Mukautuvat antenniryhmät: miten se toimii? (Perusasiat)

Hyvää päivää.

Olen viettänyt viimeiset vuodet tutkien ja luonut erilaisia ​​algoritmeja spatiaaliseen signaalinkäsittelyyn adaptiivisissa antenniryhmissä, ja jatkan niin edelleen osana nykyistä työtäni. Täällä haluan jakaa tietoa ja temppuja, jotka löysin itselleni. Toivon, että tästä on hyötyä ihmisille, jotka alkavat opiskella tätä signaalinkäsittelyn aluetta tai niille, jotka ovat vain kiinnostuneita.

Mikä on adaptiivinen antenniryhmä?

Antenniryhmä – Tämä on joukko antennielementtejä, jotka on sijoitettu jollain tavalla avaruuteen. Mukautuvan antenniryhmän yksinkertaistettu rakenne, jota tarkastelemme, voidaan esittää seuraavassa muodossa:
Mukautuvat antenniryhmät: miten se toimii? (Perusasiat)

Adaptiivisia antenniryhmiä kutsutaan usein "älykkäiksi" antenneiksi (Älykäs antenni). Antenniryhmästä "älykkään" tekee spatiaalinen signaalinkäsittely-yksikkö ja siihen toteutetut algoritmit. Nämä algoritmit analysoivat vastaanotetun signaalin ja muodostavat joukon painokertoimia $inline$w_1…w_N$inline$, jotka määrittävät signaalin amplitudin ja alkuvaiheen kullekin elementille. Annettu amplitudi-vaihejakauma määrää säteilykuvio koko hila kokonaisuutena. Kyky syntetisoida vaaditun muotoinen säteilykuvio ja muuttaa sitä signaalinkäsittelyn aikana on yksi adaptiivisten antenniryhmien pääominaisuuksista, mikä mahdollistaa monenlaisten ongelmien ratkaisemisen. erilaisia ​​tehtäviä. Mutta ensin asiat ensin.

Miten säteilykuvio muodostuu?

Suuntakuvio luonnehtii tiettyyn suuntaan lähetetyn signaalin tehoa. Yksinkertaisuuden vuoksi oletetaan, että hilaelementit ovat isotrooppisia, ts. kunkin niistä lähetetyn signaalin teho ei riipu suunnasta. Hilan lähettämän tehon vahvistus tai vaimennus tiettyyn suuntaan saadaan aikaan häiriötä Antenniryhmän eri elementtien lähettämät sähkömagneettiset aallot. Vakaa häiriökuvio sähkömagneettisille aalloille on mahdollista vain, jos ne johdonmukaisuutta, eli signaalien vaihe-eron ei pitäisi muuttua ajan myötä. Ihannetapauksessa jokaisen antenniryhmän elementin tulisi säteillä harmoninen signaali samalla kantotaajuudella $inline$f_{0}$inline$. Käytännössä on kuitenkin työskenneltävä kapeakaistaisten signaalien kanssa, joiden spektri on rajallinen leveys $inline$Delta f << f_{0}$inline$.
Anna kaikkien AR-elementtien lähettää samaa signaalia kompleksinen amplitudi $inline$x_n(t)=u(t)$inline$. Sitten päälle etä vastaanottimessa n:nneltä elementiltä vastaanotettu signaali voidaan esittää analyyttinen muoto:

$$näyttö$$a_n(t) = u(t-tau_n)e^{i2pi f_0(t-tau_n)}$$näyttö$$

missä $inline$tau_n$inline$ on signaalin etenemisen viive antennielementistä vastaanottopisteeseen.
Tällainen signaali on "quasi-harmonic", ja koherenssiehdon täyttämiseksi on välttämätöntä, että maksimiviive sähkömagneettisten aaltojen etenemisessä minkä tahansa kahden elementin välillä on paljon pienempi kuin signaaliverhokäyrän $inline$T$inline$ ominaismuutosaika, ts. $inline$u(t-tau_n) ≈ u(t-tau_m)$inline$. Siten kapeakaistaisen signaalin koherenssin ehto voidaan kirjoittaa seuraavasti:

$$näyttö$$T≈frac{1}{Delta f}>>frac{D_{max}}{c}=max(tau_k-tau_m) $$näyttö$$

missä $inline$D_{max}$inline$ on suurin etäisyys AR-elementtien välillä ja $inline$с$inline$ on valon nopeus.

Kun signaali vastaanotetaan, koherentti summaus suoritetaan digitaalisesti tilakäsittely-yksikössä. Tässä tapauksessa digitaalisen signaalin kompleksiarvo tämän lohkon lähdössä määritetään lausekkeella:

$$näyttö$$y=sum_{n=1}^Nw_n^*x_n$$näyttö$$

On kätevämpää esittää viimeinen lauseke muodossa pistetuote N-ulotteiset kompleksivektorit matriisimuodossa:

$$display$$y=(textbf{w},textbf{x})=textbf{w}^Htextbf{x}$$display$$

missä w и x ovat sarakevektoreita, ja $inline$(.)^H$inline$ on operaatio Hermiittinen konjugaatio.

Signaalien vektoriesitys on yksi perusasioista antenniryhmien kanssa työskennellessä, koska Sen avulla voit usein välttää hankalia matemaattisia laskelmia. Lisäksi tietyllä ajanhetkellä vastaanotetun signaalin tunnistaminen vektorilla mahdollistaa usein abstrahoitumisen todellisesta fysikaalisesta järjestelmästä ja ymmärtää, mitä geometrian näkökulmasta tarkalleen ottaen tapahtuu.

Antenniryhmän säteilykuvion laskemiseksi sinun on "käynnistettävä" henkisesti ja peräkkäin joukko lentokoneen aallot kaikista mahdollisista suunnista. Tässä tapauksessa vektorielementtien arvot x voidaan esittää seuraavassa muodossa:

$$display$$x_n=s_n=exp{-i(textbf{k}(phi,theta),textbf{r}_n)}$$näyttö$$

missä k - aaltovektori, $inline$phi$inline$ ja $inline$theta$inline$ – atsimuuttikulma и korkeuskulma, joka kuvaa tasoaallon saapumissuuntaa, $inline$textbf{r}_n$inline$ on antennielementin koordinaatti, $inline$s_n$inline$ on vaiheistusvektorin elementti s tasoaalto aaltovektorilla k (englanninkielisessä kirjallisuudessa vaiheistusvektoria kutsutaan ohjausvektoriksi). Suuren neliön amplitudin riippuvuus y $inline$phi$inline$ ja $inline$theta$inline$ määrittää antenniryhmän säteilykuvion vastaanottoa varten tietylle painotuskertoimien vektorille w.

Antenniryhmän säteilykuvion ominaisuudet

On kätevää tutkia antenniryhmien säteilykuvion yleisiä ominaisuuksia vaakatasossa olevalla lineaarisella tasaetäisyydellä olevalla antenniryhmällä (eli kuvio riippuu vain atsimuuttikulmasta $inline$phi$inline$). Kätevä kahdesta näkökulmasta: analyyttiset laskelmat ja visuaalinen esitys.

Lasketaan DN yksikköpainovektorille ($inline$w_n=1, n = 1 ... N$inline$) kuvatulla tavalla edellä lähestyä.
Matematiikka täälläMukautuvat antenniryhmät: miten se toimii? (Perusasiat)
Aaltovektorin projektio pystyakselille: $inline$k_v=-frac{2pi}{lambda}sinphi$inline$
Antennielementin pystysuora koordinaatti indeksillä n: $inline$r_{nv}=(n-1)d$inline$
Täällä d – antenniryhmän jakso (viereisten elementtien välinen etäisyys), λ - aallonpituus. Kaikki muut vektorielementit r ovat yhtä kuin nolla.
Antenniryhmän vastaanottama signaali tallennetaan seuraavassa muodossa:

$$display$$y=sum_{n=1}^{N}1 ⋅exp{i2pi nfrac{d}{lambda}sinphi}$$display$$

Sovelletaan kaavaa geometrisen progression summat и trigonometristen funktioiden esittäminen kompleksisten eksponentiaalien avulla :

$$display$$y=frac{1-exp{i2pi Nfrac{d}{lambda}sinphi}}{1-exp{i2pi frac{d}{lambda}sinphi}}=frac{sin(pi frac{Nd} {lambda}sinphi)}{sin(pi frac{d}{lambda}sinphi)}exp{ipi frac{d(N-1)}{lambda}sinphi}$$display$$


Tuloksena saamme:

$$näyttö$$F(phi)=|y|^2=frac{sin^2(pi frac{Nd}{lambda}sinphi)}{sin^2(pi frac{d}{lambda}sinphi)} $ $näyttö$$

Säteilykuvion taajuus

Tuloksena oleva antenniryhmän säteilykuvio on kulman sinin jaksollinen funktio. Tämä tarkoittaa, että tietyillä suhdearvoilla d/λ sillä on diffraktio (lisä)maksimit.
Mukautuvat antenniryhmät: miten se toimii? (Perusasiat)Antenniryhmän standardoimaton säteilykuvio, kun N = 5
Mukautuvat antenniryhmät: miten se toimii? (Perusasiat)Antenniryhmän normalisoitu säteilykuvio, kun N = 5 napakoordinaatistossa

"Diffraktioilmaisimien" sijainti voidaan katsoa suoraan kaavoja DN:lle. Yritämme kuitenkin ymmärtää, mistä ne tulevat fyysisesti ja geometrisesti (N-ulotteisessa avaruudessa).

elementit vaiheistus vektori s ovat kompleksisia eksponenteja $inline$e^{iPsi n}$inline$, joiden arvot määräytyvät yleisen kulman $inline$Psi = 2pi frac{d}{lambda}sinphi$inline$ arvon perusteella. Jos on olemassa kaksi yleistettyä kulmaa, jotka vastaavat tasoaallon eri saapumissuuntia, joille $inline$Psi_1 = Psi_2 + 2pi m$inline$, tämä tarkoittaa kahta asiaa:

  • Fyysisesti: Näistä suunnista tulevat tasoaaltorintamat indusoivat identtiset sähkömagneettisten värähtelyjen amplitudi-vaihejakaumat antenniryhmän elementeille.
  • Geometrisesti: vaiheistusvektorit sillä nämä kaksi suuntaa ovat samat.

Tällä tavalla liittyvät aallon saapumissuunnat ovat antenniryhmän kannalta samanarvoisia eivätkä erotu toisistaan.

Kuinka määrittää kulmien alue, jossa aina on vain yksi DP:n päämaksimi? Tehdään tämä nolla atsimuutin läheisyydessä seuraavista näkökohdista: kahden vierekkäisen elementin välisen vaihesiirron suuruuden on oltava välillä $inline$-pi$inline$ arvoon $inline$pi$inline$.

$$näyttö$$-pi<2pifrac{d}{lambda}sinphi

Ratkaisemalla tämä epäyhtälö, saamme ehdon ainutlaatuisuusalueelle nollan läheisyydessä:

$$näyttö$$|sinphi|

Voidaan nähdä, että kulman ainutlaatuisuusalueen koko riippuu suhteesta d/λ. jos d = 0.5λ, silloin jokainen signaalin saapumissuunta on "yksilöllinen" ja ainutlaatuisuusalue kattaa kaikki kulmat. Jos d = 2.0λ, silloin suunnat 0, ±30, ±90 ovat vastaavat. Säteilykuvioon ilmestyy diffraktiokiiloja.

Tyypillisesti diffraktiokiltoja pyritään vaimentamaan käyttämällä suuntaavia antennielementtejä. Tässä tapauksessa antenniryhmän täydellinen säteilykuvio on yhden elementin kuvion ja isotrooppisten elementtien ryhmän tulo. Yhden elementin kuvion parametrit valitaan yleensä antenniryhmän yksiselitteisyysalueen ehdon perusteella.

Pääkeilan leveys

Laajasti tunnettu tekninen kaava antennijärjestelmän pääkeilan leveyden arvioimiseksi: $inline$Delta phi ≈ frac{lambda}{D}$inline$, missä D on antennin ominaiskoko. Kaavaa käytetään erityyppisille antenneille, myös peiliantenneille. Osoitetaan, että se pätee myös antenniryhmille.

Määritetään pääkeilan leveys kuvion ensimmäisten nollien mukaan päämaksimin läheisyydessä. Osoittaja ilmaisuja for $inline$F(phi)$inline$ häviää, kun $inline$sinphi=mfrac{lambda}{dN}$inline$. Ensimmäiset nollat ​​vastaavat m = ±1. uskoa $inline$frac{lambda}{dN}<<1$inline$ saamme $inline$Delta phi = 2frac{lambda}{dN}$inline$.

Tyypillisesti antennin suuntauskuvion leveys määräytyy puolitehotason (-3 dB) mukaan. Käytä tässä tapauksessa lauseketta:

$$näyttö$$Delta phi≈0.88frac{lambda}{dN}$$näyttö$$

EsimerkkiMukautuvat antenniryhmät: miten se toimii? (Perusasiat)

Pääkeilan leveyttä voidaan säätää asettamalla erilaisia ​​amplitudiarvoja antenniryhmän painotuskertoimille. Tarkastellaan kolmea jakautumista:

  • Tasainen amplitudijakauma (painot 1): $inline$w_n=1$inline$.
  • Hilan reunoja kohti pienenevät amplitudiarvot (painot 2): $inline$w_n=0.5+0.3cos(2pifrac{n-1}{N}-pifrac{N-1}{N})$inline$
  • Amplitudiarvot kasvavat hilan reunoja kohti (painot 3): $inline$w_n=0.5-0.3cos(2pifrac{n-1}{N}-pifrac{N-1}{N})$inline$

Kuvassa on esitetty normalisoidut säteilykuviot logaritmisella asteikolla:Mukautuvat antenniryhmät: miten se toimii? (Perusasiat)
Kuvasta voidaan jäljittää seuraavat trendit: painokertoimien amplitudien jakauma, joka pienenee kohti taulukon reunoja, johtaa kuvion pääkeilan levenemiseen, mutta sivukeilojen tason laskuun. Antenniryhmän reunoja kohti nousevat amplitudiarvot johtavat päinvastoin pääkeilan kapenemiseen ja sivukeilojen tason nousuun. Tässä on kätevää harkita tapausten rajoittamista:

  1. Kaikkien elementtien painokertoimien amplitudit paitsi äärimmäiset ovat nolla. Uloimpien elementtien painot ovat yhtä suuria kuin yksi. Tässä tapauksessa hila vastaa kaksielementtistä AR:ta pisteellä D = (N-1)d. Pääterälehden leveyttä ei ole vaikea arvioida yllä esitetyn kaavan avulla. Tässä tapauksessa sivuseinät muuttuvat diffraktiomaksimiksi ja kohdistuvat päämaksimiin.
  2. Keskielementin paino on yhtä suuri kuin yksi, ja kaikki muut ovat yhtä suuria kuin nolla. Tässä tapauksessa saimme olennaisesti yhden antennin, jolla oli isotrooppinen säteilykuvio.

Päämaksimin suunta

Joten tarkastelimme, kuinka voit säätää AP AP:n pääkeilan leveyttä. Katsotaan nyt kuinka suunta ohjataan. Muistetaan vektorin ilmentyminen vastaanotetulle signaalille. Halutaan säteilykuvion maksimi katsovan tiettyyn suuntaan $inline$phi_0$inline$. Tämä tarkoittaa, että tästä suunnasta tulisi saada suurin teho. Tämä suunta vastaa vaiheistusvektoria $inline$textbf{s}(phi_0)$inline$ in N-ulotteinen vektoriavaruus, ja vastaanotettu teho määritellään tämän vaiheistusvektorin skalaaritulon ja painokertoimien vektorin neliöiksi w. Kahden vektorin skalaaritulo on suurin, kun ne kollineaarinen, eli $inline$textbf{w}=beta textbf{s}(phi_0)$inline$, missä β - jokin normalisoiva tekijä. Siten, jos valitsemme painovektorin, joka on yhtä suuri kuin vaiheistusvektori vaadittuun suuntaan, kierrämme säteilykuvion maksimia.
Mukautuvat antenniryhmät: miten se toimii? (Perusasiat)
Harkitse seuraavia painotustekijöitä esimerkkinä: $inline$textbf{w}=textbf{s}(10°)$inline$

$$display$$w_n=exp{i2pifrac{d}{lambda}(n-1)sin(10pi/180)}$$display$$

Tuloksena saadaan säteilykuvio, jonka päämaksimi on 10°:n suunnassa.

Nyt käytämme samoja painokertoimia, mutta emme signaalin vastaanottoon, vaan lähetykseen. Tässä kannattaa huomioida, että signaalia lähetettäessä aaltovektorin suunta muuttuu päinvastaiseksi. Tämä tarkoittaa, että elementit vaiheistusvektori vastaanottoa ja lähetystä varten ne eroavat eksponentin etumerkissä, ts. ovat yhteydessä toisiinsa monimutkaisen konjugaation avulla. Tuloksena saadaan -10°:n suunnassa lähetettävän säteilykuvion maksimi, joka ei ole sama kuin samoilla painokertoimilla vastaanotettavan säteilykuvion maksimi. Tilanteen korjaamiseksi on tarpeen soveltaa monimutkaista konjugaatiota myös painokertoimiin.
Mukautuvat antenniryhmät: miten se toimii? (Perusasiat)
Kuvattu vastaanotto- ja lähetyskuvioiden muodostumisen ominaisuus tulee aina pitää mielessä, kun työskentelet antenniryhmien kanssa.

Leikitään säteilykuviolla

Useita huippuja

Asetetaan tehtäväksi muodostaa kaksi säteilykuvion päämaksimia suuntaan: -5° ja 10°. Tätä varten valitsemme painovektoriksi vastaavien suuntien vaiheistusvektoreiden painotetun summan.

$$näyttö$$textbf{w} = betatextbf{s}(10°)+(1-beta)textbf{s}(-5°)$$display$$

Mukautuvat antenniryhmät: miten se toimii? (Perusasiat)Suhteen säätäminen β Voit säätää pääterälehtien välistä suhdetta. Tässäkin on kätevää katsoa, ​​mitä vektoriavaruudessa tapahtuu. Jos β on suurempi kuin 0.5, niin painokertoimien vektori on lähempänä s(10°), muuten s(-5°). Mitä lähempänä painovektori on yhtä osoittimista, sitä suurempi on vastaava skalaaritulo ja siten vastaavan maksimi-DP:n arvo.
Mukautuvat antenniryhmät: miten se toimii? (Perusasiat)
On kuitenkin syytä ottaa huomioon, että molemmilla pääterälehdillä on rajallinen leveys, ja jos haluamme virittyä kahteen läheiseen suuntaan, niin nämä terälehdet sulautuvat yhdeksi, suuntautuen johonkin keskisuuntaan.

Yksi maksimi ja nolla

Yritetään nyt säätää säteilykuvion maksimi suuntaan $inline$phi_1=10°$inline$ ja samalla vaimentaa suunnasta $inline$phi_2=-5°$inline$ tuleva signaali. Tätä varten sinun on asetettava vastaavan kulman DN-nolla. Voit tehdä tämän seuraavasti:

$$display$$textbf{w}=textbf{s}_1-frac{textbf{s}_2^Htextbf{s}_1}{N}textbf{s}_2$$display$$

missä $inline$textbf{s}_1 = textbf{s}(10°)$inline$ ja $inline$textbf{s}_2 = textbf{s}(-5°)$inline$.
Mukautuvat antenniryhmät: miten se toimii? (Perusasiat)
Painovektorin valinnan geometrinen merkitys on seuraava. Haluamme tämän vektorin w oli maksimiprojektio kohtaan $inline$textbf{s}_1$inline$ ja oli samalla ortogonaalinen vektoriin $inline$textbf{s}_2$inline$ nähden. Vektori $inline$textbf{s}_1$inline$ voidaan esittää kahdella termillä: kollineaarinen vektori $inline$textbf{s}_2$inline$ ja ortogonaalinen vektori $inline$textbf{s}_2$inline$. Tehtävälauseen tyydyttämiseksi on tarpeen valita toinen komponentti painokertoimien vektoriksi w. Kollineaarinen komponentti voidaan laskea projisoimalla vektori $inline$textbf{s}_1$inline$ normalisoituun vektoriin $inline$frac{textbf{s}_2}{sqrt{N}}$inline$ käyttämällä skalaarituloa.

$$display$$textbf{s}_{1||}=frac{textbf{s}_2}{sqrt{N}}frac{textbf{s}_2^Htextbf{s}_1}{sqrt{N}} $$näyttö$$

Näin ollen, kun sen kollineaarinen komponentti vähennetään alkuperäisestä vaihevektorista $inline$textbf{s}_1$inline$, saadaan vaadittu painovektori.
Mukautuvat antenniryhmät: miten se toimii? (Perusasiat)

Muutama lisähuomautus

  1. Kaikkialla yllä jätin pois painovektorin normalisoinnin, ts. sen pituus. Joten painovektorin normalisointi ei vaikuta antenniryhmän säteilykuvion ominaisuuksiin: päämaksimin suuntaan, pääkeilan leveyteen jne. Voidaan myös osoittaa, että tämä normalisointi ei vaikuta SNR:ään spatiaalisen käsittely-yksikön lähdössä. Tässä suhteessa spatiaalisia signaalinkäsittelyalgoritmeja tarkasteltaessa hyväksymme yleensä painovektorin yksikkönormalisoinnin, ts. $inline$textbf{w}^Htextbf{w}=1$inline$
  2. Mahdollisuudet muodostaa antenniryhmän kuvio määräytyy elementtien lukumäärän N mukaan. Mitä enemmän elementtejä, sitä laajemmat mahdollisuudet. Mitä enemmän vapausasteita spatiaalisen painonkäsittelyn toteutuksessa, sitä enemmän vaihtoehtoja painovektorin "kiertämiseen" N-ulotteisessa avaruudessa.
  3. Säteilykuvioita vastaanotettaessa antenniryhmää ei ole fyysisesti olemassa, ja kaikki tämä on olemassa vain signaalia käsittelevän laskentayksikön "kuvituksessa". Tämä tarkoittaa, että samanaikaisesti on mahdollista syntetisoida useita kuvioita ja itsenäisesti käsitellä eri suunnista tulevia signaaleja. Lähetyksen tapauksessa kaikki on hieman monimutkaisempaa, mutta on myös mahdollista syntetisoida useita DN:itä erilaisten tietovirtojen välittämiseksi. Tätä viestintäjärjestelmien tekniikkaa kutsutaan MIMO.
  4. Esitetyn Matlab-koodin avulla voit leikkiä DN:n kanssa itse
    Koodi

    % antenna array settings
    N = 10;             % number of elements
    d = 0.5;            % period of antenna array
    wLength = 1;        % wavelength
    mode = 'receiver';  % receiver or transmitter
    
    % weights of antenna array
    w = ones(N,1);    
    % w = 0.5 + 0.3*cos(2*pi*((0:N-1)-0.5*(N-1))/N).';
    % w = 0.5 - 0.3*cos(2*pi*((0:N-1)-0.5*(N-1))/N).';
    % w = exp(2i*pi*d/wLength*sin(10/180*pi)*(0:N-1)).';
    % b = 0.5; w = b*exp(2i*pi*d/wLength*sin(+10/180*pi)*(0:N-1)).' + (1-b)*exp(2i*pi*d/wLength*sin(-5/180*pi)*(0:N-1)).';
    % b = 0.5; w = b*exp(2i*pi*d/wLength*sin(+3/180*pi)*(0:N-1)).' + (1-b)*exp(2i*pi*d/wLength*sin(-3/180*pi)*(0:N-1)).';
    
    % s1 = exp(2i*pi*d/wLength*sin(10/180*pi)*(0:N-1)).';
    % s2 = exp(2i*pi*d/wLength*sin(-5/180*pi)*(0:N-1)).';
    % w = s1 - (1/N)*s2*s2'*s1;
    % w = s1;
    
    % normalize weights
    w = w./sqrt(sum(abs(w).^2));
    
    % set of angle values to calculate pattern
    angGrid_deg = (-90:0.5:90);
    
    % convert degree to radian
    angGrid = angGrid_deg * pi / 180;
    % calculate set of steerage vectors for angle grid
    switch (mode)
        case 'receiver'
            s = exp(2i*pi*d/wLength*bsxfun(@times,(0:N-1)',sin(angGrid)));
        case 'transmitter'
            s = exp(-2i*pi*d/wLength*bsxfun(@times,(0:N-1)',sin(angGrid)));
    end
    
    % calculate pattern
    y = (abs(w'*s)).^2;
    
    %linear scale
    plot(angGrid_deg,y/max(y));
    grid on;
    xlim([-90 90]);
    
    % log scale
    % plot(angGrid_deg,10*log10(y/max(y)));
    % grid on;
    % xlim([-90 90]);

Mitä ongelmia voidaan ratkaista käyttämällä adaptiivista antenniryhmää?

Tuntemattoman signaalin optimaalinen vastaanottoJos signaalin saapumissuunta ei ole tiedossa (ja jos viestintäkanava on monitie, suuntia on yleensä useita), niin antenniryhmän vastaanottamaa signaalia analysoimalla on mahdollista muodostaa optimaalinen painovektori. w niin, että SNR tilakäsittely-yksikön lähdössä on suurin.

Optimaalinen signaalin vastaanotto taustamelua vastaanTässä ongelma esitetään seuraavasti: odotetun hyödyllisen signaalin spatiaaliset parametrit ovat tiedossa, mutta ulkoisessa ympäristössä on häiriölähteitä. On välttämätöntä maksimoida SINR AP-lähdössä minimoimalla häiriön vaikutus signaalin vastaanottoon mahdollisimman paljon.

Optimaalinen signaalin siirto käyttäjälleTämä ongelma on ratkaistu matkaviestinjärjestelmissä (4G, 5G) sekä Wi-Fi:ssä. Merkitys on yksinkertainen: erityisten pilottisignaalien avulla käyttäjän palautekanavassa arvioidaan viestintäkanavan spatiaaliset ominaisuudet ja sen perusteella valitaan lähetystä varten optimaalinen painokertoimien vektori.

Tietovirtojen spatiaalinen multipleksointiMukautuvat antenniryhmät mahdollistavat tiedonsiirron useille käyttäjille samanaikaisesti samalla taajuudella muodostaen jokaiselle yksilöllisen kuvion. Tätä tekniikkaa kutsutaan nimellä MU-MIMO, ja se on parhaillaan aktiivisesti käytössä (ja jossain jo) viestintäjärjestelmissä. Mahdollisuus spatiaaliseen multipleksointiin tarjotaan esimerkiksi 4G LTE -matkaviestinstandardissa, IEEE802.11ay Wi-Fi-standardissa ja 5G-matkaviestinstandardeissa.

Virtuaaliset antenniryhmät tutkailleDigitaaliset antenniryhmät mahdollistavat useiden lähetysantennielementtien avulla muodostaa huomattavasti suuremman virtuaalisen antenniryhmän signaalinkäsittelyä varten. Virtuaalisella ruudukolla on kaikki todellisen verkon ominaisuudet, mutta sen toteuttaminen vaatii vähemmän laitteistoa.

Säteilylähteiden parametrien arviointiMukautuvat antenniryhmät mahdollistavat numeron, tehon, kulmakoordinaatit radiosäteilyn lähteet, muodostavat tilastollisen yhteyden eri lähteistä tulevien signaalien välille. Adaptiivisten antenniryhmien tärkein etu tässä asiassa on kyky superresoluutiota lähellä olevat säteilylähteet. Lähteet, joiden välinen kulmaetäisyys on pienempi kuin antenniryhmän säteilykuvion pääkeilan leveys (Rayleighin resoluutioraja). Tämä on mahdollista pääasiassa signaalin vektoriesityksen, tunnetun signaalimallin sekä lineaarisen matematiikan laitteiston ansiosta.

Kiitos huomiosta

Lähde: will.com

Lisää kommentti