SDMA概述

SDMA(Space Division Multiple Access，空分復(fù)用接入)是一種衛(wèi)星通信模式，它利用碟形天線(xiàn)的方向性來(lái)優(yōu)化無(wú)線(xiàn)頻域的使用并減少系統(tǒng)成本。這種技術(shù)是利用空間分割構(gòu)成不同的信道。

在SDMA中，碟形衛(wèi)星天線(xiàn)發(fā)送信號(hào)到地表的許多地區(qū)。天線(xiàn)是高度方向性的，它允許多個(gè)表面地區(qū)使用完全相同的頻率?？紤]衛(wèi)星必須同時(shí)向20各不同地區(qū)的手機(jī)或移動(dòng)無(wú)線(xiàn)接收器發(fā)送信號(hào)的情形。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，必須使用20個(gè)頻道和20個(gè)天線(xiàn)來(lái)保持頻道分離。在SDMA中，如果相同頻道區(qū)域完全分離，就可以使用四或者五個(gè)頻道來(lái)發(fā)送20個(gè)信號(hào)，來(lái)自衛(wèi)星天線(xiàn)的窄帶信號(hào)束能保證使用相同頻率的地區(qū)之間不發(fā)生干涉。SDMA需要為各個(gè)發(fā)送器仔細(xì)選擇地區(qū)，也需要準(zhǔn)確的天線(xiàn)排列，一個(gè)小錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)頻道出錯(cuò)、頻道干涉、表面覆蓋區(qū)域混亂等。作為提高移動(dòng)通信系統(tǒng)容量的重要手段，智能天線(xiàn)主要在基站使用，未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作頻率更高，在半波長(zhǎng)陣元間隔的條件下，天線(xiàn)尺寸可做得很小，使得移動(dòng)用戶(hù)端有可能也采用智能天線(xiàn)，下面重點(diǎn)介紹在基站應(yīng)用智能天線(xiàn)所帶來(lái)的好處。

最簡(jiǎn)單的情況是基站的智能天線(xiàn)形成多個(gè)波束覆蓋整個(gè)小區(qū)。例如，一個(gè)小區(qū)可由3個(gè)寬度為120°的波束覆蓋，或由6個(gè)寬度為60°的波束覆蓋。每個(gè)波束可當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的小區(qū)對(duì)待，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)(MS)離開(kāi)一個(gè)波束覆蓋區(qū)到另一個(gè)波束覆蓋區(qū)時(shí)，也要進(jìn)行切換。

形成自適應(yīng)波束智能天線(xiàn)可用于定位每個(gè)MS，并形成覆蓋MS或MS群的波束，這樣每個(gè)波束都可以看成一個(gè)同頻小區(qū)。不斷改變波束形狀以便覆蓋動(dòng)態(tài)變化的業(yè)務(wù)量。當(dāng)MS移動(dòng)時(shí)，選用不同的波束覆蓋不同的MS群，這對(duì)于控制BS發(fā)射功率有利。這個(gè)辦法在MS結(jié)隊(duì)移動(dòng)或沿限定路線(xiàn)(如在高速公路上)移動(dòng)時(shí)尤其有效。

形成波束零點(diǎn)智能天線(xiàn)在其陣列方向圖上形成對(duì)準(zhǔn)同頻MS的波束零點(diǎn)有助于減小收發(fā)兩個(gè)方向上的同頻干擾。

構(gòu)造動(dòng)態(tài)小區(qū)波束自適應(yīng)形成的概念可推廣至小區(qū)形狀的動(dòng)態(tài)改變，即小區(qū)形狀不再固定，利用智能天線(xiàn)構(gòu)造基于業(yè)務(wù)需求的動(dòng)態(tài)小區(qū)，這要求智能天線(xiàn)具備定位和跟蹤MS的能力，從而自適應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)要求，這表明使用智能天線(xiàn)可以改變小區(qū)邊界，從而能隨著業(yè)務(wù)需求的變化為每個(gè)小區(qū)分配一定數(shù)量的信道，即實(shí)現(xiàn)信道的動(dòng)態(tài)分配。

應(yīng)用SDMA的優(yōu)勢(shì)是明顯的：它可以提高天線(xiàn)增益，使得功率控制更加合理有效，顯著地提升系統(tǒng)容量;此外一方面可以削弱來(lái)自外界的干擾，另一方面還可以降低對(duì)其他電子系統(tǒng)的干擾。如前所述，SDMA實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是智能天線(xiàn)技術(shù)，這也正是當(dāng)前應(yīng)用SDMA的難點(diǎn)。特別是對(duì)于移動(dòng)用戶(hù)，由于移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道的復(fù)雜性，使得智能天線(xiàn)中關(guān)于多用戶(hù)信號(hào)的動(dòng)態(tài)捕獲、識(shí)別與跟蹤以及信道的辨識(shí)等算法極為復(fù)雜，從而對(duì)DSP(數(shù)字信號(hào)處理)提出了極高的要求，對(duì)于當(dāng)前的技術(shù)水平這還是個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。所以，雖然人們對(duì)于智能天線(xiàn)的研究已經(jīng)取得了不少鼓舞人心的進(jìn)展，但仍然由于存在上述一些尚難以克服的問(wèn)題而未得到廣泛應(yīng)用。但可以預(yù)見(jiàn)，由于SDMA的諸多誘人之處，SDMA的推廣是必然的。空分多址(SDMA)：這種技術(shù)是利用空間分割構(gòu)成不同的信道。舉例來(lái)說(shuō)，在一顆衛(wèi)星上使用多個(gè)天線(xiàn)，各個(gè)天線(xiàn)的波束射向地球表面的不同區(qū)域。地面上不同地區(qū)的地球站，它們?cè)谕粫r(shí)間、即使使用相同的頻率進(jìn)行工作，它們之間也不會(huì)形成干擾?？辗侄嘀?SDMA)是一種信道增容的方式，可以實(shí)現(xiàn)頻率的重復(fù)使用，充分利用頻率資源。空分多址還可以和其它多址方式相互兼容，從而實(shí)現(xiàn)組合的多址技術(shù)，例如空分·碼分多址(SD-CDMA)。與傳統(tǒng)的TDMA、FDMA或CDMA方式相比，智能天線(xiàn)引入了第四維多址方式：空分多址(SDMA)方式。人們研究智能天線(xiàn)的最初動(dòng)機(jī)是，在頻譜資源日益擁擠的情況下考慮如何將自適應(yīng)波束形成應(yīng)用于蜂窩小區(qū)的基站(BS)，以便能更有效地增加系統(tǒng)容量和提高頻譜利用率。智能天線(xiàn)的基本思想是：天線(xiàn)以多個(gè)高增益窄波束動(dòng)態(tài)地跟蹤多個(gè)期望用戶(hù)，接收模式下，來(lái)自窄波來(lái)之外的信號(hào)被抑制，發(fā)射模式下，能使期望用戶(hù)接收的信號(hào)功率最大，同時(shí)使窄波束照射范圍以外的非期望用戶(hù)受到的干擾最小。智能天線(xiàn)是利用用戶(hù)空間位置的不同來(lái)區(qū)分不同用戶(hù)。不同于傳統(tǒng)的頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)或碼分多址(CDMA)，智能天線(xiàn)引入第4種多址方式：空分多址(SDMA)。即在相同時(shí)隙、相同頻率或相同地址碼的情況下，仍然可以根據(jù)信號(hào)不同的中間傳播路徑而區(qū)分。SDMA是一種信道增容方式，與其他多址方式完全兼容，從而可實(shí)現(xiàn)組合的多址方式，例如空分一碼分多址(SD-CDMA)。智能天線(xiàn)與傳統(tǒng)天線(xiàn)概念有本質(zhì)的區(qū)別，其理論支撐是信號(hào)統(tǒng)計(jì)檢測(cè)與估計(jì)理論、信號(hào)處理及最優(yōu)控制理論，其技術(shù)基礎(chǔ)是自適應(yīng)天線(xiàn)和高分辨陳列信號(hào)處理。