A
N
T
E
N
E
I
N
T
E
L
I
G
E
N
T
E
P
E
N
T
R
U
C
O
M
U
N
I
C
A
T
I
I
In aceasta sectiune , ne vom axa pe sistemele W-CDMA si castgul pe care acestea il aduc in cazul diferitelor distributii de antene.
Distributii de antene pentru banda larga.
Formarea digitala a undei discutata in articolul anterior este valabila pentru sisteme de banda ingusta. Deplasarea de faza ceruta de fiecare pondere depind de distanta de propagare diferentiala intre fiecare din elementele antenei si de lungimea de unda a semnalului. Din moment ce defazajuleste functie de frecventa si de directia undei, in timp ce ponderile doar se ajusteza la directia de unda dorita, este evident ca ponderile optimale sunt optime doar pentru o anumita frecventa Fo.
Oricum , in cazul sistemelor de banda larga ca si UTRA, cu o banda de aproximativ de 5 MHz, elementele de frecventa joasa au un defazaj mai mic pentru o distanta anume de propagare , in timp ce elementele de frecventa inalta au un defazaj mai mare la aceasi distanta de propagare.De aceea trebuie introduse diferite raspunsuri de faza pentru diferitele componente ale frecventei din cadrul semnalului de banda ingusta, pentru a asigura un raspuns in faza unioform pentru toate frecventele.
Linia de interzierea diferentiata permite ca fiecare element sa aiba acelasi respuns in faza care variaza cu frecventa, rezultand un raspuns in frecventa uniform .Acest tip de distributii de banda larga sunt numite recptoare spatio-temporale.Exemplu in fig 7.
Un caz important de distributie de banda larga este procesarea spatiala CDMA cu receptor Rake, care ofera unele avantaje ale distributiei de banda larga In urmatoarele vom discuta despre formarea undei in combinatie cu un receptor Rake.
Sunt doua posibilitati principale de a implementa formarea undei combinata cu in receptor Rake in statia de baza.Prima implica un formator de unde inaintea receptorului Rake, astfel incat componentele unei "maini" de receptoare Rake vor primi toate semnalele de la o formare a undei comuna.
Deoarece semnalele multicale atasate diferitelor "degete" Rake poate veni sub diferite unghiuri, formarea comuna a undei nu este optima.Avantajul este acela ca este mult mai simpla decat formarea undei pe "degetele mainii".(figura 8)
Formatorul diferentiat aloca o forma de unda fiecarui deget al receptorului Rake.In acest caz fiecare unda poate fi optimizata pentru receptia doar a undei multicale corespunzatoare.Daca presupunem un receptor Rake 3 degete, cele 3 degete se vor axa in mod ideal pe cele 3 cele mai puternice componente ale undei, care ajung la momentele de timp t0, t1, t2 din 3 directii diferite.
Ponderile asociate degetului 0 vor optimiza receptia componentei multicale ce soseste la momentul t0, indreptandu-si unda principala in aceasta directie, si plasand null in rest.Ponderile w1 asociate cu 'degetul' 1 vor face analog si asa mai departe fiecare deget.Toate caile optimizate sunt apoi insumate coerent intr-un colimator de faza .Cu cat este mai mare dispersia unghiulara a componentelor multicale , mai mare este utilitatea fata de dispozitivele obisnuite.(figura 9)
Filtru spatial al receptoarelor Rake este in esenta o distributie de banda larga care are doar cateva batai(taps), dar este capabila sa varieze intre batai pentru a potrivi intarzierile dintre componentele multicale.
Partea de transmisie este similara cu partea de receptie.Partea dificila este de a gasi setul optim de ponderi pentru unda reversiva.Daca este utilizata FDD-WCDMA , calea incidenta si cea reversiva sunt separate de o distanta de duplex de 190 Mhz, si raspunsul canalului nu va mai fi acelasi..Pentru TDD-WCDMA , intarzierea in timp intre receptie si transmisie trebuie sa fie mai mica decat timpul de coerenta al canalului, pentru a obtine acelasi raspuns din partea canalului.Acestea toate vor depinde de proprietatile particulare ale mediului si de viteza mobiluli.
Presupunand ca nu exista antene intelingente la utilizator ,nici o informatie asupra raspunsului spatial nu sunt cunoscute pentru calea reversiva.Din moment ce ponderile pentru calea directa si reversiva sunt diferite trebuie gasite solutii pentru a determina poderile caii reversive.
Una din cele mai utilizate tehnici este aproximarea geometrica a unghiului de receptie (AoA).Presupunerea este reciprocitatea directionala, adica directia pe care semnalul vine la receptie , trebuie sa fie directia pe care sa pleca semnalul la emisie. In cazul multicale cu o mare deschidere unghiulara si cu cateva componente semnificative , unda reversiva ar trebui sa acopere cele mai multe dintre directiile multicale dominanate. Au fost dezvoltati diferiti algoritmi pentru a estima poderile caii reversive.
Alt subiect ce tine de formarea undei reversive este legat de informatia ce urmeaza a fi transmisa.Intr-o celula, canalele de trafic continand informatie pentru un singur utilizator este transmisa pe o unda indreptata direct spre utilizatorul corespunzator.(fig. 10)
Din figura 10 este limpede ca un semnal transmis pe un canal ingust nu va avea aceleasi caracteristici de canal ca si in cazul unui semnal transmis pe un canal larg. Aceasta poate cauza o discrepanta de faza intre semnalul de unda banda ingusta si cel de unda banda larga. In UTRA , primul canal pilot va avea rolul de referinta pentru toate celelalte canale ale caii reversive , si este transmis in toata celula. O defazare intre unda de banda larga P-CPICH si cea de banda ingusta poate sa apara si sa creeze probleme.
Alta problema ce se ridica este la statia mobila unde receptorul Rake detecteaza energia de la o componenta multicale, dar datorita formarii undei reversive acea componenta poate sa nu mai existe in canalul de transmisie.
O posibila solutie pentru aceste probleme este folosirea ghidurilor auxiliare , un ghid auxiliar putand fi folosit de catre un singur utilizator.Apoi acest ghid trece in acelasi canal ca si canalul de trafic. In UTRA , acesta poate fi obtinut cu un al doilea ghid de canal (S-CPICH). S-CPICH poate fi transmis numai partial in celula , folosind un cod diferit de canalizare si difersificand fata de P-CPICH. In acest caz, S-CPICH va fi referinta de faza pentru canalul de transmisie al caii reversive.
Una din principalele diferente dintre PA si AA este capabilitatea distibutiilor adaptative de a forma nulul de interferenta . Aceasta depinde de numarul zonelor de interferenta raportat la numarul antenelor din distributie. Un numar de M elemente de antena poate forma M-1 nuluri de interferenta .Daca numarul zonelor de inteferenta este M-1 sau mai putine atunci , reteaua este subincarcata si este capabila sa plaseze un nul in directia tuturor interferentelor.Datorita factorilor economici si a limitarilor de procesare , este de asteptat ca cea mai puternica retea adaptativa UTRAN va avea in jur de 4-10 elemente pe sector.
Retelele cu 4 antene adaptative cu numar crescut al zonelor de interferenta sunt prezentate in figura 11. Figura 11a arata reteaua cu doua interferente si cu un singur semnal de interes. Figura 11b arata cazurile cu M antene si M-1 zone de interferenta. Reteaua este perfect echilibrata si este capabila sa plaseze un nul in directia fiecarei zone de interfereta.
In figurile 11c si 11d reteaua devine din ce in ce mai incarcata si nu mai poate sa creeze nuluri in zona de interferenta. Corespunzator , puterea nivelelor semnalelor ce interfereaza la iesirea retelei creste odata ce reteaua devine supraincarcata.(fig.11)
Cand nu exista nici o inteferenta multicale , o retea uniform distribuita se formeaza si este capabila de un castig maxim de 10 log (M) dB ,distribuit catre fiecare element de antena.Odata cu aparitia zonelor de interferenta , daca reteaua ramane subincarcata solutii optime de setare a retelei vor fi disponibile, si va fi posibila plasarea nulurilor.
Odata cu cresterea substantiala a utilizatorilor , reteaua va forma unda in directia lor dar nu va mai fi capabila sa produca nuluri de interferenta. Daca nulurile sunt uniform distribuite , proprtional cu AoA, atunci reteaua va functiona asa doar in cazul prezentei zgomotului si a SOI.. Va folosi o matrice de distibutii cu ponderi aproximativ egale pentru toate elementele(dar defazaje diferite pentru a indrepta unda principala catre SOI).
Castigul superior al unei antene adaptative provine din capacitatea de a forma nuluri.In cazul retelei supraincarcate aceasta nu va mai furniza acel castig suplimentar.
Este estential sa se cunoasca traficul prin antene pentru a estima performantele si utilitatea unei retele adaptative. Daca exista mai multe canale cu rate de transmisie reduse si cateva cu rate ridicate nulurile vor fi plasate in directia utilizatorilor cu rata mare deoarece au o pondere mai mare in formarea zonelor de interferenta. Daca exista mai multi utilizatori cu rata mare de transfer (mai multi de 10), corespunzator aceleiasi celule, numarul interferentelor puternice va fi mai mare ca M , numarul elementelor de antena, si castigul va fi mai mic comparativ cu PA.
