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
Odata cu cresterea numarului de utilizatori al telefoanelor mobile a crescut repede, combinata ca cererea unor servicii mai complexe care cereau rate de transfer superioare, operatorii de servicii mobile au fost obligati sa-si imbunatateasca capacitatea retelor proprii recurgand la investigarea unor tehnici noi.
In sistemele wireless , sunt cateva metode folosite la folosirea comuna a aceluiasi canal de catre utilizatori multipli.Cele mai intalnite metode folosesc separarea utilizatorilor in timp-asa numitul TDMA(Time Division Multiple Access), in frecventa (FDMA)(Frequency Division Multiple Access) si in cod CDMA(Code Division Multiple Access).
O noua metoda este de a separa utilizatorii prin pozitia lor, profitand de faptul ca utilizatorii sunrt raspanditi aleator in celula de emisie-receptie.O antena inteligenta este un sistem de antene care este capabil sa orienteze unda spre un utilizator specific, rezultand o separare a utilizatorilor in spatiu.
Eficienta folosiri antenelor inteligente depinde si de nivelul ei de inteligenta ,precum si de sistemul in care acestea functioneaza.
Antenele inteligente pot fi catalogate in 3 categorii corepunzatoare nivelului de inteligenta dupa tehnica pe care o folosesc:
1. SL(Switched Lobe)
Acesta este numit si unda adaptativa.Este cea mai simpla tehnica, si cuprinde doar cateva functii de schimbare intre antene directiva distincte sau distributii predefinite de unde.
Configuratia care da cel mai mare semnal este aleasa, iar datorita directivitatii crescute se poate realiza o anumita crestere a eficientei.
2. PA(Phased Aray)
Formand unda digital, o unda mobila este stabilita, fiind intotdeaua directionata catre cea mai puternica componenta a semnalului.Aceasta este o generalizare a conceptului SL avand un numar infinit de directii posibile.Criteriile de optimizare sunt legate de maximizarea nivelului semnalului.
3. AA(Adaptive array)
Asemanatore cu PA, formarea undei se face digital si generaera principalului lob de emisie se face in directia celei mai puternice componente.In plus fata de PA, sunt generate in directia componentelor de ordin superior loburi adiacente si de asemenea nuluri in directiile de interferenta.Deosebirea esentiala intre PA si AA este complexitatea algoritmilor de formare a undei la receptor.
Utilizarea antenelor inteligente in sistemele mobile opt fi divizate in 2 mari parti.
Una ar fi SFIR(Spatial Filtering For Interference Reduction), iar cealalta ar fi SDMA, care poate fi vazuta ca o parte diferita de cel al evolutiei lor in domeniul explorarii spatilului cosmic.
.
SFIR foloseste directivitatea antenelor pentru a reduce interferentele.In GSM , care este un sistem bazat pe sistemele TDMA/FDMA, reducerea interferentei duce la cresterea calitatii in sistem.Aceasta este obtinuta fie printr-un factor de refolosire mai mare si in concluzue o capacitate mai mare, sau mentinerea aceleiasi capacitati dar cu un SNR mai mare ceea ce duce la o calitate a semnalului crescuta.
In UMTS , care e un sistem bazat pe CDMA utilizatorii sunt separati prin cod.Datorita necorelarii dintre cod si receptor , diferitii utilizatori vor interfera unii cu altii. Aceasta e numita MAI(Multiple Access Inteference), si efectul ei este reducerea capacitatii retelelor CDMA. Reducerea interferentei de catre antenele inteligente se traduce direct cu cresterea calitatii si capacitatii in astfel de sisteme.
SDMA implica faptul ca pot fi alocati mai multi utilizatori aceluiasi canal fizic, ei fiind separati doar prin pozitie si unghi. Acesta este o metoda separata dar este in mod frecvent utilizata cu alte tehnici cum ar fi FDMA, TDMA, CDMA.In sistemele cu banda ingusta cum ar fi GSM , SDMA permite mai mult de 8 utilizatori ce folosesc rata maxima de transfer, pe aceeasi celula pe aceeasi frecventa exploatind domeniul spatiu.
CDMA nu are o astfel de limita de utilizatori.In schimb , este MAI care datorita necorelarii antena -receptor duce la limitatrea numarului de utilizatori.Diferenta dintre SFIR si SDMA este deci mai mica pentru UMTS decat pentru sistemele GSM.
Mediul Macrocell
In mediile Macrocell ,este presupus ca obstacolele din suprafata de acoperire sunt mai inalte decat mobilul receptor,iar baza antenei este peste nivelul obstacolelor , montate strategic pe acoperisuri sa platouri inalte.
Din figura putem vedea ca semnalul receptionat la statia mobila soseste din diferite directii dupa ce au intalnit diferite obstacole.De asemenea se presupune ca unghiul de receptie(AOA) la statia mobila va fi uniform distribuita intre 0 si 2p.
Oricum , AOA la baza statiei este foarte diferit .Din moment ce baza statiei desfasurata deasupra obstacolelor inconjuratoare , cea mai mare parte a obstacolelor se gasesc in vecinatatea statiilor mobile.Prin urmare , AOA la baza statie este restrictionat la o regiune unghiulara mai mica.
Dispersia Dopller poate fi chiar mare comparativa cu "microcell", deoarec "macrocell" este prevazuta a servi atat pedestrii cat si calatorii.
Din cauza ariei mari de acoperire intarzierea in timp este mai mare la "macrocell" decat la "microcell".
Mediul Microcell
In mediile Microcell , antena statiei de baza poate fi la aceeasi inaltime ca si obiectele inconjuratoare.In acest caz dispersia datorita obstacolelor este mai mare ca si in cazul "macrocell"din moment ce procesul de ecranare apare si in vecinatatea statiei de baza.
Astfel , cum statia de baza a antenei este coborata in mediul inconjurator ,unghiul de dispersie la sosire tinde sa creasca.Aceasta schimbare in comportamentul semnalului receptionat este foarte importanta la aplicatiile cu distributii de antene.
Dispersia intarzierilor este in mod normal mai mica decat in mediile "microcell", datorita ariei de acoperire.Aceasta implica ca un sistem ce infrunta atenuarea selectiva in frecventa intr-un mediu "macrocell", va inampina aceeasi atenuare si in mediul "microcell".Oricum, reflectii multiple in stramtoarea strazilor inguste poate contribui la aparitia nivelelor mari de semnale dar cu intarzieri mari.
Dispersia Doppler este in general mai mica dacat in cazul "macrocell", dar poate creste daca multicalea e cauzata de reflectia din vehicule cu viteze mari de miscare.
Alte medii
Parametrii canalelor depind de tipul celulei si de inaltimea antenei, dar de asemenea si de tipul distributiei de obstacole din jurul ei. Rural, suburban, urban, foarte urban sunt cuvinte utilizate pentru a descrie mediile locale.O multime de masuratori au fost efectuete in astfel de medii si ele au confimat rezultatele intuitive care spuneau ca celulele cu acoperire mare din zona rurala si suburbana au o intarziere si dispersie Dopller mai mare decat in cazul celulelor din zonele urbane.O exceptie este cazul LOS , care apare mai des in spatiile rurale deschise.Componenta LOS cea mai puternica continand cea mai mare parte a energiei are interzieri mici.
Masuratori facute de FTW(Forschungzsentrum Telekommunikation Wien) intr-o zona urbana indica faptul ca cladirile si strazile canion actioneaza ca un fltru spatial concentrand energia doar pe cateva directii formate pe strazile canion.Tabelul de mai jos arata puterea relativa data de mecanisme diferite de propagare pentru"microcell"cu antene montate pe acoperisuri, si pentru "macrocell" cu antene pozitionate deasupra nivelului acoperisurilor precum si sub.(fig. tabel)
In tabel se poate vedea ca energia se va propage in general prin srazile canion.Aceasta implica un numar mare de cazuri , cai multiple atat de la semnalele dorite cat si cele nedorite care vor sosii sub aceleasi unghiuri determinate de strazile canion,si in consecinta va fii greu sa fie separate in domeniul timp,chiar daca unghiul de dispersie intre ele elementele canalului sunt mari.
In conluzie aplicatiile radio si mobile din viitor vor avea nevoie de rate de transmisie si de costuri reduse per bit transmis , in comparatie cu 3G. Aceste cerinte asupra ratei de transmisie, calitatea conexiunii, eficienta spectrala, si mobilitate nu pot fi indeplinite cu sistemele conventionale cu o singura antena. De aceea antenele distribuite trebuiesc folosite cel putin la statiile de referinta. Astfel este obtinut castig mai mare spre utilizatorul dorit, o interferenta mai mica este receptionata din alte directii (pe conexiunea superioara) sau transmisa in alte directii (pe conexiunea inferioara). De asemenea creste numarul de utilizatori si deci capacitatea.
In cazul unor rate de transmisie foarte mari (viteze mari), ar trebui folosite antene multiple si in partea terminalului. Asemenea canale (MIMO-Multiple Input Multiple Output) au o capacitate imbunatatita.
Este de asteptat un impact imediat asupra:
" Utilizarea eficienta a spectrului (eficienta spectrala)
" Scaderea costului pentru relizarea unor noi retele radio
" Calitatea serviciilor oferite de respectivele retele
" Impactul psihologic asupra oamenilorO mare parte din retelele de comunicatii radio pot beneficia de procesarea avansata in spatiu si timp:
" Sisteme celulare cu o larga mobilitate
" Sisteme cu domeniu ingust cu o mobilitate restransa
" Sisteme cu acces radio cu banda larga fixa
" Sisteme prin satelit
" WLANTehnologiile aparute odata cu antenele inteligente vor schimba economia retelelor 3G. Practic aceste antene fac trecerea din 2D in 3D.
Acestea asigura fie un castig mare al capacitatii fie reducere semnificanta a numarului de statii de referinta, necesare pentru a obtine un profil de echilibru.
Folosite in mod optimal antenele inteligente pot creste capacitatea retelei cu mai mult de 100% sau pot reduce numarul statiilor de referinta necesare la mai putin de 50%. Nu este surprinzator ca antenele inteligente sunt mai costisitoare decat tehnologiile conventionale. Aceste costuri sunt doar o fractiune din beneficiul obtinut, ceea ce inseamna ca implementarea lor va duce la cel mai bun randament.
