По мере роста числа подключенных к беспроводной сети устройств растет и объем контента, с которым работают пользователи Wi-Fi, увеличивается и нагрузка на саму сеть, из-за чего ее производительность и пропускная способность могут падать. Казалось бы, для устранения этой проблемы достаточно установить дополнительные точки доступа…
Однако, увеличение плотности точек создает новые проблемы, поскольку если один и тот же канал используется для нескольких соединений, то они будут мешать друг другу. Хотя часто как решение для устранения наложения сигнала рекламируются технологии multi-user MIMO (MU-MIMO) и формирования направленности сигнала (beamforming), на практике эффект от их применения оказывается незначителен за исключением использования в идеальных условиях.
Для преодоления естественных ограничений доступных каналов и частотных диапазонов нужно найти другие способы улучшения скорости и обеспечения стабильности беспроводных соединений.
Люди придумали технологию смарт-антенн, которая реализует принципиально новый подход. Смарт-антенна выбирает из сотен доступных диаграмм направленности сигнала ту, которая наилучшим образом подходит для соединения клиентского устройства с антенной в данный момент. Анализ внешних условий и выбор оптимальной диаграммы повторяется с периодичностью в десятые доли секунды и в результате у пользователей, которые перемещаются вместе со своими мобильными устройствами, всегда быстро и надежно работает беспроводная сеть. При этом, наложение соединений сводится к минимуму, поскольку каждое соединение использует свою диаграмму направленности сигнала, что обеспечивает максимум производительности.
Покрытие беспроводной сети также является сложной проблемой для многих организаций, активно применяющих Wi-Fi, и они часто вынуждены искать компромисс между покрытием и емкостью сети. Для улучшения производительности можно добавить в сеть точки доступа, однако тогда для предотвращения наложения сигналов придется уменьшить мощность их передатчиков и в результате покрытие сети станет меньше. Смарт-антенна позволяет решить данную проблему и при использовании этой технологии можно увеличивать емкость сети без уменьшения ее покрытия.
Технология смарт-антенн также работает независимо от клиентских устройств, поэтому ее можно использовать для соединения как с новейшим смартфоном, так и устаревшим ноутбуком. В то же время для применения технологии beamforming необходимо, чтобы ее поддерживало и клиентское устройство, а в настоящее время только 20% беспроводных устройств выпускаются с поддержкой beamforming.
Пока только некоторые вендоры используют в своих продуктах технологию смарт-антенн. Хотя оборудование со смарт-антеннами стоит дороже стандартного, цены от производителя к производителю разняться и можно найти вполне приемлемый вариант.
Применение технологии смарт-антенн существенно улучшает работу пользователей беспроводной сети, особенно при большой плотности клиентских устройств, например, в отелях, конференц-центрах, выставочных комплексах и университетах. Любая организация, активно применяющая Wi-Fi, выиграет от использования смарт-антенн прежде всего в тех местах, где обычно много постоянно перемещающихся пользователей с несколькими беспроводными устройствами. На эту инновационную технологию следует обратить особое внимание тем компаниям, которые столкнулись с проблемой высокой плотности клиентских устройств в своей беспроводной сети.
Smart antenna или Умная антенна — тип антенны, в которой динамическое изменение параметров и характеристик антенн меняется адаптивно к воздействиям внешних или внутренних факторов. Возможность адаптации повышает качество приёма сигнала. В зарубежной литературе умная антенна (адаптивная антенная решётка) называется adaptive antenna array или (умная антенна).
Интеллектуальная антенная система оценивает направление прихода сигнала, используя такие методы, как MUSIC (Multiple Signal Classification) , оценки параметров сигнала через алгоритмы вращательных методов инвариантности (ESPRIT) , метода Matrix Pencil и их производных. Они включают нахождение пространственного спектра антенной решетки или датчика.
Типы Смарт антенн
Два основных вида интеллектуальных антенн включают Switched и Adaptive Array антенны. Switched системы света есть несколько доступных моделей фиксированного луча. Принимается решение о том, какой луч будет доступен, в любой момент времени, на основании требований системы. Адаптивные антенные решетки позволяют антенне сосредоточить луч в любом нужном направлении с одновременным обнулением мешающих сигналов.
Расширение интеллектуальных антенн
Умные антенные системы являются определяющей характеристикой систем IEEE 802.11n стандарта. Как правило, смарт-антенны — это единица системе беспроводной связи , и выполняет пространственную обработку сигналов с множеством антенн. Несколько антенн могут быть использованы либо на передатчике или приемнике, такая система называется MIMO. MIMO, как расширение технологии смарт-антенны, поддерживает пространственную обработку информации, в том смысле, что обычные исследования по интеллектуальным антеннам были сосредоточены на том, как обеспечить формирования диаграммы направленности преимущественно за счет использования пространственной обработки сигналов в беспроводных каналах. Пространственная обработки информации включает пространственную информацию кодирования, такую как о пространственном мультиплексировании и кодировании, а также формирование диаграммы направленности.
Преимущество умных антенн
Главное отличие умных антенн заключается в том, что благодаря особой структуре антенной решетки они могут изменять свою диаграмму направленности вслед за перемещением абонента в пространстве, иными словами «следить» за абонентом. Smart antenna формирует несколько отдельных лучей, которые обладают игольчатой формой. Далее в зависимости от местоположения абонента данный луч, за счет подачи различного уровня напряжения в различные части антенной решетки направляется в сторону абонента. Благодаря этому достигается сразу несколько преимуществ:
- Во-вторых, использование Smartantenna позволяет существенно уменьшить излучаемую мощность от роутера. Это связано с тем, что требуется гораздо меньшая энергия на формирование и излучение одного луча, т.к. обычная секторная антенна излучает энергию в широком диапазоне и, часто, на значительное расстояние.
- В-третьих, улучшаются характеристики QoS, т.к. маршрутизатор или точка доступа может скорректировать свои «усилия» в каждой конкретной ситуации и передавать данные к каждому отдельному клиенту индивидуально. Таким образом, где бы абонент ни находился, в его сторону будет передан сигнал с достаточной мощностью, чтобы обеспечить необходимый уровень качества.
В статье рассказывается о последних достижениях в технике антенн для системы WiMax. Представлена информация о возможностях смарт-антенн для базовых станций и для пользовательских терминалов. Приводится сравнение однолучевых и адаптивных антенн по пропускной способности канала связи. Показаны преимущества адаптивных антенн.
Введение
В новом поколении системы связи WiMax оборудование будет содержать две основные категории антенн - это антенны базовых станций и антенны пользовательских терминалов. Работы по созданию смарт-антенн для базовых станций мобильных телефонов позволили использовать эти идеи и внедрить на практике сложные адаптивные антенны в аппаратуре четвертого поколения мобильной связи WiMax. Таким образом, кроме традиционных однолучевых, например, с сектором 120°, сегодня можно применять две новые группы базовых антенн: адаптивные антенны и антенны MIMO (multi-input, multi-output). Антенны для абонентских терминалов для начала можно разделить на две группы: для фиксированной связи и для мобильной связи с подвижными пользователями, расположенными в автомобилях, поездах и т. д. Все эти основные типы использования показаны на рис. 1.
Рис. 1. Антенны системы WiMax: а) наружная антенна фиксированного терминала, самонастраивающаяся на направление базовой станции; б) комнатная антенна, следящая за наилучшим лучом; в) внешняя антенна на автомобиле; г) антенны базовой станции
Для уточнения терминологии приведем определения различных вариантов антенн:
- Антенны с переключаемыми лучами - это набор излучателей с неподвижной диаграммой направленности и ключи для управления этими лучами. Для данного пользователя базовая станция или терминал выбирает наилучший луч. Переключение лучей позволяет уменьшать или увеличивать усиление, но только в направлении, где эти лучи существуют.
- Антенны со сканированием луча. Антенная решетка содержит фазовращатели и аттенюаторы, подключенные к антенному сигнальному процессору. Луч внутри сектора ориентируется с помощью процессора в нужном направлении. Плавное сканирование дает существенные преимущества для точного наведения на пользователя или на базовую станцию. Такие антенны используют различные математические методы для создания оптимального луча с максимумом в направлении пользователя и с минимумом в направлении помехи.
Антенна для неподвижного пользовательского терминала
При развертывании системы ставится задача надежного покрытия зон беспроводной связи и ликвидации мертвых зон. Как это всегда бывает, скорости передачи данных для Интернета и быстрой передачи аудио- и видеоинформации недостаточно. Есть два пути увеличения скорости передачи данных в беспроводных сетях – это улучшение эффективности кодирования данных на несущей частоте и снижение количества повторных передач данных, которое обычно происходит при слабом радиоприеме. Улучшить качество сигнала можно за счет увеличения мощности передатчика и повышения чувствительности приемника. Для этого нужно добавить новые усилители мощности и малошумящие усилители в приемной части. Но это не только увеличивает цену для роутеров и портов, но и противоречит нормативным документам.
Но есть другой, более эффективный и недорогой путь улучшения качества сигнала. Можно сконструировать антенну, которая передает основную мощность в заданном направлении. Такие антенны могут также принимать сигналы с заданного направления гораздо лучше, чем из всех других направлений. Теперь представим устройство с несколькими направленными антеннами, которые автоматически выбирают заданное направление, оптимизированное для передачи данных. Это и есть адаптивная антенна.
Традиционные антенны, такие как «диполь» или « пэтч», используемые в роутерах и резидентных портах, излучают энергию равномерно в горизонтальной плоскости, то есть имеют всенаправленную диаграмму направленности. Переключаемые антенны имеют 25 лучей в горизонтальной плоскости, каждый из которых дает 7 дБ усиления в пике, то есть уровень сигнала в три раза выше, чем у стандартного диполя с усилением 2 дБ. Испытания такой многолучевой антенны проводились по трем категориям:
- высокое пропускание на скорости 20–30 Мбит/с;
- средние скорости 10–20 Мбит/с;
- малые скорости 0–10 Мбит/с.
Используя статистические измерения в каждой категории (при 95-процентной надежности) терминал с многолучевой антенной давал по сравнению с дипольным на 6,7 Мбит/с большее пропускание на средних скоростях и на 90% выше пропускание в областях с малым радиосигналом.
Антенны для пользовательских терминалов с автопоиском сигнала
Для фиксированных наружных терминалов можно применить многолучевую антенну с усилением 7–10 дБ, которая обеспечивает увеличение сигнала на направлении от базовой станции и уменьшает помеховый сигнал со всех остальных направлений. Схема построения такой антенны и диаграммы направленности приведены на рис. 2. Антенна состоит из излучателей (дипольных или микрополосковых) с фиксированной диаграммой направленности и переключателя.
Рис. 2. Многолучевая переключательная антенна с сектором обслуживания 360: а) диаграмма направленности; б) структура антенны: 1 – активный луч; 2-6 - отключенные лучи; 7 - базовая станция; 8 - источник помехи; 9 - уровень сигнала в направлении на базовую станцию; 10 - переключатель лучей
Многолучевая антенна может существенно улучшить скорость передачи данных. Важной особенностью многолучевой антенны является то, что она автоматически наводится на направление базовой станции или на наилучшее направление, если нет прямой видимости, а работа проходит в условиях многолучевого распространения радиоволн. Этот режим называется автопоиск или самонастройка (self installable).
На рынке можно найти комнатные 6-лучевые и 8-лучевые антенны для работы в диапазоне 2,5 и 3,5 ГГц. Пример такой антенны приведен на рис. 3 . Антенны этого типа имеют в максимальном направлении на базу усиление до 10 дБ и подавление сигналов со всех других направлений 15–20 дБ. Это позволяет добиться увеличения пропускной способности радиоканала и иметь устойчивую связь в помещении, если происходит изменение условий радиообстановки (то есть при изменении положения компьютера, мебели и т. п.) Антенна постоянно проводит автопоиск наилучшего направления луча и дает максимальное усиление. Внешний вид комнатной антенны, располагаемой в непосредственной близости от персонального компьютера, показан на рис. 4.
Рис. 3. Наружная восьмилучевая антенна абонентского терминала фиксированной связи в диапазоне 3,5 ГГц с режимом самоинсталяции
Рис. 4. Комнатная шестилучевая антенна диапазона 3,5 ГГц с автопоиском наилучшего направления внутри помещения в условиях отсутствия прямой видимости
Антенны мобильных терминалов
Возможность автопоиска и непрерывного слежения за лучом чрезвычайно важны и для другого класса аппаратуры - мобильных абонентских терминалов. При размещении компьютера с блоком WiMax в автомобиле встроенная ненаправленная антенна дает сигнал связи с малой пропускной способностью, а дополнительная внешняя многолучевая антенна с усилением 10 дБ значительно увеличивает зону уверенного приема, улучшает качество связи и скорости передачи данных. Для обеспечения высокого усиления антенна крепится на крыше автомобиля, как показано на рис. 5. Следует учесть, что в условиях города связь с мобильными терминалами происходит преимущественно без прямой видимости на базовую станцию, и именно в этих сложных условиях распространения адаптивные антенны реализуют свои основные преимущества.
Рис. 5. Шестилучевая наружная следящая антенна, установленная на легковом автомобиле. Диапазон частот 2,3 ГГц.
Антенны базовых станций
Концепция использования антенных решеток и сигнальных процессоров в беспроводных системах связи известна уже много лет. А в последние годы из-за снижения цены на цифровые сигнальные процессоры (DSP), а также на программируемые сигнальные процессоры стало возможным использование на практике адаптивных антенных систем. Адаптивные антенны необходимы, так как число пользователей быстро растет, а с другой стороны - затрудняется распространение радиоволн, ухудшается помеховая обстановка. Адаптивные антенны - это объединение антенной решетки и DSP для формирования оптимальной диаграммы направленности в пространстве. Это позволяет системе менять направление излучения, адаптируясь к условиям передачи сигнала, что приводит к существенному улучшению характеристик радиосвязи.
Используя новейшие алгоритмы, реализованные в сигнальных процессорах, адаптивные системы позволяют эффективно находить и отслеживать сигналы от пользовательского терминала с минимальной интерференцией и максимальным качеством приема. Адаптивная антенна для сектора в 120° содержит, как правило, от 4 до 8 элементов, входы и выходы которых объединены в диаграммообразующей схеме с фазовращателями и аттенюаторами для адаптивного управления . Если обычная антенна с шириной луча 120 с двумя элементами дает 15 дБ, то адаптивная антенна с 8 элементами имеет максимальное усиление 24 дБ. Диаграмма направленности такой сканирующей антенны изображена на рис. 6а. Основные элементы, образующие антенну, показаны на рис. 6б. Антенна имеет 12 рядов излучателей, в каждом из которых по 8 элементов. Каждый ряд представляет собой решетку печатных диполей. Центральные 8 рядов - с активными элементами, остальные 4 ряда - с пассивными. Узкий луч с высоким усилением образован за счет суммирования сигналов со всех рядов. Размер антенны для частоты 3,5 ГГц составляет 0,7×0,6 м.
Рис. 6. Адаптивная антенна базовой станции: а) диаграмма направленности с сектором сканирования 120; б) построение антенны, состоящей из трех сканирующих панелей: 1- адаптивно сформированный луч; 2–3 - крайние положения луча в секторе перекрытия; 4 - помеховый сигнал; 5 - сектор сканирования 120; 6 - абонентский терминал; 7 - диаграммообразующая схема
На базовых станциях фирмы «Алкател» также используются 2- и 4-элементные антенны с диграммообразующими схемами и алгоритмами, увеличивающими пропускную способность каналов на 40% и уменьшающими на 80% влияние помехи .
Дополнительное улучшение качества связи оборудования «Алкател» дает система MIMO. Эта технология используется совместно и дополняет возможности смарт-антенн и поэтому кратко опишем эту систему.
Специфика использования системы MIMO
MIMO - это система пространственно-временного кодирования, которая создает выигрыш за счет разделения потока данных через две или более антенны по разным пространственным путям, переключающимся на лучшее направление, или работающим одновременно. Этот способ пространственного разделения, а затем объединения и эффективен для подавления помех.
Технология MIMO была рекомендована для системы WiMax в декабре 2006 года, форум WiMax признал ее частью мобильного WiMax с примечанием - как возможная опция. Руководство крупных фирм не считает очевидным использование системы MIMO в базовых станциях в ближайшие годы . Одним из главных недостатков является то, что при этом повышается цена за пользовательский терминал, требуется дополнительное место и дополнительная энергия от источника питания. И если теоретически пропускная способность в MIMO системах удваивается, то на практике, видимо, удвоения не будет, и это зависит от того, какую полосу частот будет использовать провайдер.
Таблица. Сравнение различных вариантов построения смарт-антенн
Эффективность канала связи с адаптивными антеннами
Основным параметром беспроводной связи является спектральная эффективность канала. Для повышения спектральной эффективности нужно многократное использование частоты и высокий порядок модуляции (16QAM, 64 QAM). Эффективность измеряется в бит/с/Гц/ на соту. Вторым показателем емкости канала является пропускная способность на единицу площади соты бит/с/Гц/миля². Адаптивные антенны в беспроводных сетях WiMax повышают об этих параметра, а также увеличивают зоны покрытия. Так, исследования Стэндфордского университета показали, что эффективность по спектру может подняться на 2,5 бит/с/Гц/на соту, а эффективность на единицу площади зоны - на 0,8 бит/с/Гц/ миля².
Использование адаптивных антенн как на базовых станциях, так и на абонентских терминалах может увеличить спектральную эффективность от 3 до 10 раз.
Заключение
Технология адаптивных антенн предполагает наличие антенных решеток на базовой станции и на абонентском терминале, объединенных с модуляторами и цифровыми сигнальными процессорами для улучшения следующих параметров беспроводной системы:
- увеличения зоны покрытия;
- емкости системы;
- пропускной способности.
Адаптивные антенны могут использоваться как на базовой станции, так и в абонентском терминале. Преимущества такого подхода:
- когерентное сложение сигнала, увеличивающее отношение сигнал/шум;
- пространственное разнесение излучателей в решетке помогает бороться с замиранием;
- подавление помех благодаря адаптивному объединению элементов решетки в диаграмму направленности с максимумом в направления прихода полезного сигнала и минимумом в направлении помехи;
- пространственное мультиплицирование каналов.
Литература
- www.airgain.com
- www.mpa.co.il
- www.mti-group.com
- Flavio Boano. Alcatel WiMax. Enhanced Radio Features. CAMAD 2006 Trento.
- Dan O’Shea. MIMO on the March. 2006
- Khurram Shekh, David Gesbert, Dhananjay Gore, Arogyaswami Paulraj. Smart antennas for broadband wireless access networks // IEEE Communication Magazine. Nov. 1999.
В настоящее время многие пользуются интернетом LTE. Однако, если в крупных городах уже нет проблем с покрытием сети и скоростью интернета, то в пригородах абоненты сталкиваются с проблемой слабого приема. Причиной этого является не только непосредственно слабый сигнал, но и возникновение множества переотражений сигнала по пути от базовой станции (БС) к абоненту. В данной статье описывается разработка смарт-антенны, которая адаптируется к условиям приема сигнала.
В интернете есть много предложений о продаже внешних антенн для подключения к 4G-модемам. И хотя мобильные операторы не рекомендуют этого делать и даже грозят снятием модема с гарантии, так как разъемы на модемах считаются исключительно сервисными, внешние антенны продаются весьма неплохо. Несколько лет назад, когда появились первые модемы Wimax от Yota, которые выпускал Samsung, покрытие той сети было не очень хорошим даже в городе. Тогда же на рынке появились первые внешние антенны китайских и одного российского производителя – компании Резонанс. Стандарт Wimax сейчас сменил LTE, а портативные модемы продают все сотовые операторы. Рынок внешних антенн значительно расширился, в интернете можно найти десятки различных видов. Некоторые фирмы предлагают установку под ключ и создание целых систем для загородных домов, используя активные усилители и дополнительные антенны, устанавливаемые внутри дома для местной раздачи сигнала. Но для связи с базовой станцией в подавляющем большинстве случаев используются остронаправленные антенны, чаще всего печатные антенные решетки, имеющие ширину луча около 20 градусов как по азимуту, так и по углу места. Основная проблема направленных антенн в том, что они вручную один раз направляются на определенную БС и, в случае потери сигнала от этой БС, связь прервется. Решением это проблемы являются смарт-антенны, которые сами настраиваются на базовую станцию без всякого участия человека. Чаще всего они применяются для установки на автомобили и другие подвижные объекты (не в России) либо для создания временных каналов связи там, где это необходимо и нет никаких других способов быстро наладить связь.
Смарт антенны бывают двух типов: адаптивная и переключающаяся. Адаптивная антенна – это, фактически, антенная решетка с возможностью мгновенного синтеза лучей в произвольных направлениях. Переключающаяся антенна имеет несколько антенн в различных направлениях (обычно по кругу), и, смотря в каком направлении сигнал сильнее, та или иная антенна включается, остальные антенные неактивны и ждут либо изменения положения абонента, либо переключения на другую базовую станция, если сигнал от той стал по каким-то причинам сильнее. Таким образом, смарт-антенна отличается от известных систем тем, что адаптируется под изменяющиеся условия приема. Часто сигнал с разных базовых станций может отличаться в зависимости от времени суток или времени года. А еще, благодаря такому преимуществу такую антенну можно использовать, например, в походах или в домах на колесах.
Для того, чтобы проверить, как такая антенна будет работать в реальных условиях, коллектив авторов разработал максимально простую и дешевую смарт-антенну и провел полевые испытания.
Известно, что частотный диапазон, выделенный для LTE, составляет 200 МГц – то 2,5 до 2,7 ГГц. Чтобы наглядно в этом убедиться, к анализатору спектра была подключена всенаправленная антенна, сам анализатор был переведен в режим накопления и оставлен на достаточно долгое время. Результаты приведены на графике выше. Там же на график нанесены поддиапазоны различных операторов (информация о частотах операторов найдена на просторах интернета). Лишних комментариев не требуется, кроме того, что на графике также захвачены верхние каналы Wi-Fi.
Предлагаемая конструкция представляет собой барабан из 8 граней и включает в себя СВЧ-переключатель и плату управления. Каждая грань - это отдельная антенна, представляющая собой печатную решетку 4х1. Чтобы лучи не перекрывались, но и не возникало «слепых» зон, ширина луча по азимуту составляет 65 градусов и 19 градусов по углу места для достижения высокого усиления (получилось примерно 12 дБи). Для простоты изготовления в качестве подложки микрополосковых патчей был использован пористый, но достаточно жесткий утеплитель толщиной 5 мм. Диэлектрическая проницаемость такого материала близка к единице, а вносимые потери пренебрежимо малы, что было проверено на специально изготовленном одиночном патче. Полосковые линии, как и экраны антенн, были вырезаны из медной фольги, нанесенной на тонкий лавсан, и приклеены скотчем к подложке. Антенны были рассчитаны на частоту 2,6 ГГц, КСВ на центральной частоте получился близким к 1, по краям диапазона поднимался до 2, что вполне приемлемо для антенн связных устройств.
Отдельно был изготовлен восьмиканальный переключатель, подключающий вход модема к одной из восьми антенн, направленной на БС с наилучшим сигналом. В качестве управляемых элементов были использованы pin-диоды фирмы Infineon, а управлять ими, по замыслу авторов, должна плата контроля, которая, получая информацию от модема, выбирает, прием с какой стороны наилучший, и тот канал и включает. Такой опрос (проверка сигналов всех антенн) должен происходить несколько раз в минуту. Таким образом, при изменениях помеховой обстановки или силы сигнала от БС, смарт антенна может выбрать другое направление. На фотографиях ниже показаны переключатель и смарт-антенна со снятыми 2 полотнами.
Были проведены испытания смарт – антенны в Ленинградской области, там, где покрытие всех операторов достаточно слабое. Проверялись сигналы двух операторов – Мегафона и Теле2. Для тестирования был использован модем Huawei E8372, имеющий «законные» разъемы для подключения внешних антенн. С помощью speedtest.net были измерены скорости интернета обоих операторов без подключения антенны, а затем с антенной и переключением между всеми 8 сторонами. Результаты приведены на картинке ниже.
На карте нанесены положения ближайших базовых станций (согласно данным из интернета), а также видимая телефоном с SIM-картой Мегафона (приложением Network Cell Info, показывающее расположение текущей и нескольких близких БС). Линии «модем Мегафон» и «модем Теле2» показывают скорость интернета без подключения антенны, то есть при использовании всенаправленной антенны, встроенной в модем. Такая антенна принимает сигналы со всех сторон и видит не только сигнал напрямую от базовой станции (а может и вовсе не быть в прямой видимости), но и переотраженные сигналы со всех направлений. Направленная антенна, имеющая усиление в определенном направлении, будет работать эффективнее всенаправленной антенны, даже если сигнал той усилить с помощью усилителя, так как будет усилен еще и шум.
Линии «Мегафон» и «Теле2» демонстрируют скорость интернета с подключенной к модему антенной. Хорошо видно, что в определенных направления сигнал значительно ослаб, в других же усилился, что и говорит о пространственной селективности смарт-антенны. К сожалению, скорость интернета не является радиотехнической характеристикой, такой как мощность сигнала или отношение сигнал/шум, однако авторам не удалось получить от используемого модема хоть какой-нибудь «служебной» информации. Вероятно, софт других модемов может давать доступ к радиотехнической информации, но не наш.
На первом этапе интерес авторов вполне удовлетворен, в дальнейших планах добавление полосно-пропускающих фильтров после антенн для снижения помех от внеполосных сигналов, добавление двунаправленного малошумящего усилителя с разделением частот приема и передачи.
Вы можете помочь и перевести немного средств на развитие сайта
В современных широкополосных мобильных сетях передачи данных нашел широкое применение (CDMA). Он позволяет максимально эффективно использовать выделенный частотный диапазон и, тем самым, обеспечить максимальную скорость передачи данных и наибольшую емкость сети. Принцип работы CDMA системы заключается в том, что каждому абоненту присваивается уникальный код, с помощью которого кодируется вся передаваемая к нему информация. Число кодов на (БС) фиксировано стандартом, что накладывает ограничения на скорость передачи данных и емкость системы. Использование смарт антенн (Smart antenna) или «умных» антенн позволяет значительно увеличить емкость системы.
Принцип действия смарт антенн
Smart antenna – это разновидность секторных антенн, которые используются для излучения радио сигнала базовой станции. Главное отличие умных антенн заключается в том, что благодаря особой структуре антенной решетки они могут изменять свою диаграмму направленности вслед за перемещением абонента в пространстве, иными словами «следить» за абонентом. Smart antenna формирует несколько отдельных лучей, которые обладают игольчатой формой. Далее в зависимости от местоположения абонента данный луч, за счет подачи различного уровня напряжения в различные части антенной решетки направляется в сторону абонента. Благодаря этому достигается сразу несколько преимуществ:
1. Во-первых, использование умных антенн позволяет использовать то же число кодов в каждом луче, что и во всей без использования Smart antenna. Таким образом, многократно увеличивается емкость соты и скорость передачи данных в DL.
2. Во-вторых, использование Smart antenna позволяет существенно уменьшить излучаемую мощность от базовой станции. Это связано с тем, что требуется гораздо меньшая энергия на формирование и излучение одного луча, т.к. обычная секторная антенна излучает энергию в широком диапазоне и, часто, на значительное расстояние.
3. В-третьих, улучшаются характеристики QoS, т.к. базовая станция может скорректировать свои «усилия» в каждой конкретной ситуации и передавать данные к каждому отдельному абоненту индивидуально. Таким образом, где бы абонент ни находился, в его сторону будет передан сигнал с достаточной мощностью, чтобы обеспечить необходимый уровень качества.
Вместе с многочисленными преимуществами Smart antenna обладают и значительным недостатком – высокой стоимостью. Стоимость «умных» антенн может превышать стоимость обычных в несколько раз, что сводит к минимуму или вообще убирает рентабельность их применения. Поэтому, на практике часто прибегают к менее затратным способам.
