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
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
Antena inteligenta proprie naturii
Antenele inteligente-Fundamente
Antenele inteligente pentru GSM
Efecte asupra planificarii retelei radio
Avantajele antenelor inteligente
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 baza. 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.
Folosite in mod optimal antenele inteligente pot creste capacitatea retelei cu mai mult de 100% sau pot reduce numarul statiilor de baza necesare la mai putin de 50%.
In cazul unor rate de transmisie foarte mari (viteze mari), ar trebui folosite antene multiple si in partea terminalului.
Este de asteptat un impact imediat asupra:
· Utilizarii eficiente a spectrului (eficienta spectrala)
· Scaderii costului pentru relizarea unor noi retele radio
· Calitatatii serviciilor oferite de respectivele retele
· Oamenilor din punct de vedere psihologic.Tehnologiile telefoniei celulare folosesc o variatie a puterii transmise pentru a se asigura de obtinerea unui semnal clar. Daca distanta de la utilizator la statia de baza este mare atunci puterea trasmisa este amplificata in asa fel incat conexiunea sa fie intretinuta. Daca distanta este mica, atunci puterea transmisa va fi redusa. De asemenea calitatea conexiunii determina puterea necesara transmisa.
Doi dintre factorii care determina capacitatea unei conexiuni radio sunt puterea receptionata si nivelul de interferenta comparat cu puterea receptionata (SNIR-Signal to Noise and Interference Ratio).
Antenele statiilor de baza sunt fie omni-directionala, fie sectorizate. Antenele omni-directionale radiaza putere in mod egal in toate directiile in jurul pozitiei antenei. Antenele sectorizate isi impart transmisia in trei arce a cate 120 de grade. Fiecare antena radiaza mare parte din puterea sa in sectorul propriu. Pentru o anumita putere transmisa, este emis mai mult decat este nevoie. Ambele abordari reprezinta pierderi de putere pentru ca puterea este transmisa in alte directii decat spre un utilizator in particular.Antena inteligenta proprie naturii
Antenele inteligente sunt echivalentul radio al capului unei persoane. Capul este insusit cu o pereche de urechi pentru a receptiona sunete, o gura pentru a emite sunete si un creier pentru a procesa aceste semnale.
Figura 1. Antena inteligenta proprie naturii
Imagineaza-ti ca stai pe un camp cu ochii inchisi. La o anumita distanta departare o persoana vorbeste cu tine. Pentru a o auzi cat mai clar iti intorci capul in acea directie. Poti determina directia din care vine sunetul din cauza diferentelor de intarziere ale sunetului la cele doua urechi. De asemenea esti acum in cea mai buna pozitie pentru a vorbi cu acea persoana in asa fel incat sa o auzi cel mai bine. Vocea ta este proiectata de la fata ta direct spre sursa sunetului.
Acum imagineaza-te la o petrecere galagioasa. In partea cealalta a camerei, cel mai bun prieten al tau incearca sa-ti vorbeasca strigandu-ti numele. Il auzi pentru ca recunosti atat vocea lui cat si pentru ca propriul nume este cel mai usor sunet de recunoscut pentru tine (este codul tau).
Figura 2. Petrecere galagioasa
Creierul tau a descifrat aceasta informatie din zgomotul din fundal. Iti intorci capul pentru a te putea concentra mai bine la sunet si ridici tonul pentru a-i raspunde. In momentul respectiv tu ridici nivelul zgomotului din incaperea respectiva si ingreunezi conversatiile celorlalti din camera.
Acum imagineaza-ti ce usor ar fi sa vorbesti cu prietenul tau fara sa fie nevoie sa ridici glasul. Un mod de a face acest lucru ar fi daca prietenul tau ar dispune de un microfon cu emisie dirijata. Poate ai auzit de reclame la un asemenea dispozitiv cu care ai putea sa tragi cu urechea la conversatiile altora. Daca prietenul tau ar avea un asemenea dispozitiv ar fi indeajuns ca tu sa soptesti pentru ca el sa te auda.
Antenele inteligente-Fundamente
O antena inteligenta consta din M elemente, a caror semnale sunt procesate adaptat pentru a exploata dimensiunea spatiala a canalelor radio mobile.
Antenele inteligente lucreaza intr-un mod similar cu capul descris mai sus. Ele combina multipli elementii de antena cu capacitatea de a procesa semnalul pentru a transmite si receptiona intr-o maniera adaptiva, astfel acel sistem schimba automat directia modelului de emisie/receptie ca raspuns la pozitia utilizatorului mobilului.
La fel cum creierul proceseaza sunetele primite de catre fiecare ureche, semnalul receptionat de fiecare element poate fi comparat pentru a fi determinata directia sursei. Antena poate fi electronic orientata spre sursa de semnal. Asezarea actuala a antenei ramane fixa. Orientarea este atinsa prin calcule matematice asupra semnalului receptionat la fiecare element. Prin efectuarea acestor calcule in timp real antena inteligenta poate electonic sa urmareasca sursa de semnal in timp ce aceasta se misca.
Antenele inteligente pot normaliza modelul razei pt fiecare utilizator de mobil prin intermediul controlului intern al reactiei negative.
In general, fiecare abordare formeaza un lob principal in directia utilizatorului si incearca sa respinga interferentele si zgomotul din exteriorul lobului principal.
Antenele inteligente pot fi impartite in 2 mari categorii:
1. Cu raza basculata: Un nr finit de modele fixe predefinite sau strategii de combinare.
2. Sistem adaptiv: Un nr infinit de modele (bazate pe un scenariu) care sunt reglate in timp real.
Antenele inteligente pentru GSM
Asigura atat o putere mai mare la receptor cat si reducerea interferentei. GSM prevede mai multe telefoane intr-o celula prin folosirea unei combinatii de diviziune a timpului (TDMA) si a frecventei (FDMA). Aceasta inseamna ca fiecare conexiune dintre statiile de baza si utilizatori are o fanta proprie pentru timp si frecventa. Interferenta e cauzata doar de alti utilizatori din diferite celule. Acest fenomen e similar cu exemplul dat mai inainte: doua persoane pe camp si altii vorbind la o anumita distanta.
Deci antenele inteligente amplifica puterea receptionata si reduc interferenta in interiorul unei celule. Tehnica (CDMA) imparte spectrul prin asignarea fiecarei conexiuni dintre reteua de referinta si utilizator a unui cod.
Telefonul utilizatorului recunoaste doar codul propriu. Semnalele transmise catre si de la alte telefoane au alte coduri care apar pentru primul telefon discutat ca o interferenta.
Deci pe masura ce sunt adaugate mai multe telefoane in celula interferenta creste. Ca urmare, este redus numarul de telefoane care poate fi deservit de celula.
In sistemele CDMA antenele inteligente asigura mai mult decat o reducere a puterii de transmisie. De asemenea ele reduc interferenta in celula pentru ca micsoreza puterea necesara mentinerii oricarei conexiuni particulare dintre statia de baza si utilizator. O conexiune de inalta capacitate poate necesita o putere de transmisie de zece ori mai mare decat o simpla convorbire in GSM. Cresterea puterii unei conexiuni intr-un CDMA scade performanta celorlalti utilizatori din celula decat sa o scada doar pe cea utilizatorilor din celulele adiacente. Acest aspect e similar cu cel prezentat in exemplul cu petrecerea galagioasa.
O antena inteligenta reduce interferenta intr-o celula in doua moduri:
1. fascicolul antenei poate fi orienat exact spre utilizator astfel incat puterea transmisa este trimisa exact unde trebuie, sau
2. prin manipularea semnalului intr-un fel corespunzator astfel ca un nul sa fie transmis spre interferentele majore.
Mai jos este un exemplu de antena directionala: nu este tocmai o sursa punctiforma ci mai degraba o 'floare' ca o serie de petale de diferita putere. Cu cat petala (lobul) este la o distanta mai mare de centru cu atat este mai buna performanta antenei in directia respectiva.
Figura 3. Model de antena multilob
Antenele inteligente pot manipula mai mult decat directia lobului principal. Cea mai buna performanta este obtinuta cand lobul principal este orientat spre semnalul dorit iar zerourile spre interferentele semnificative.
Figura 4 arata plasamentul zerourilor cand antena receptioneaza.
Figura 4: Modelul antenei inteligente intr-un sistem CDMA
Efecte asupra planificarii retelei radio
Cea mai importanta inovatie legata de acest domeniu este considerarea comportamentului spatial al canalului de propagare radio. Aceasta este 'de unde' si 'cum' ajung semnalele la
statiile de baza.
Implementarea corecta a antenelor inteligente presupune luarea in considerare a urmatoarelor aspecte:
1. Locatia
2. Caracteristicile distribuirii elementelor componente ale antenei: numarul lor, dimensiunile lor si aranjarea lor
3. Algoritmul folosit de antena respectiva
4. Algoritmul managementului resurselor radio (RRM)
Avantajele antenelor inteligente
1. Raza/Acoperire mai buna- Focalizand modul antenei cat mai direct mareste raza si acoperirea unei statii de baza.
2. Capacitate marita - Focalizand modelul antenei catre utilizator si in alta directie fata de interferator permite operatorului de retea sa creasca densitatea celulei ceea ce are ca efect o capacitate a sistemului marita. Crestarea capacitatii poate fi realizata prin SDMA (Acces Multiplu prin Diviziune Spatiala) procedeu similar cu FDMA sau TDMA ceea ce presupune Acces Multiplu prin Diviziunea Frecventei respectiv a Timpului.
3. Respingerea cailor multiple - antenele inteligente pot reduce receptia semnalelor nedorite. Aceasta are efectul de a reduce intarzierea canalului, ingaduind ca rate mai mari de date sa fie suportate.
4. Consumul eficient de energie - Utilizand elementi multiupli pentru a optimiza cresterea procesarii in conexiunea inferioara rezulta o crestere a eficientei de consum a energiei
5. Cresterea calitatii serviciilor si aparitia de noi servicii (locatia pozitiei).
6. De asemenea antenele inteligente sunt folosite la reducerea intarzierilor si a variatiilor
7. Eficienta spectrala poate fi inlocuita cu o mai buna rata de transmisie.
8. Practic aceste antene fac trecerea din 2D in 3D.
