Moslashuvchan

Maqolada WiMax tizimi uchun antenna texnologiyasining so'nggi yutuqlari haqida so'z boradi. Baza stansiyalari va foydalanuvchi terminallari uchun adaptiv antennalarning imkoniyatlari haqida ma'lumotlar keltirilgan. Bir nurli va adaptiv antennalarning qiyosiy tavsiflari aloqa kanalining o'tkazuvchanligi nuqtai nazaridan berilgan. Moslashuvchan antennalarning afzalliklari, shuningdek, MIMO (Multi-Input-Multi-Output) texnologiyasi bilan birgalikda adaptiv qabul qilishni amaliyotga joriy qilish tartibi ko'rsatilgan.
Maqolada WiMax tizimi uchun antenna texnologiyasining so'nggi yutuqlari haqida so'z boradi. Baza stansiyalari va foydalanuvchi terminallari uchun adaptiv antennalarning imkoniyatlari haqida ma'lumotlar keltirilgan. Bir nurli va adaptiv antennalarning qiyosiy tavsiflari aloqa kanalining o'tkazuvchanligi nuqtai nazaridan berilgan. Moslashuvchan antennalarning afzalliklari, shuningdek, MIMO (Multi-Input-Multi-Output) texnologiyasi bilan birgalikda adaptiv qabul qilishni amaliyotga joriy qilish tartibi ko'rsatilgan.
Kirish
WiMax aloqa tizimining yangi avlodida uskuna ikkita asosiy toifadagi antennalarni o'z ichiga oladi - bular tayanch stansiya antennalari va foydalanuvchi terminali antennalari. Birinchi guruh - qamrov sektori 60, 90, 120 daraja bo'lgan bir nurli antennalar, ular oldingi avlod aloqa tizimlarining o'xshash antennalaridan hech qanday farq qilmaydi. Ammo uyali telefonlarning tayanch stansiyalari uchun adaptiv antennalarni yaratish ustida ish olib borildi (xorijiy adabiyotlarda siz ko'pincha "aqlli antenna" atamasini topishingiz mumkin) ushbu g'oyalar va ishlanmalardan foydalanishga va to'rtinchi avlodda murakkab adaptiv antennalarni amaliyotga tatbiq etishga imkon berdi. WiMax mobil aloqa uskunalari.Ya'ni, an'anaviy bitta nurli nurga qo'shimcha ravishda, bugungi kunda siz ikkita yangi asosiy antennalar guruhidan foydalanishingiz mumkin:
moslashuvchan;
MIMO (Multi-Input-Multi-Output).
Foydalanuvchi antennalarini ikki guruhga bo'lish mumkin:
IEEE 802. 16d bo'yicha statsionar abonent terminallari uchun ichki va tashqi (1-rasm);
Abonent terminalining ichki va tashqi moslashuv antennalari
Guruch. 1. Abonent terminalining ichki va tashqi moslashuv antennalari
IEEE 802.16e standartiga muvofiq uyali aloqa foydalanuvchilari (avtomobillar, poezdlar va boshqalardagi kompyuterlar) bilan uyali aloqa uchun.
Terminologiyani aniqlashtirish uchun bu erda turli xil antenna variantlari va ularning ta'riflari ro'yxati keltirilgan:
O'zgaruvchan nurli ko'p nurli antennalar - bu sobit nurlanish naqshli elementar radiatorlar to'plami. Antennalar burchakli sektorda bir nechta nurlarga ega va bu nurlarni boshqarish uchun kalitlarni o'z ichiga oladi. Muayyan foydalanuvchi uchun tayanch stantsiya yoki terminal eng yaxshi signalni tanlaydi. Nurni almashtirish tugmalari daromadni kamaytirish yoki oshirish imkonini beradi, lekin faqat nurlar mavjud bo'lgan yo'nalishda.
Nurni skanerlash bilan antennalar. Antenna massivida antenna signali protsessoriga ulangan faza o'tkazgichlari va zaiflashtiruvchi qurilmalar mavjud. Sektor ichidagi nur protsessor tomonidan to'g'ri yo'nalishga yo'naltiriladi. To'g'ri skanerlash foydalanuvchi yoki tayanch stantsiyani aniq nishonga olish uchun muhim afzalliklarni taqdim etadi. Bunday antennalar foydalanuvchi yo'nalishi bo'yicha maksimal va shovqin yo'nalishi bo'yicha minimal bo'lgan optimal nurni yaratish uchun turli matematik usullardan foydalanadi.SDMA (Spatial Division Multiple Access) - fazoviy bo'linish va bir nechta kirish uchun texnologiya. Moslashuvchan antenna bir vaqtning o'zida bir nechta kichik kanallarni fazoviy multiplekslash uchun ishlatiladi.
MIMO (Multi-Input-Multi-Output) antennalari. Bu fazo-vaqt kodlash tizimi. Ushbu texnologiya ma'lumotlar oqimini ikki yoki undan ortiq antennalar orqali turli fazoviy yo'llar bo'ylab ajratish (2-rasm) yoki eng yaxshi yo'nalishga o'tish yoki bir vaqtning o'zida ishlash orqali daromad keltiradi. Bu usul ma'lumotlar oqimini fazoviy ajratish va keyin birlashtirishni o'z ichiga oladi va shovqinlarni kamaytirishda samarali.
2 × 2 sxema bo'yicha MIMO kontseptsiyasi - tayanch stantsiyadagi ikkita antenna, abonent terminalida ikkita antenna
Stansiya yo'riqnomasi bilan foydalanuvchi terminallari uchun antennalar
Foydalanuvchi terminallari uchun bir necha turdagi antennalar mavjud:
o'rnatilgan ko'p yo'nalishli antenna - bu eng oddiy nol daromadli antenna;
azimutdagi ko'p yo'nalishli antenna, 2-5 dB kuchga ega, "tashqi antenna" ulagichiga ulangan;
ko'p nurli antenna (3-rasm), 7-10 dB kuchga ega, bu tayanch stantsiyadan keladigan signalning ko'payishini ta'minlaydi va boshqa barcha yo'nalishlardan shovqin signalini kamaytiradi.
Olti nurli kommutatsiya antennasining radiatsiya sxemasi
Guruch. 3-rasm. Olti nurli kommutatsiya antennasining radiatsiya sxemasi: 1 - faol nur, 2-6 - o'chirilgan nurlar, 7 - tayanch stantsiya, 8 - interferent
Ko'p nurli antenna ma'lumotlar tezligini sezilarli darajada oshirishi mumkin. Ko'p nurli antennaning muhim xususiyati shundaki, u avtomatik ravishda tayanch stantsiyaga yoki ko'rish chizig'i bo'lmasa, eng yaxshi yo'nalishga ishora qiladi va ish radio to'lqinlarining ko'p yo'nalishli tarqalishi sharoitida amalga oshiriladi (4-rasm). Ushbu rejim "avtomatik qidiruv" yoki o'z-o'zini o'rnatish (o'zini o'zi o'rnatish) deb ataladi.
Moslashuvchan antenna namunasi
Guruch. 4-rasm. Moslashuvchan antennaning yo'nalish sxemasi: 1 - tayanch stansiyaga moslashtirilgan shakllangan nur, 2 - tayanch stantsiya, 3 - shovqin
Bozorda siz 2,5 va 3,5 gigagertsli diapazonlarda ishlash uchun 4-, 6- va 8-nurli terminallarni [1] topishingiz mumkin, ham bino ichida (5-rasm) va tashqarida (6-rasm). Poydevorga maksimal yo'nalishdagi bunday antennalar 10 dB gacha kuchga ega va boshqa barcha yo'nalishlardan signallarni 15-20 dB ga bostirishga ega. Bu sizga radiokanalning o'tkazish qobiliyatini oshirish va radio sharoitlari o'zgarganda (ya'ni, kompyuter, mebel va boshqalarning holati o'zgarganda) xonada barqaror aloqaga ega bo'lish imkonini beradi.Antenna doimo eng yaxshi nurni qidiradi. yo'nalish va maksimal daromad beradi.
Baza stantsiyasining ko'rish chizig'i bo'lmaganda, ichki makonda eng yaxshi yo'nalishni avtomatik qidirish bilan olti nurli 3,5 gigagertsli ichki antenna.
Guruch. besh.3,5 gigagertsli olti nurli ichki antenna, tayanch stansiyaning ko'rish chizig'i bo'lmaganda ichki makonda eng yaxshi yo'nalishni avtomatik izlash.
3,5 gigagertsli diapazonda ishlaydigan abonent terminalining sakkiz nurli tashqi antennasi, tayanch stansiyaning avtomatik qidiruv rejimiga ega.
Guruch. 6. Abonent terminalining 3,5 gigagertsli diapazonda ishlaydigan, tayanch stansiyaning avtomatik qidiruv rejimiga ega tashqi sakkiz nurli antennasi.
Mobil terminal antennalari
Avtomatik qidirish va nurni uzluksiz kuzatish imkoniyatlari boshqa turdagi uskunalar - mobil abonent terminallari uchun ham juda muhimdir. Agar WiMax blokiga ega kompyuter mashinada joylashgan bo'lsa, o'rnatilgan ko'p yo'nalishli antenna past tarmoqli kengligi bilan aloqa signalini ta'minlaydi va 10 dB kuchga ega bo'lgan qo'shimcha tashqi ko'p nurli antenna ishonchli qabul qilish maydonini sezilarli darajada oshiradi, yaxshilaydi. aloqa sifati va ma'lumotlarni uzatish tezligi. Shaklda. 7-rasmda avtomobilga o'rnatilgan va 2,3 gigagertsli diapazonda ishlaydigan olti nurli tashqi kuzatuv antennasi ko'rsatilgan. Shuni hisobga olish kerakki, shaharlarda mobil terminallar bilan aloqa asosan tayanch stantsiyani ko'rish chizig'isiz amalga oshiriladi va nurlarning tarqalishi uchun ana shunday qiyin sharoitlarda adaptiv antennalar o'zlarining asosiy afzalliklarini amalga oshiradilar.
Avtomobilga o'rnatilgan olti nurli tashqi kuzatuv antennasi. Chastota diapazoni - 2,3 gigagertsli
Guruch. 7. Avtomobilga o'rnatilgan olti nurli tashqi kuzatuv antennasi. Chastota diapazoni - 2,3 gigagertsli
Baza stansiyasi antennalari
Simsiz aloqa tizimlarida antenna massivlari va signal protsessorlaridan foydalanish kontseptsiyasi ko'p yillar davomida ma'lum.Masalan, harbiy tizimlarda bir nechta qimmat aqlli antennalar qo'llaniladi. Ammo so'nggi yillarda raqamli signal protsessorlari (DSP), shuningdek ASIC yarimo'tkazgichli protsessorlari va dasturlashtiriladigan signal protsessorlari narxining pasayishi tufayli adaptiv antenna tizimlari tobora ko'proq foydalanilmoqda. Moslashuvchan antenna yechimlari foydalanuvchilar soni tez sur'atlar bilan o'sib borayotgani va shu bilan birga radioto'lqinlarning tarqalishidagi qiyinchiliklar ortib borayotgani va shovqin muhiti yomonlashayotgani uchun zarur.
Moslashuvchan antennalar kosmosda optimal nurlanish naqshini yaratish uchun antenna massivi va DSP birikmasidir. Bu tizimga radiatsiya yo'nalishini o'zgartirishga, signal uzatish shartlariga moslashishga imkon beradi, bu esa radio ishlashining sezilarli yaxshilanishiga olib keladi. Funksiyalariga ko'ra moslashuvchan antennalarning (aqlli antennalar) ikkita asosiy toifasi mavjud:
nurni almashtirish bilan - ma'lum bir shakldagi qat'iy miqdordagi nurlar yoki ularning sektorlar bo'yicha turli kombinatsiyalarda kombinatsiyasi bilan (3-rasm);
adaptiv panjaralar - rasmda ko'rsatilganidek, ish paytida kerakli yo'nalishda sozlangan cheksiz miqdordagi RP shakllari bilan.
120° skanerlash sektori bilan tayanch stansiyaning moslashuvchan antenna radiatsiya namunasi
Ikkala tizim ham foydalanuvchi joylashgan joyda signalni kuchaytirish (kuchaytirish) uchun mo'ljallangan, biroq adaptiv tizimlar maksimal daromadni ta'minlaydi, chunki ular signal shovqinini kuzatib boradi va minimallashtiradi.
Kommutatsiyalangan nurli antenna texnologiyasi juda oddiy. Bunday antennalar adaptiv tizimlar bilan solishtirganda ancha arzon, ammo shovqinlarga nisbatan samarasiz. Moslashuvchan antenna texnologiyasi zamonaviyroq. Signal protsessorlarida joriy qilingan eng so'nggi algoritmlardan foydalangan holda, adaptiv tizimlar minimal shovqin va maksimal qabul qilish sifati bilan foydalanuvchi terminalidan signallarni samarali topish va kuzatish imkonini beradi. 120 graduslik sektor uchun moslashtirilgan antenna 4 dan 8 tagacha elementni o'z ichiga oladi, ularning kirish va chiqishlari adaptiv boshqaruv uchun faza o'zgartirgichlar va attenuatorlar bilan birlashtirilgan [2]. Agar ikkita elementli WiMax tayanch stantsiyasi uchun nur kengligi 120 daraja bo'lgan an'anaviy antenna 15 dB ni bersa (9-rasm), u holda 8 elementli adaptiv antenna maksimal 24 dB daromadga ega. Moslashuvchan tayanch antennaning radiatsiya sxemasi rasmda ko'rsatilgan. 8. Bunday antennada har birida 8 ta element bo'lgan 12 qator emitentlar mavjud. Har bir qator bosilgan dipollar qatoridir. Markaziy 8 qator faol elementlarga ega, qolgan 4 qator esa passiv. Barcha qatorlardagi signallarni yig'ish orqali yuqori daromadli tor nur hosil bo'ladi. 3,5 gigagertsli chastota uchun antennaning o'lchami 0,7 × 0,6 m.120 ° qamrovli sektorga ega bo'lgan sektor bir nurli tayanch stansiya antennasining radiatsiya sxemasi
MIMO tizimidan foydalanishning o'ziga xos xususiyatlari
MIMO texnologiyasi (2-rasm) LAN (Local Area Net) uchun ishlab chiqilgan va 2006 yil dekabr oyida WiMax tizimi uchun tavsiya etilgan. Ammo WiMax forumi uni mobil WiMax-ning bir qismi sifatida "mumkin variant sifatida" eslatma bilan tan oldi. Yirik kompaniyalar rahbariyati yaqin yillarda tayanch stansiyalarda MIMO tizimidan foydalanish aniq emas deb hisoblaydi. MIMO ning asosiy kamchiliklaridan biri shundaki, u har bir foydalanuvchi terminali narxini oshiradi va quvvat manbaidan qo'shimcha joy va qo'shimcha quvvat talab qiladi. Va agar nazariy jihatdan MIMO tizimlarida o'tkazish qobiliyati ikki baravar oshsa, amalda, aftidan, ikki baravar ko'paymaydi va bu provayder qaysi chastota diapazonidan foydalanishiga bog'liq. Dastlab, MIMO WiMax tizimlari 2L2 sxemasi bo'yicha quriladi (tayanch stansiyada ikkita antenna va foydalanuvchida ikkita) va bu tizimni yaxshilaydi, lekin tarmoqli kengligi faqat antennalar sonini ko'paytirish orqali oshishi mumkin. Ba'zi kampaniyalar MIMO turi 4L4 ni joriy etishni muhokama qilmoqda, ammo xarajat va murakkablik cheklovchi omillardir [3]. Bu sohadagi yetakchilardan biri Bell Lab. boʻlib, uning rahbariyati Nortell bilan birgalikda MIMOni tijoriy tatbiq etish 2008-2009 yillarda sodir boʻladi, deb hisoblaydi. MIMO ning kamchiliklariga, birinchidan, ushbu texnologiyadan foydalanish qabul qilish diapazonini oshirmasligi, ikkinchidan, kuchli signal talab qilinishi, uchinchidan, tizimning hujayra chetida samarali emasligi kiradi.Moslashuvchan antennalar signalni kuchliroq qiladi, lekin faqat MIMO bilan [4]. Shuning uchun, adaptiv antennalar WiMax tarmoqlarini joylashtirishning boshida, operatorlar hujayralarni barqaror qamrab olishga erishmoqchi bo'lganlarida va tarmoq hayotining keyingi bosqichida ular o'tkazuvchanlik va uzatish tezligini oshirish bilan shug'ullanadigan narsadir. . Bu shundan keyingina MIMO joriy etilishini anglatadi.
Moslashuvchan antennalar bilan bog'lanish samaradorligi

Simsiz aloqaning asosiy parametri kanalning spektral samaradorligi hisoblanadi. Uni oshirish uchun chastotani qayta ishlatish va yuqori modulyatsiya tartibi (16 QAM, 64 QAM) talab qilinadi. Samaradorlik har bir hujayra uchun bps/Gts da o'lchanadi. Kanal sig'imining ikkinchi o'lchovi - hujayra maydoni bo'yicha o'tkazish qobiliyati, bit/s/Hz/mil². WiMax simsiz tarmoqlaridagi adaptiv antennalar ushbu parametrlarni oshiradi, shuningdek, qamrov maydonini oshiradi. Masalan, Stenford universiteti [4] tomonidan olib borilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, adaptiv antennalar joriy etilishi bilan spektrning samaradorligi har bir hujayra uchun 2,5 bit/s/Gts ga, maydon birligi uchun esa 0,8 bit/s/Hz/mil² ga oshishi mumkin.

Xulosa
Nazariy jihatdan, adaptiv antennalardan ham tayanch stansiyalarda, ham abonent terminallarida foydalanish spektral samaradorlikni 3 dan 10 martagacha oshirishi mumkin. Dizayn muhandislarining vazifasi - uskunaning murakkabligi va eng muhimi, uning narxini sezilarli darajada oshirmasdan, moslashuvchan antennalar bilan aloqa tizimlarini ishlab chiqarish va ta'minlash.
Adabiyot
www.mpa.co.il
www.mtigroup.com
O'Shea D. MIMO mart oyida. aprel 24, 2006 yil
Shekh K., Gesbert D., Gore D., Paulraj A. Keng polosali simsiz ulanish tarmoqlari uchun aqlli antennalar // IEEE Communication Magazine. noyabr 1999 yil..