處理部分，它由數(shù)個(gè)軟件功能模塊組成。自適應(yīng)智能天線(xiàn)系統(tǒng)針對(duì)不同的通信標(biāo)準(zhǔn)以及不同的應(yīng)用環(huán)境有不同的解決方案，基站系統(tǒng)只需通過(guò)軟件置換即可實(shí)現(xiàn)基站設(shè)備的重新配置，而基站系統(tǒng)的射頻結(jié)構(gòu)及其它硬件結(jié)構(gòu)則不需作任何調(diào)整。這正是當(dāng)今軟件無(wú)線(xiàn)電的概念。雖然現(xiàn)在的自適應(yīng)智能天線(xiàn)系統(tǒng)硬件平臺(tái)的通用性還有一定的限制，但這種限制并不是來(lái)源于自適應(yīng)智能天線(xiàn)技術(shù)本身。因此，從自適應(yīng)智能天線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)上來(lái)看，它已具備了軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的基本構(gòu)成要件，是軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的雛形。 

結(jié)束語(yǔ)： 

自適應(yīng)智能天線(xiàn)技術(shù)以其技術(shù)的先進(jìn)性正越來(lái)越多地被人們所重視，隨著無(wú)線(xiàn)通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，自適應(yīng)智能天線(xiàn)技術(shù)將可以幫助運(yùn)營(yíng)商經(jīng)濟(jì)高效地完成系統(tǒng)的部署，從而提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。用戶(hù)則將是這種技術(shù)的最終受益者，能夠以較低的費(fèi)用獲得清晰的通話(huà)質(zhì)量，而這就將成為通信發(fā)展的原動(dòng)力，推動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展。