מערכי אנטנות מסתגלים: איך זה עובד? (יסודות)

שָׁלוֹם.

ביליתי את השנים האחרונות במחקר ויצירת אלגוריתמים שונים לעיבוד אותות מרחביים במערכי אנטנות אדפטיביות, וממשיך לעשות זאת כחלק מהעבודה הנוכחית שלי. כאן אני רוצה לחלוק את הידע והטריקים שגיליתי בעצמי. אני מקווה שזה יהיה שימושי עבור אנשים שמתחילים ללמוד את התחום הזה של עיבוד אותות או למי שפשוט מעוניין.

מהו מערך אנטנות אדפטיבי?

מערך אנטנות - זוהי קבוצה של רכיבי אנטנה הממוקמים בחלל בדרך כלשהי. מבנה פשוט של מערך האנטנות האדפטיבי, אותו נשקול, יכול להיות מיוצג בצורה הבאה:


מערכי אנטנות מסתגלים נקראים לעתים קרובות אנטנות "חכמות" (אנטנה חכמה). מה שהופך מערך אנטנות ל"חכם" הוא יחידת עיבוד האותות המרחבית והאלגוריתמים המיושמים בה. אלגוריתמים אלו מנתחים את האות המתקבל ויוצרים קבוצה של מקדמי ניפוח $inline$w_1…w_N$inline$, שקובעים את המשרעת והשלב הראשוני של האות עבור כל אלמנט. התפלגות המשרעת-פאזה הנתונה קובעת דפוס קרינה הסריג כולו בכללותו. היכולת לסנתז תבנית קרינה של הצורה הנדרשת ולשנות אותה במהלך עיבוד האותות היא אחת התכונות העיקריות של מערכי אנטנות אדפטיביות, המאפשרות פתרון מגוון רחב של בעיות. מגוון משימות. אבל דבר ראשון.

כיצד נוצרת תבנית הקרינה?

דפוס כיווני מאפיין את כוח האות הנפלט בכיוון מסוים. לשם הפשטות, אנו מניחים כי יסודות הסריג הם איזוטריים, כלומר. עבור כל אחד מהם, עוצמת האות הנפלט אינה תלויה בכיוון. ההגברה או הנחתה של הכוח הנפלט מהסורג בכיוון מסוים מתקבלת עקב הַפרָעָה גלים אלקטרומגנטיים הנפלטים על ידי אלמנטים שונים של מערך האנטנות. דפוס הפרעות יציב לגלים אלקטרומגנטיים אפשרי רק אם הם לְכִידוּת, כלומר הפרש הפאזות של האותות לא אמור להשתנות לאורך זמן. באופן אידיאלי, כל אלמנט של מערך האנטנות צריך להקרין אות הרמוני באותו תדר ספק $inline$f_{0}$inline$. עם זאת, בפועל יש לעבוד עם אותות צר פס בעלי ספקטרום של רוחב סופי $inline$Delta f << f_{0}$inline$.
תן לכל רכיבי ה-AR לשדר את אותו אות איתם משרעת מורכבת $inline$x_n(t)=u(t)$inline$. ואילך מְרוּחָק במקלט ניתן לייצג את האות המתקבל מהאלמנט ה-n אנליטיים טופס:

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

כאשר $inline$tau_n$inline$ הוא ההשהיה בהפצת האות מאלמנט האנטנה לנקודת הקבלה.
אות כזה הוא "קוואזי הרמוני", וכדי לעמוד בתנאי הקוהרנטיות, יש צורך שההשהיה המקסימלית בהתפשטות של גלים אלקטרומגנטיים בין כל שני אלמנטים יהיה הרבה פחות מזמן השינוי האופייני במעטפת האות $inline$T$inline$, כלומר. $inline$u(t-tau_n) ≈ u(t-tau_m)$inline$. לפיכך, ניתן לכתוב את התנאי לקוהרנטיות של אות פס צר באופן הבא:

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

כאשר $inline$D_{max}$inline$ הוא המרחק המקסימלי בין רכיבי AR, ו-$inline$с$inline$ היא מהירות האור.

כאשר מתקבל אות, סיכום קוהרנטי מבוצע באופן דיגיטלי ביחידת העיבוד המרחבית. במקרה זה, הערך המורכב של האות הדיגיטלי במוצא של בלוק זה נקבע על ידי הביטוי:

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

יותר נוח לייצג את הביטוי האחרון בטופס מוצר נקודה וקטורים מורכבים N-ממדיים בצורת מטריצה:

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

איפה w и x הם וקטורים של עמודות, ו-$inline$(.)^H$inline$ היא הפעולה צימוד הרמיטיאני.

ייצוג וקטור של אותות הוא אחד הבסיסיים כאשר עובדים עם מערכי אנטנות, מכיוון לעתים קרובות מאפשר לך להימנע מחישובים מתמטיים מסורבלים. בנוסף, זיהוי אות המתקבל ברגע מסוים עם וקטור מאפשר לעיתים קרובות להתפשט מהמערכת הפיזית האמיתית ולהבין מה בדיוק קורה מנקודת המבט של הגיאומטריה.

כדי לחשב את תבנית הקרינה של מערך אנטנות, אתה צריך "להשיק" מבחינה נפשית וברצף קבוצה של גלי מטוס מכל הכיוונים האפשריים. במקרה זה, הערכים של האלמנטים הווקטוריים x ניתן להציג בצורה הבאה:

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

איפה k - וקטור גל, $inline$phi$inline$ ו-$inline$theta$inline$ - זווית אזימוט и זווית גובה, המאפיין את כיוון ההגעה של גל מישורי, $inline$textbf{r}_n$inline$ היא הקואורדינטה של ​​אלמנט האנטנה, $inline$s_n$inline$ הוא האלמנט של וקטור הפאזה s גל מישור עם וקטור גל k (בספרות האנגלית וקטור הפאזה נקרא steerage vector). תלות של משרעת הריבוע של הכמות y מ-$inline$phi$inline$ ו-$inline$theta$inline$ קובע את תבנית הקרינה של מערך האנטנות לקליטה עבור וקטור נתון של מקדמי ניפוח w.

תכונות של דפוס הקרינה של מערך האנטנה

זה נוח לחקור את המאפיינים הכלליים של דפוס הקרינה של מערכי אנטנות על מערך אנטנה ליניארי בשווי שווה במישור האופקי (כלומר, הדפוס תלוי רק בזווית האזימוטלית $inline$phi$inline$). נוח משתי נקודות מבט: חישובים אנליטיים והצגה ויזואלית.

הבה נחשב את ה-DN עבור וקטור יחידת משקל ($inline$w_n=1, n = 1 ... N$inline$), בעקבות התיאור המתואר מעל גִישָׁה.
מתמטיקה כאן
הקרנה של וקטור הגל על ​​הציר האנכי: $inline$k_v=-frac{2pi}{lambda}sinphi$inline$
קואורדינטה אנכית של אלמנט האנטנה עם אינדקס n: $inline$r_{nv}=(n-1)d$inline$
כאן d - תקופת מערך האנטנה (מרחק בין אלמנטים סמוכים), λ - אורך גל. כל שאר האלמנטים הווקטוריים r שווים לאפס.
האות המתקבל על ידי מערך האנטנות נרשם בצורה הבאה:

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

בואו ליישם את הנוסחה עבור סכומים של התקדמות גיאומטרית и ייצוג של פונקציות טריגונומטריות במונחים של אקספוננציאלים מורכבים :

$$display$$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}$$display$$

כתוצאה מכך אנו מקבלים:

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

תדירות דפוס הקרינה

תבנית הקרינה של מערך האנטנה המתקבלת היא פונקציה תקופתית של הסינוס של הזווית. זה אומר שבערכים מסוימים של היחס d/λ יש לו עקיפה (נוספת) מקסימום.
דפוס קרינה לא מתוקנן של מערך האנטנות עבור N = 5
תבנית קרינה מנורמלת של מערך האנטנות עבור N = 5 במערכת הקואורדינטות הקוטבית

ניתן לצפות ישירות במיקום "גלאי העקיפה". נוסחאות עבור DN. עם זאת, ננסה להבין מהיכן הם מגיעים פיזית וגיאומטרית (במרחב N-ממדי).

אלמנטים ההדרגה וֶקטוֹר s הם מעריכים מורכבים $inline$e^{iPsi n}$inline$, שהערכים שלהם נקבעים על ידי הערך של הזווית הכללית $inline$Psi = 2pi frac{d}{lambda}sinphi$inline$. אם יש שתי זוויות כלליות המתאימות לכיווני הגעה שונים של גל מישור, שעבורן $inline$Psi_1 = Psi_2 + 2pi m$inline$, אז זה אומר שני דברים:

• פיזית: חזיתות גל מישוריות המגיעות מכיוונים אלו גורמות להתפלגות משרעת-פאזות זהות של תנודות אלקטרומגנטיות על האלמנטים של מערך האנטנות.
• מבחינה גיאומטרית: וקטורים מדורגים שכן שני הכיוונים הללו חופפים.

כיווני הגעת הגלים הקשורים בדרך זו שווים מנקודת המבט של מערך האנטנות ואינם ניתנים להבחנה זה מזה.

כיצד לקבוע את אזור הזוויות שבו נמצא רק מקסימום עיקרי אחד של ה-DP תמיד? הבה נעשה זאת בקרבת אזימוט אפס מהשיקולים הבאים: גודל הסטת הפאזה בין שני אלמנטים סמוכים חייבת להיות בטווח שבין $inline$-pi$inline$ ל-$inline$pi$inline$.

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

בפתרון אי השוויון הזה, נקבל את התנאי לאזור הייחודיות בסביבת אפס:

$$display$$|sinphi|

ניתן לראות שגודל אזור הייחודיות בזווית תלוי ביחס d/λ. אם d = 0.5λ, אז כל כיוון של הגעת האות הוא "אינדיבידואלי", ואזור הייחודיות מכסה את כל טווח הזוויות. אם d = 2.0λ, אז הכיוונים 0, ±30, ±90 שווים. אונות עקיפה מופיעות על תבנית הקרינה.

בדרך כלל, מבקשים לדכא את אונות העקיפה באמצעות אלמנטים של אנטנה כיוונית. במקרה זה, תבנית הקרינה המלאה של מערך האנטנות היא תוצר של תבנית של אלמנט אחד ומערך של אלמנטים איזוטרופיים. הפרמטרים של התבנית של אלמנט אחד נבחרים בדרך כלל על סמך התנאי לאזור החד-משמעיות של מערך האנטנות.

רוחב האונה הראשית

ידוע ברבים נוסחה הנדסית להערכת רוחב האונה הראשית של מערכת אנטנה: $inline$Delta phi ≈ frac{lambda}{D}$inline$, כאשר D הוא הגודל האופייני של האנטנה. הנוסחה משמשת עבור סוגים שונים של אנטנות, כולל מראה. הבה נראה שזה תקף גם עבור מערכי אנטנות.

הבה נקבע את רוחב האונה הראשית לפי האפסים הראשונים של התבנית בקרבת המקסימום הראשי. מוֹנֶה ביטויים עבור $inline$F(phi)$inline$ נעלם כאשר $inline$sinphi=mfrac{lambda}{dN}$inline$. האפסים הראשונים תואמים ל-m = ±1. מאמין $inline$frac{lambda}{dN}<<1$inline$ נקבל $inline$Delta phi = 2frac{lambda}{dN}$inline$.

בדרך כלל, רוחב תבנית הכיוון של האנטנה נקבע על ידי רמת חצי הספק (-3 dB). במקרה זה, השתמש בביטוי:

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

דוגמה

ניתן לשלוט על רוחב האונה הראשית על ידי הגדרת ערכי משרעת שונים עבור מקדמי הניפוח של מערך האנטנות. הבה נבחן שלוש התפלגויות:

• התפלגות משרעת אחידה (משקלים 1): $inline$w_n=1$inline$.
• ערכי משרעת יורדים לכיוון קצוות הסורג (משקלים 2): $inline$w_n=0.5+0.3cos(2pifrac{n-1}{N}-pifrac{N-1}{N})$inline$
• ערכי משרעת הגדלים לכיוון קצוות הסורג (משקלים 3): $inline$w_n=0.5-0.3cos(2pifrac{n-1}{N}-pifrac{N-1}{N})$inline$

האיור מציג את דפוסי הקרינה המנורמלים המתקבלים בקנה מידה לוגריתמי:
ניתן לעקוב אחר המגמות הבאות מהאיור: התפלגות אמפליטודות מקדם המשקל הפוחתות כלפי קצוות המערך מובילה להרחבת האונה הראשית של התבנית, אך לירידה ברמת האונות הצדדיות. ערכי משרעת הגדלים לכיוון קצוות מערך האנטנות, להיפך, מובילים לצמצום האונה הראשית ולעלייה ברמת האונות הצדדיות. נוח לשקול מקרים מגבילים כאן:

1. המשרעות של מקדמי הניפוח של כל האלמנטים מלבד הקיצוניים שוות לאפס. המשקולות עבור האלמנטים החיצוניים שווים לאחד. במקרה זה, הסריג הופך שווה ערך ל-AR של שני אלמנטים עם נקודה D = (N-1)ד. לא קשה להעריך את רוחב עלה הכותרת הראשי באמצעות הנוסחה שהוצגה לעיל. במקרה זה, הדפנות יהפכו למקסימום עקיפה ויישרו קו עם המקסימום הראשי.
2. משקל האלמנט המרכזי שווה לאחד, וכל השאר שווים לאפס. במקרה זה, למעשה, קיבלנו אנטנה אחת עם דפוס קרינה איזוטרופי.

כיוון המקסימום הראשי

אז, בדקנו איך אתה יכול להתאים את רוחב האונה הראשית של AP AP. עכשיו בואו נראה איך לנווט את הכיוון. בוא נזכור ביטוי וקטור עבור האות המתקבל. הבה נרצה שהמקסימום של תבנית הקרינה יסתכל בכיוון מסוים $inline$phi_0$inline$. זה אומר שצריך לקבל הספק מקסימלי מכיוון זה. כיוון זה מתאים לווקטור ההדרגתי $inline$textbf{s}(phi_0)$inline$ ב Nמרחב וקטור ממדי, והעוצמה המתקבלת מוגדרת כריבוע של המכפלה הסקלרית של וקטור הפאזה הזה והווקטור של מקדמי הניפוח w. המכפלה הסקלרית של שני וקטורים היא מקסימלית כאשר הם קולינארי, כלומר $inline$textbf{w}=בטא textbf{s}(phi_0)$inline$, שבו β - גורם מנרמל כלשהו. לפיכך, אם נבחר את וקטור המשקל השווה לווקטור הפאזה עבור הכיוון הנדרש, נסובב את המקסימום של תבנית הקרינה.

שקול את גורמי הניפוח הבאים כדוגמה: $inline$textbf{w}=textbf{s}(10°)$inline$

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

כתוצאה מכך, אנו מקבלים תבנית קרינה עם המקסימום העיקרי בכיוון של 10°.

כעת אנו מיישמים את אותם מקדמי ניפוח, אך לא עבור קליטת אות, אלא עבור שידור. כדאי לשקול כאן שכאשר משדרים אות, כיוון וקטור הגל משתנה להפך. זה אומר שהאלמנטים וקטור הפאזה עבור קליטה ושידור הם נבדלים בסימן המעריך, כלומר. מחוברים ביניהם על ידי צימוד מורכב. כתוצאה מכך, נקבל את המקסימום של תבנית הקרינה לשידור בכיוון של -10°, שאינו עולה בקנה אחד עם המקסימום של תבנית הקרינה לקליטה עם אותם מקדמי משקל. כדי לתקן את המצב, יש צורך להחיל צימוד מורכב גם על מקדמי המשקל.

יש לזכור תמיד את התכונה המתוארת של היווצרות דפוסים עבור קליטה ושידור בעת עבודה עם מערכי אנטנות.

בואו נשחק עם תבנית הקרינה

כמה שיאים

הבה נגדיר את המשימה ליצור שני מקסימום עיקריים של תבנית הקרינה בכיוון: -5° ו-10°. לשם כך, אנו בוחרים כווקטור משקל את הסכום המשוקלל של וקטורי השלב עבור הכיוונים המתאימים.

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

על ידי התאמת היחס β אתה יכול להתאים את היחס בין עלי הכותרת העיקריים. כאן שוב נוח להסתכל על מה שקורה במרחב הווקטורי. אם β גדול מ-0.5, אז הווקטור של מקדמי הניפוח נמצא קרוב יותר ל s(10°), אחרת ל s(-5°). ככל שווקטור המשקל קרוב יותר לאחד הפאזורים, כך גדל התוצר הסקלרי המתאים, ולכן הערך של ה-DP המקסימלי המקביל.

עם זאת, כדאי לקחת בחשבון שלשני עלי הכותרת הראשיים יש רוחב סופי, ואם נרצה להתכוונן לשני כיוונים קרובים, אז עלי הכותרת הללו יתמזגו לכדי אחד, המכוון לכיוון אמצעי כלשהו.

אחד מקסימום ואפס

כעת ננסה להתאים את המקסימום של תבנית הקרינה לכיוון $inline$phi_1=10°$inline$ ובמקביל לדכא את האות המגיע מכיוון $inline$phi_2=-5°$inline$. כדי לעשות זאת, עליך להגדיר את אפס ה-DN עבור הזווית המתאימה. אתה יכול לעשות זאת באופן הבא:

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

כאשר $inline$textbf{s}_1 = textbf{s}(10°)$inline$, ו-$inline$textbf{s}_2 = textbf{s}(-5°)$inline$.

המשמעות הגיאומטרית של בחירת וקטור משקל היא כדלקמן. אנחנו רוצים את הווקטור הזה w הייתה לו הקרנה מקסימלית על $inline$textbf{s}_1$inline$ והייתה בו זמנית אורתוגונלית לוקטור $inline$textbf{s}_2$inline$. הווקטור $inline$textbf{s}_1$inline$ יכול להיות מיוצג כשני איברים: וקטור קוליניארי $inline$textbf{s}_2$inline$ ווקטור אורתוגונלי $inline$textbf{s}_2$inline$. כדי לספק את הצהרת הבעיה, יש צורך לבחור את הרכיב השני בתור וקטור של מקדמי ניפוח w. ניתן לחשב את הרכיב הקולינארי על ידי הקרנת הווקטור $inline$textbf{s}_1$inline$ על הווקטור המנורמל $inline$frac{textbf{s}_2}{sqrt{N}}$inline$ באמצעות המוצר הסקלרי.

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

בהתאם לכך, בהפחתת הרכיב הקולינארי שלו מווקטור הפאזה המקורי $inline$textbf{s}_1$inline$, נקבל את וקטור המשקל הנדרש.

כמה הערות נוספות

1. בכל מקום למעלה, השמטתי את הנושא של נרמול וקטור המשקל, כלומר. אורכו. אז, נורמליזציה של וקטור המשקל אינה משפיעה על המאפיינים של דפוס הקרינה של מערך האנטנה: כיוון המקסימום הראשי, רוחב האונה הראשית וכו'. ניתן גם להראות שנורמליזציה זו אינה משפיעה על ה-SNR בפלט של יחידת העיבוד המרחבית. בהקשר זה, כאשר בוחנים אלגוריתמים של עיבוד אותות מרחביים, אנו מקבלים בדרך כלל נורמליזציה של יחידה של וקטור המשקל, כלומר. $inline$textbf{w}^Htextbf{w}=1$inline$
2. האפשרויות ליצירת תבנית של מערך אנטנות נקבעות לפי מספר האלמנטים N. ככל שיש יותר אלמנטים, האפשרויות רחבות יותר. ככל שיותר דרגות חופש בעת יישום עיבוד משקל מרחבי, כך יותר אפשרויות כיצד "לפתל" את וקטור המשקל במרחב N-ממדי.
3. בעת קליטת דפוסי קרינה, מערך האנטנות אינו קיים פיזית, וכל זה קיים רק ב"דמיון" של יחידת המחשוב המעבדת את האות. המשמעות היא שבמקביל ניתן לסנתז כמה תבניות ולעבד באופן עצמאי אותות המגיעים מכיוונים שונים. במקרה של שידור, הכל קצת יותר מסובך, אבל אפשר גם לסנתז כמה DNs כדי להעביר זרמי נתונים שונים. טכנולוגיה זו במערכות תקשורת נקראת MIMO.
4. באמצעות קוד ה-matlab המוצג, אתה יכול לשחק עם ה-DN בעצמך
   קוד

   % 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]);

אילו בעיות ניתן לפתור באמצעות מערך אנטנות אדפטיבי?

קליטה אופטימלית של אות לא ידועאם כיוון ההגעה של האות אינו ידוע (ואם ערוץ התקשורת הוא רב-נתיבי, ישנם בדרך כלל מספר כיוונים), אז על ידי ניתוח האות המתקבל על ידי מערך האנטנות, ניתן ליצור וקטור משקל אופטימלי w כך שה-SNR בפלט של יחידת העיבוד המרחבית יהיה מקסימלי.

קליטת אות אופטימלית כנגד רעשי רקעכאן הבעיה מוצגת כדלקמן: הפרמטרים המרחביים של האות השימושי הצפוי ידועים, אך ישנם מקורות הפרעות בסביבה החיצונית. יש צורך למקסם את ה-SINR ביציאת ה-AP, למזער ככל האפשר את השפעת ההפרעות על קליטת האות.

העברת אות אופטימלית למשתמשבעיה זו נפתרת במערכות תקשורת ניידות (4G, 5G), כמו גם ב-Wi-Fi. המשמעות פשוטה: בעזרת אותות פיילוט מיוחדים בערוץ המשוב של המשתמש, מוערכים המאפיינים המרחביים של ערוץ התקשורת, ועל בסיסו נבחר וקטור מקדמי הניפוח האופטימלי לשידור.

ריבוי מרחבי של זרמי נתוניםמערכי אנטנות מסתגלים מאפשרים העברת נתונים למספר משתמשים בו-זמנית באותו תדר, ויוצרים תבנית אינדיבידואלית עבור כל אחד מהם. טכנולוגיה זו נקראת MU-MIMO והיא מיושמת כעת באופן פעיל (ובאיזשהו מקום כבר) במערכות תקשורת. האפשרות לריבוי מרחבי מסופקת, למשל, בתקן התקשורת הסלולרית 4G LTE, תקן ה-Wi-Fi IEEE802.11ay ותקני התקשורת הסלולרית 5G.

מערכי אנטנות וירטואליים למכ"מיםמערכי אנטנות דיגיטליות מאפשרים, באמצעות מספר רכיבי אנטנה משדרים, ליצור מערך אנטנות וירטואלי בגדלים גדולים משמעותית לעיבוד אותות. לרשת וירטואלית יש את כל המאפיינים של רשת אמיתית, אך דורשת פחות חומרה ליישום.

הערכת פרמטרים של מקורות קרינהמערכי אנטנות מסתגלים מאפשרים לפתור את בעיית הערכת המספר, ההספק, קואורדינטות זוויתיות מקורות פליטת רדיו, יוצרים קשר סטטיסטי בין אותות ממקורות שונים. היתרון העיקרי של מערכי אנטנות אדפטיביים בעניין זה הוא היכולת לבצע סופר-רזולוציה של מקורות קרינה הממוקמים קרוב. מקורות, שהמרחק הזוויתי ביניהם קטן מרוחב האונה הראשית של דפוס הקרינה של מערך האנטנה (מגבלת רזולוציית ריילי). זה אפשרי בעיקר בגלל הייצוג הווקטורי של האות, מודל האותות הידוע, כמו גם המנגנון של מתמטיקה ליניארית.

תודה על תשומת הלב שלך

מקור: www.habr.com