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
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.
Formarea Digitala a Undei
O antena inteligeta este formata dincateva elemente de antena, ale caror semnale sunt procesate astfel incat sa exploateze dimensiunea spatiala.Nu antena este inteligenta ci sistemul.
PA foloseste formarea digitala.Aceasta consta dintr-o distributie de antene cu castig mic care sunt conectate intr-o retea.U simplu element M egaleaza aranjarea spatiala LES, orientate de-a lungul axei x, cu un element mobil pe dx ca in fig 2.
Fiecara ramura a distributiei are un element de pondere ,wm.Acest element are atat magnitudine cat si faza asociata.Considerand un plan incident la incident la distribute formand un unghi (?,F), unde ? este unghiul de elevatie iar F este unghiul azimutal relativ la axa x.
Pentru simplificare presupunem ca unda se gaseste in planul xy , orizontal, astfel incat F gaseste elementul 0 mai repede ca pe 1.Din moment ce distanta diferentiala e-a lungul celor doua directii de unda este: dx cos F=dd defazajul celui de-al m-alea element este 2pdd/u unde u este lungimea de unda.Defazajul este relativ la promul element care se considera de faza 0.
Elementele ponderi wm sunt reglati in asa fel incat in directia maxima undele formeate din diferitele elemente insumate sunt coerente in faza, furnizand directivitate in directia dorinta.Similar nici o energie nu este radiata in directiile in care undele se anuleaza reciproc.Daca defazajul dintre elementele antenei este 0 atunci unda principala a antenei va aparea pe directia perpendiculara pe axa x.
Pentru PA,formarea undei se schimba doar la faza ponderilor wm, si pastreaza magnitudinea|wm| fixa.Pentru modelele adaptative atat magnutudinea cat si faza sunt optimizate.
Cu alte cuvinte , nu exista un model traditional de antena, ca pentru antenele conventionale.Toate elementele antenei primesc semnal fara exceptie, iar DSP genereaza modelul de antena optim. Din moment ce procesarea se poate face in paralel pentru mai multi utilizatori este posibil sa se genereze cate un model de antena specific ficarui utilizator in acelasi timp utilizand aceleasi elemente de antena.
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.
Canalul de transmisie radio mobil
Pentru a evalua performantele unui sistem de antene mobile, este necesar sa avem cunostinte detaliate destpre acnal si despre parametrii acestuia.Aceasta deoarece canalul de propagare este principala cauza a mai multor probleme si limitari ce afecteza sistemele radiomobile.
Urmatoarea sectiune descrie cele mai importante caracteristici ale canalelor radiomobile si parametrii corespunzatori pentru a masura efectele lor.
Un semnal ce se propaga printr-un canal radio este afectat de fenomene cum ar fi:dispersia ,reflectia, refractia si difractia energiei radiante.
Aceste fenomene dau nastere la atenuarea undei si la pierderea directivitatii.Atenuarea este de doua feluri : atenuare inceata sau cunoscuta sub numele de atenuarea log-normala sau de ecanare si cea de-a doua mai accentuata numita si atenuarea Rayleigh sau atenuarea multicale.
Prima este cauzata de efectul de ecranare datorita cladirilor ,copacilor, relifului inalt etc.Acestea fac ca semnalul sa fluctueze cu o distibutie Gaussiana in jurul principalei cai de pierderi.Atenuarea rapida este cauzata de caile multiple de transmitere a semnalului unde semnalul receptionat este suma de mai multe semnale cu amlitudini diferite si faze diferite. Aceste cai de receptionare se insumeaza uneori in mod benefic alteori nu la receptor si pot cauza o variatie a nivelului de putere de pana la 20-30 db raportat la o distanta de 0.5 .
Daca nu exista o cale dominanta (ex.conditia NLOS), anvelopa unui astfel de semnal receptionat are o distributie Rayleigh ,dand numele de atenuare Rayleigh.Daca exista totusi o cale dominanta atunci anvelopa va avea o distributie Rician o distributie cu o atenuare mai putin accentuata.
Principala cauza a pierderii de directivitate este data de distanta si de mediu.Pierderea in aer liber este injur de 20 db/decada , dar in cazul canalelor radiomobile mai complexe este in jur de 40 db/decada ,valoare unanim acceptata.
In cazul primelor modele clasice, care au fost dezvoltate pentru sistemel de banda ingusta ,acestea iau in considerare doar distributia pe nivele a puterii semnalului si deplasarea Doppler a semnalului receptionat..Un exemplu este mult folositul sistem model Hata in retelele GSM.Acest model ia in considerare deviatia log-normala, si da o estimare a nivelului semanlului principal .
Cresterea complexitatii sistemelor mobile a dus la aparitia unor modele tot mai bune, a unor concepte noi ca acela al intarzierii datorita dispersiei si al unghiului la sosire .Datorita transmiterii pe cai multiple , un semnal va ajunge la receptor tot pe cai diferite.Din moment ce fiecare cale are lungimi de unda si unghiuri de sosire diferite, va aparea o dispersie a semnalui in timp si spatiu.Si in cazul in care mobilul se misca , diferitele directii de receptie vor da nastere la o dispersie in frecventadatorita efectului Doppler.
Uneori este mai convenabil sa se opereze in domeniul frecventa decat in domeniul timp si vice versa. Caracteristicile de mai sus pot fi descrise intr-un alt domeniu.
Dispersia intarzierilor este un fenomen natural si coerenta largimii de banda este clar delimitata in domeniul de frecventa dat de dispersia in timp.Coerenta latimii de banda defineste diferenta maxima de frecventa intre semnalele ce se pot considera inca strans corelate.Coerenta benzii este invers proportionala cu dispersia intarzierii(ex.: cu cat mai mica este inprastierea in timp cu atat mai mare este coerenta latimii de banda).
Reciproca deplasarii Doppler este o masura a timpului de coerenta a canalului(!).Timpul de coerenta este durata in care caracteristicile canalului nu se schimba fundamental.
O atenuare Rayleigh da nastere la diferite grade de atenuare , ce depind de relatia ce exista intre intre timpul simbolului si caracteristicile transmisiei multicale.Cel mai importante sunt atenuarea in frecventa selectiva ,atenuarea uniforma, atenuarea log normala si atenuarea multicale.
Daca banda de transmisie este mai mare decat banda de coerenta atunci semnalul va suporta atenuare selectiva de frecventa. Aceasta inseamna ca diferite frecvnete ale semnalului vor suporta atenuari diferite.In domeniul timp aceasta e echivalent cu o mai mare dispersie in timp raportat la perioada unui simbol .
O atenuare uniforma in canal va lua nastere daca banda de transmisie este mai mica decat latimea benzii de coerenta, sau in domeniul timp ,daca dispersia in timp este mica in report cu simbolul canalului sau perioada cipului.Aceasta inseamna ca banda de transmisie este afectata de aceeasi atenuare.
Ca o lege empirica un canal este presupus a fi atenuat uniform daca dispersia in timp este mai mica decat de 10% din perioada cipului.
Pe de alta parte , canalul este presupus a fi atenuat selectiv in frecventa daca dispersia rms in timp este mai mult decat 70% din perioada cipului.
Atenuarea cale multipla apare daca coerenta timpului canalului este mai mica decat timpul simbolului.Aceasta inseamna ca se va produca o schimbare a canalului in timpul transmisiei unui simbol, ducand la distorsionarea formei semnalului din benza de baza .In domeniul Doppler, aceasta e echivalent cu o imprastiere Doppler care e mai mare decat banda semnalului.Acest tip de distorsiune daca nu este atenuata cauzeaza o crestere a BER-ului.
Atenuarea log-normala este chiar invers, coerenta timpului canalului este mai mare decat timpul simbolului.Canalul se comporta intr-o maniera asemanatoare in timpul transmisiei unui simbol.In domeniul Doppler ,aceasta e echivalenta cu o dispersie Doppler care este mai mica decat latimea de banda.Oricum , pentru a evita irautatirea BER-ului datorita acestui tip de atenuare o regula empirica spune ca o aplicatie vocala nu trebuie sa aiba o dispersie Doppler mai mare decat 1% din latimea benzii de baza.
Din discutia anterioara este clar caexista o fereastra de transmisie optima in conditiile unei rate de transmisie intr-un mediu dat.Daca nu exista nici o micsorare a effectelor de degradare , dispersia Doppler forteaza o rata de transmisie mai mica , si o banda mai mare pentru banda de coerenta.Cu alte cuvinte rata de transmisie trebuie sa fie destul de mare pentru a evita atenuarea multicale si sa nu fie prea mare pentru a evita aenuarea selectiva.
