6.2. Адаптивні антенні системи
6.2.1. Призначення та будова адаптивних антен
Адаптивні антени (Smart-антени, інтелектуальні антени) широко використовуються як на передавальній, так і приймальній стороні. Такі антени являються досить складними пристроями. Що могло спричинити потребу їх все ширшого використання в сучасних телекомунікаційних системах?
На передавальній стороні часто значна частина енергії, що випромінюється базовою станцією, використовується неефективно. Справа в тому, що антени базової станції в більшості випадків забезпечують кругову або секторну (в широкому секторі, 60 і більше градусів) діаграму спрямованості (ДС). Але в певний час потрібні абоненти знаходяться у конкретних місцях. Якби сигнал, призначений конкретній станції, формувався адаптивною антеною (яка може формувати ДС у вигляді вузького променя в напрямку на потрібну станцію, причому вона також відслідковує переміщення даної станції), то це дозволило б значно зекономити випромінювану енергію. Економія енергії не являється самоціллю, а приводить до ряду позитивних факторів в мережі радіозв’язку:
збільшується відношення сигнал/шум;
збільшується зона радіопокриття;
зменшується ефект багатопроменевого поширення хвиль, оскільки при використанні вузьконаправлених антен виключаються найбільш довгі шляхи проходження сигналу, утворювані відбиттям від перешкод, розташованих на великих кутах від потрібного напрямку.
На приймальній стороні поруч з корисним сигналом можуть також бути наявні інші сигнали, які по відношенню до корисного сигналу являються завадами. В деяких випадках окремі завади можуть бути навіть значно більшими за корисний сигнал. Очевидно, що в даному випадку умови приймання будуть затруднені. При використанні звичайної антени усунути шкідливий вплив завад, особливо при близьких частотах сигналу та завад, являється складним завданням. Якби сигнал на вході приймача формувався адаптивною антеною (рис.6.3), яка може спрямувати нулі ДС в напрямку завад, а напрям головного пелюстка в напрямку корисного сигналу), то це привело би до покращення відношення сигнал/ шум в точці приймання.
Рис.6.3. Формування ДС адаптивною антеною
Отже, одним з варіантів покращення показників безпровідних мереж являється застосування адаптивних антен.
Основою приймальних адаптивних антен являється АР та інтелектуальний блок (рис.6.4)
Рис.6.4. Будова адаптивної антени
В результаті обробки вхідних сигналів адаптивною антеною на вході приймача формується оброблений результуючий сигнал, в якому виділено корисний сигнал та значно послаблені завади. В формуванні результуючих сигналів беруть участь обі складові: як АР так і інтелектуальний блок.
Формування потрібної ДС для адаптивних антен здійснюється шляхом формування вагових коефіцієнтів. Варто зауважити, що формування вагових коефіцієнтів здійснюється дещо простіше для приймальних антен. В приймальних адаптивних антенах, які змінюють на виході співвідношення рівнів корисного сигналу та завад порівняно з прийнятими на вході рівнями, також виконується безперервне слідкування за зміною напрямків надходження корисного сигналу та сигналів завад. Як видно з призначення адаптивних приймальних антен, їх функціонування ділиться на наступні етапи:
входження в зв'язок, при якому визначаються напрямки надходження корисного сигналу та завад з метою орієнтації максимуму ДС в напрямку очікуваного надходження корисного сигналу та мінімумів – в напрямку завад;
приймання та передавання даних;
відслідковування за зміною напрямків надходження сигналів, зумовлених переміщенням абонентів, та відповідна переорієтація ДС, при необхідності;
Очевидно, що трудоємке формування ДС адаптивних антен здійснюється на першому та третьому етапі, в результаті чого функціонування радіомережі на другому етапі стає більш ефективним.
Можливість забезпечення послаблення сигналів завад та виділення корисного сигналу базується на використанні відмінностей між корисним сигналом та завадами. Такими відмінностями являються різні напрямки (рис.6.3) надходження корисного сигналу та завад. В тривіальному випадку, коли напрям однієї з завад співпадає з напрямом надходження корисного сигналу адаптивна антена практично не може виконувати свої основні функції. Але вже при відмінності вказаних напрямків в декілька градусів, адаптивна антена здатна усунути навіть такі «незручні» завади.
Звичайно, сама назва інтелектульна антена дещо умовна. Але використовувані в даний час інтелектуальні антени все більше набувають властивостей систем з штучним інтелектом. Якщо антена може визначити напрямок надходження корисного сигналу та напрямки надходження сигналів кожної завади, далі на основі інформації про напрямки надходження сигналів сформувати властивості таким чином, щоб забезпечити усунення завад та виділення корисного сигналу, то хіба можна заперечувати наявність в ній певних рис штучного інтелекту?