Analiza antenelor inteligente poziționate în configurație circulară

Cap. 1 Introducere

Cap.1.1 Generalităţi

“Antenele inteligente sau antenele adaptive,aşa cum mai sunt cunoscute, sunt antene ce folosesc algoritmi inteligenţi de prelucrare a semnalului pentru a identifica semnătura semnalului spaţial, cum ar fi direcţia de sosire (DOA)”[1] Sistemele de antene inteligente estimează direcţia de sosire a semnalului utilizând tehnici cum ar fi MUSIC (Multiple Signal Classification), estimarea parametrilor semnalului prin tehnici de rotaţie invariantă, algoritmi (ESPRIT) sau metoda lui Matrix Pencil. Aceasta din urmă este o tehnică foarte eficientă în cazul sistemelor de timp real şi în conformitate cu sursele corelate. Astfel se pot calcula vectorii de formare a lobilor în vederea urmăririi şi localizarii antenei care a generat semnalul.

Tehnica de formare a lobilor(beamforming) se foloseşte pentru ca antenele inteligente să-şi poata modifica caracteristica de radiaţie în funcţie de necesităţile de comunicare. Caracteristica de radiaţie a unei antene este o reprezentare matematică sau pictorială a distribuţiei puterii. Teorema reciprocităţii afirmă că impedanţa şi caracteristica de radiaţie sunt aceleaşi la emisie şi la recepţie şi caracteristicile antenei nu depind de sensul de curgere al energiei. Se poate crea un model de interferenţă constructivă sau destructivă în frontul de undă, în funcţie de tipul reţelei şi de modelul de radiaţie dorit.

Pentru a se întelege funcţionarea antenelor inteligente se poate spune că acestea sunt echivalentul radio al capului unei persoane. Acesta are o pereche de urechi pentru a recepţiona sunete, o gură pentru a emite sunete şi creierul care proesează toate semnalele. Antenele inteligente lucrează similar cu capul uman, dacă în departare o persoană vorbeşte cu tine, poţi determina direcţia din care vine sunetul datorită diferenţelor de întârziere la cele două urechi şi astfel se poate determina în ce direcţie trebuie sa întorci capul pentru a auzi cat mai clar. O altă caracteristică a acestora o reprezintă şi selectarea semnalelor de la sursele dorite, respectiv suprimarea semnalelor de la sursele nedorite.

“”O antena inteligenta consta din M elemente, a caror semnale sunt procesate adaptat pentru a exploata dimensiunea spatiala a canalelor radio mobile.”[2] Antenele inteligente lucreaza intr-un mod similar cu capul descris mai sus. Ele combina multipli elementi de antena cu capacitatea de a procesa semnalul pentru a transmite si recepţiona intr-o maniera adaptiva, astfel acel sistem schimba automat directia modelului de emisie/receptie ca raspuns la pozitia utilizatorului mobilului.La fel cum creierul proceseaza sunetele primite de catre fiecare ureche, semnalul receptionat de fiecare element poate fi comparat pentru a fi determinata directia sursei. Antena poate fi electronic orientata spre sursa de semnal. Asezarea actuala a antenei ramane fixa. Orientarea este atinsa prin calcule matematice asupra semnalului receptionat la fiecare element. Prin efectuarea acestor calcule in timp real antena inteligenta poate electonic sa urmareasca sursa de semnal in timp ce aceasta se misca.

Antenele inteligente pot normaliza modelul razei pt fiecare utilizator de mobil prin intermediul controlului intern al reactiei negative.In general, fiecare abordare formeaza un lob principal in directia utilizatorului si incearca sa respinga interferentele si zgomotul din exteriorul lobului principal.

Sistemele de antene inteligente pot fi clasificate în funcţie de strategia lor de emisie sau de “nivelul de inteligenţă” în trei tipuri:

- Antene cu lob de comutare ;

- Antene dinamic fazate;

- Antene adaptive;

Antenele cu lob de comutare sunt antene direcţionale care se gasesc cel mai des instalate la staţiile de bază a unei celule. Ele au doar o funcţie de bază ce comută între antene directive individuale sau lobii predefiniţi ai matricii. Este aleasă setarea care oferă cea mai bună performanţă în ceea ce priveşte puterea primită.Datorită directivitaţii mai bune în comparaţie cu antenele convenţionale, acestea vor avea un caştig mai mare. Astfel de antene sunt mai uşor de implementat în celule existente decăt antenele adaptive care sunt mult mai sofisticate. Lobii sunt predeterminaţi şi ficşi. Un utilizator ar putea fi la un anumit timp în zona de acoperire a unui lob, dar odată ce acesta se ma mişca şi va ieşi din centru acestei zone spre periferia zonei de acoperire, semnalul primit devenind din ce în ce mai slab şi atunci intervine mecanismul de ”handover”. Prin acest mecanism un apel iniţiat într-o celulă poate fi transferat într-o altă celulăla la modificarea poziţiei geografice a mobilului.