Разнообразие антенн

редактировать

Метод резервирования для повышения надежности связи Телефонная станция с более поздние антенны, установленные выше для защиты от затухания

Разнесение антенн, также известное как пространственное разнесение или пространственное разнесение, является одним из нескольких проводов схемы с разнесением меньше, в которых используются две или более антенны для повышения качества и надежности беспроводной связи. Часто, особенно в городских условиях и в помещениях, между передатчиком и приемником нет прямой прямой видимости (LOS). Вместо этого сигнал отражается по нескольким путям, прежде чем будет окончательно получен. Каждый из этих отражений может вносить фазовые сдвиги, временные задержки, затухания и искажения, которые могут деструктивно мешать друг другу в апертуре приемной антенны.

Разнесение антенн особенно эффективно для смягчения таких ситуаций многолучевого распространения. Это связано с тем, что несколько антенн предлагают приемнику несколько наблюдений одного и того же сигнала. Каждая антенна будет испытывать разные помехи. Таким образом, если одна антенна испытывает глубокое замирание, вероятно, что другая имеет достаточный сигнал. В совокупности такая система может обеспечить надежную связь. Хотя это в первую очередь наблюдается в приемных системах (разнесенный прием ), аналог также оказался ценным для передающих систем (разнесение передачи ).

По своей сути схема разнесения антенн требует дополнительного оборудования и интеграции по сравнению с системой с одной антенной, но из-за общности трактов прохождения сигнала можно совместно использовать изрядное количество схем. Также при использовании нескольких сигналов к приемнику предъявляются более высокие требования к обработке, что может привести к ужесточению требований к конструкции. Однако обычно надежность сигнала имеет первостепенное значение, и использование нескольких антенн является эффективным способом уменьшить количество пропаданий и потерянных соединений.

Содержание

  • 1 Методы использования антенн
  • 2 Методы обработки
  • 3 Приложения
  • 4 Разнесение антенн для MIMO
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки

Методы использования антенн

Разнесение антенн можно реализовать несколькими способами. В зависимости от окружающей среды и ожидаемых помех разработчики могут использовать один или несколько из этих методов для улучшения качества сигнала. Фактически, для дальнейшего повышения надежности часто используются несколько методов.

  • Пространственное разнесение использует несколько антенн, обычно с одинаковыми характеристиками, которые физически отделены друг от друга. В зависимости от ожидаемого падения входящего сигнала иногда достаточно места порядка длины волны. В других случаях требуются гораздо большие расстояния. Сотовая связь или секторизация, например, представляет собой схему пространственного разнесения, которая может иметь антенны или базовые станции на расстоянии миль друг от друга. Это особенно полезно для отрасли мобильной связи, поскольку позволяет нескольким пользователям совместно использовать ограниченный спектр связи и избегать межканальных помех.
  • Разнесение диаграмм направленности состоит из двух или более совместно расположенных антенн с разными диаграммами направленности . Этот тип разнесения использует направленные антенны, которые обычно физически разделены некоторым (часто небольшим) расстоянием. В совокупности они способны различать большую часть углового пространства и могут обеспечивать более высокий коэффициент усиления по сравнению с одним всенаправленным излучателем.
  • Разнесение поляризации объединяет пары антенн с ортогональной поляризацией (т. Е. Горизонтальной / вертикальной, ± наклон 45 °, левая / правая круговая поляризация и т. Д.). Отраженные сигналы могут претерпевать изменения поляризации в зависимости от среды, через которую они распространяются. Разница поляризации в 90 ° приведет к коэффициенту ослабления сигнала до 34 дБ. Путем объединения двух дополнительных поляризаций эта схема может иммунизировать систему от несовпадений поляризаций, которые в противном случае могли бы вызвать затухание сигнала. Кроме того, такое разнесение оказалось ценным на базовых станциях радио- и мобильной связи, поскольку оно менее восприимчиво к почти случайным ориентациям передающих антенн.
  • Разнесение передачи / приема использует две отдельные совместно размещенные антенны для функций передачи и приема. Такая конфигурация устраняет необходимость в дуплексоре и может защитить чувствительные компоненты приемника от высокой мощности, используемой при передаче.
  • Адаптивные массивы могут быть одной антенной с активными элементами или массивом аналогичных антенны с возможностью изменения их комбинированной диаграммы направленности при сохранении различных условий. Активные матрицы с электронным сканированием (AESA ) манипулируют фазовращателями и аттенюаторами на лицевой стороне каждого излучающего участка, чтобы обеспечить возможность почти мгновенного сканирования, а также управление структурой и поляризацией. Это особенно полезно для радарных приложений, поскольку позволяет одной антенне переключаться между несколькими различными режимами, такими как поиск, слежение, картографирование и меры противодействия помехам.

Методы обработки

Все вышеперечисленные методы требуют некоторых своего рода пост-обработка для восстановления желаемого сообщения. Среди этих методов:

  • Переключение: В переключаемом приемнике сигнал только от одной антенны подается на приемник до тех пор, пока качество этого сигнала остается выше некоторого заданного порога. Если и когда сигнал ухудшается, включается другая антенна. Коммутация является самым простым и наименее энергоемким из методов обработки разнесения антенн, но могут возникать периоды замирания и десинхронизации, когда качество одной антенны ухудшается и устанавливается другая антенная линия.
  • Выбор: Как и при переключении, обработка выбора передает приемнику сигнал только одной антенны в любой момент времени. Однако выбранная антенна основана на наилучшем соотношении сигнал / шум (SNR) среди принимаемых сигналов. Для этого требуется, чтобы проводилось предварительное измерение и чтобы все антенны установили соединения (по крайней мере, во время измерения отношения сигнал / шум), ведущие к более высоким требованиям к мощности. Фактический процесс выбора может происходить между полученными пакетами информации. Это гарантирует, что соединение с одной антенной поддерживается в максимально возможной степени. В этом случае переключение может происходить по каждому пакету, если необходимо.
  • Объединение: При объединении все антенны постоянно поддерживают установленные соединения. Затем сигналы объединяются и передаются приемнику. В зависимости от сложности системы сигналы могут быть добавлены напрямую (объединение с равным коэффициентом усиления) или взвешены и добавлены когерентно (объединение с максимальным коэффициентом ). Такая система обеспечивает наибольшую устойчивость к замиранию, но поскольку все тракты приема должны оставаться под напряжением, она также потребляет наибольшую мощность.
  • Динамическое управление: Приемники с динамическим управлением могут выбирать из вышеперечисленных схем обработки, когда возникает ситуация. Хотя они намного сложнее, они оптимизируют соотношение мощности и производительности. Переходы между режимами и / или антенными соединениями сигнализируются изменением воспринимаемого качества связи. В ситуациях низкого замирания приемник не может использовать разнесение и использовать сигнал, представленный одной антенной. По мере ухудшения условий приемник может перейти в более надежные, но энергоемкие режимы, описанные выше.

Приложения

Хорошо известное практическое применение разнесенного приема - беспроводные микрофоны и в подобных электронных устройствах, таких как беспроводные гитарные системы. Беспроводной микрофон с приемником без разнесения (приемник, имеющий только одну антенну) подвержен случайным выпадениям, затуханиям, шуму или другим помехам, особенно если передатчик (беспроводной микрофон) находится в движении. Беспроводной микрофон или звуковая система, использующая разнесенный прием, переключится на другую антенну в течение микросекунд, если одна антенна испытывает шум, обеспечивая сигнал улучшенного качества с меньшим количеством выпадений и шумов. В идеале в принимаемом сигнале не должно быть выпадений или шума.

Другое распространенное использование - сетевое оборудование Wi-Fi и беспроводные телефоны для компенсации многолучевых помех. Базовая станция переключит прием на одну из двух антенн в зависимости от того, какая в настоящее время принимает более сильный сигнал. Для достижения наилучших результатов антенны обычно располагаются на расстоянии одной длины волны друг от друга. Для диапазонов микроволн, где длины волн меньше 100 см, это часто можно сделать с помощью двух антенн, подключенных к одному и тому же оборудованию. Для более низких частот и более длинных волн антенны должны находиться на расстоянии нескольких метров друг от друга, что делает это гораздо менее разумным.

Мобильные телефоны башни также часто используют преимущества разнесения - каждая сторона (сектор) башни часто имеет две антенны; одна принимает и передает, а другая - только приемная антенна. Для разнесенного приема используются два приемника.

Антенны сотовой связи на опоре электричества, показывающие две антенны на сектор

Использование множества антенн как при передаче, так и при приеме приводит к системе с множеством входов и множеством выходов (MIMO). Использование методов разнесения на обоих концах линии связи называется пространственно-временным кодированием.

Разнесение антенн для MIMO

Кодирование разнесения - это методы пространственного кодирования для системы MIMO. в беспроводных каналах. Беспроводные каналы сильно страдают от явления замирания, которое вызывает ненадежность декодирования данных. По сути, разнесенное кодирование отправляет множество копий через несколько передающих антенн, чтобы повысить надежность приема данных. Если один из них не принимает, остальные используются для декодирования данных. MIMO обеспечивает пространственное разнесение и пространственное мультиплексирование.

См. Также

Ссылки

  • J. Мун и Ю. Ким. «Разнесение антенн укрепляет беспроводные локальные сети». Дизайн систем связи, страницы 15–22, январь 2003 г.
  • С.М. Линденмайер, Л.М.Райтер, Д.Э. Бари и Дж. Ф. Хопф. «Разнесение антенн для улучшения BER при приеме мобильного цифрового радио, особенно в районах с густой листвой». Международная конференция ITG по антеннам, ISBN 978-3-00-021643-5, страницы 45–48. 30 марта 2007 г.
  • «Адаптивные массивы и конфигурации разнесенных антенн для портативных терминалов беспроводной связи», Карл Дитрих-младший, 15 февраля 2000 г.
  • «Учебное пособие по адаптивной антенне: спектральная эффективность и пространственная обработка »Марка Гольдбурга. Управление техники и технологий FCC. 7 сентября 2001 г.
  • «Объектно-ориентированный подход на основе MATLAB к моделированию канала с многолучевым замиранием» Официальный документ C.D. Искандер. Февраль 2008 г.
Последняя правка сделана 2021-06-11 17:41:52
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте