Интеллектуальные (также известные как адаптивные антенные решетки, цифровые антенные решетки , множественные антенны и, в последнее время, MIMO ) представляют собой антенные решетки с интеллектуальными алгоритмами обработки сигналов , используемыми для определения пространственных сигнатур сигнала, таких как направление прихода (DOA) сигнала, и использования их для расчета векторов формирования луча, которые используются для отслеживания и определения местоположения луча антенны на мобильном устройстве / цели. Интеллектуальные антенны не следует путать с реконфигурируемыми антеннами , которые имеют аналогичные возможности, но представляют собой одноэлементные антенны, а не антенные решетки.
Методы интеллектуальных антенн используются, в частности, в обработке акустических сигналов, радарах слежения и сканирования , радиоастрономии и радиотелескопах , а также в основном в сотовых системах, таких как W-CDMA , UMTS и LTE .
Интеллектуальные антенны имеют множество функций: оценка DOA, формирование диаграммы направленности , обнуление помех и сохранение постоянного модуля.
Оценка направления прибытия (DOA)
Интеллектуальная антенная система оценивает направление прихода сигнала, используя такие методы, как MUSIC (MUltiple SIgnal Classification), оценка параметров сигнала с помощью алгоритмов инвариантности вращения (ESPRIT), метод Matrix Pencil или одну из их производных. Они включают нахождение пространственного спектра антенны / матрицы датчиков и вычисление DOA по пикам этого спектра. Эти вычисления требуют больших вычислительных ресурсов.
Matrix Pencil очень эффективен в случае систем реального времени и при коррелированных источниках.
Формирование луча
Формирование луча - это метод, используемый для создания диаграммы направленности антенной решетки путем конструктивного добавления фаз сигналов в направлении желаемых целей / мобильных устройств и обнуления диаграммы направленности целей / мобильных устройств, которые являются нежелательными / мешающими целями. Это можно сделать с помощью простого фильтра линии задержки с конечной импульсной характеристикой (FIR) . Веса КИХ-фильтра также могут быть изменены адаптивно и использоваться для обеспечения оптимального формирования луча в том смысле, что это уменьшает минимальную среднеквадратичную ошибку между желаемым и фактическим сформированным образцом луча. Типичными алгоритмами являются алгоритмы наискорейшего спуска и алгоритмы наименьших средних квадратов . В цифровых антенных решетках с несколькими каналами используют цифровое формирование луча, обычно с помощью DFT или FFT .
Типы умных антенн
Два основных типа интеллектуальных антенн включают интеллектуальные антенны с переключаемым лучом и интеллектуальные антенны с адаптивной решеткой . Системы с переключаемым лучом имеют несколько доступных фиксированных диаграмм направленности. Решение о том, к какому лучу получить доступ в любой данный момент времени, принимается на основе требований системы. Адаптивные решетки позволяют антенне направлять луч в любом интересующем направлении, одновременно подавляя мешающие сигналы. [1] Направление луча можно оценить с помощью так называемых методов оценки направления прихода (DOA). [2]
В 2008 году NTIA в США приступило к серьезным усилиям по оказанию помощи потребителям в покупке боксов для преобразования цифрового телевидения . [1] Благодаря этим усилиям многие люди впервые познакомились с концепцией интеллектуальных антенн. В контексте бытовой электроники «умная антенна» - это антенна, соответствующая стандартному интерфейсу EIA / CEA-909 .
В 2017 году израильская аэрокосмическая промышленность представила адаптивную антенную решетку под названием ADA и заявила, что она уже работает и будет установлена на «основных платформах», используемых Армией обороны Израиля .
Ограниченный выбор интеллектуальных антенн EIA / CEA-909A на рынке
Перед окончательным переходом на цифровое телевидение ATSC в США 11 июня 2009 г. на рынок были выведены две модели интеллектуальных антенн:
- RCA ANT2000 - больше не продается в магазинах
- DTA-5000 - производится Funai Electric , продается под торговой маркой «DX Antenna», иногда ассоциируется с торговой маркой Sylvania ; больше не продается в магазинах
И две модели вызывают недоумение у потребителей:
- Хотя Apex SM550 может подключаться к порту CEA-909 для получения электроэнергии, это не настоящая интеллектуальная антенна. [3]
- К сожалению, серии Channel Master 3000A и CM3000HD SMARTenna представляют собой обычные усиленные всенаправленные антенны, а не управляемые интеллектуальные антенны. [4]
- ADA - адаптивная антенна, произведенная на заводе MLM компании Israel Aerospace Industries [5]
Расширение умных антенн
Интеллектуальные антенные системы также является определяющей характеристикой MIMO систем, [6] , такие как IEEE 802.11n стандарта. Обычно интеллектуальная антенна представляет собой блок системы беспроводной связи и выполняет пространственную обработку сигнала с помощью множества антенн. На передатчике или приемнике можно использовать несколько антенн. Недавно технология была расширена для использования нескольких антенн как в передатчике, так и в приемнике; такая система называется системой с множеством входов и множеством выходов (MIMO). [7] В качестве расширенной технологии интеллектуальной антенны MIMO поддерживает обработку пространственной информации в том смысле, что традиционные исследования интеллектуальных антенн были сосредоточены на том, как обеспечить преимущество цифрового формирования луча за счет использования пространственной обработки сигналов в беспроводных каналах. Обработка пространственной информации включает в себя кодирование пространственной информации, такое как пространственное мультиплексирование и кодирование разнесения, а также формирование диаграммы направленности.
Смотрите также
- Антенна (радио)
- Обработка массива
- История умных антенн
- Фазированная антенная решетка
- CEA-909
- WiMAX
- Сочетание разнообразия
- Активная антенна
- Реконфигурируемая антенна
- Цифровая антенная решетка
Рекомендации
- ^ Гросс, Фрэнк Б. (2005). Интеллектуальные антенны для беспроводной связи с Matlab . Макгроу-Хилл. ISBN 978-0071447898.
- ^ «Учебное пособие по обработке массивов» (PDF) . Техасский университет в Остине .
- ^ Официальный раздел AVS «Умная антенна» - Страница 4 . Форум AVS.
- ^ Channel Master CM 3000 Пригородная наружная усиленная всенаправленная антенна SMARTenna TV (CM3000A) на Wayback Machine.
- ^ Система защиты от помех ADA GNSS
- ^ Ракеш Сингх Кшетримаюм (2017). Основы беспроводной связи MIMO . Издательство Кембриджского университета .
- ^ Б. Кумбхани, Ракеш Сингх Кшетримаюм (2017). Беспроводная связь MIMO по обобщенным каналам с замираниями . CRC Press .
Внешние ссылки
- Группа исследования умных антенн в Стэнфорде
- Исследовательская группа по технологиям, мобильным и портативным устройствам и радио штата Вирджиния
Книги
- Гросс, Франк (2005). «Интеллектуальные антенны для беспроводной связи: с MATLAB» . Профессиональная инженерия. п. 288. ISBN 978-0071447898.
- Сун, Чен; Ченг, Цзюнь; Охира, Такаши (2008). «Справочник по достижениям в технологиях интеллектуальных антенн для беспроводных сетей» . Главный справочный источник. IGI Global . п. 584. ISBN 978-1599049885.