Способи підвищення швидкості передачі інформації в безпроводових мережах доступу військового призначення

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Військовий інститут телекомунікацій та інформатизації

Факультет Телекомунікаційних систем

Кафедра Транспортних мереж

Рівень вищої освіти перший (бакалаврський)

Спеціальність 172 «Телекомунікації та радіотехніка»

Випускна кваліфікаційна робота

Тема:

Способи підвищення швидкості передачі інформації в безпроводових мережах доступу військового призначення

Студент Шишкін О.В.

Керівник Погребняк Л.М.

Вступ

Об'єкт дослідження: безпроводові технології передачі інформації

Предмет дослідження: аналіз та вибір способу підвищення швидкості передачі інформації

Перелік питань, які потрібно розробити

1. Розглянути основні технології безпроводової передачі інформації

2. Дослідити основні способи збільшення швидкості передачі інформації в безпроводових системах передачі

3. Розробити методику для збільшення швидкості передачі інформації в безпроводових мережах доступу для військового призначення.

Розділ 1. Етапи розвитку безпроводових мереж зв'язку

Огляд відомих на сьогоднішній день технологій.

Зараз безпроводові точки доступу можна знайти практично в будь-якому куточку світу, а поетапне зниження цін на обладнання, а отже і на послуги, дозволило отримати широке розповсюдження серед населення. Безпроводові мережі привабливі тим, що окрім тих функцій, що виконують кабельні лінії зв'язку, вони ще можуть:

· організувати резервне копіювання в кабельну мережу;

· гарантують певний рівень мобільності;

· дозволяють зняти обмеження на максимальну протяжність мережі, що накладаються мідними або навіть оптоволоконними кабелями.

Ці системи можуть забезпечити ділові планування, розрахунок часу, зберігання документів та підтримку зв'язку з віддаленими станціями.

Технології минулого.

Радіорелейний зв'язок - радіозв'язок за допомогою ланцюжка приймально-передавальних радіостанцій, що, зазвичай, знаходяться один від одного в зоні прямої видимості антен.

GSM. Global System for Mobile Communications - стандарт цифрового мобільного зв'язку другого покоління з розділенням каналів за часом (TDMA) та за частотою (FDMA). Цей стандарт був розроблений за підтримки Європейського інституту стандартизації електрозв'язку наприкінці 1980-х років, та використовує діапазони частот 850 МГц, 900 зв'язку до цифрового. Цей перехід дав змогу зменшити апаратуру прийому абонента, збільшити ємність мережі, а також дав можливість роумінгу - автоматичне переключання абонента від однієї базової станції до іншої. Суттєвим недоліком GSM є швидкість передачі даних (яка максимально може бути 9.6 кбіт/с). Стандарт GPRS є надбудовою над стандартом GSM і являє собою технологію третього покоління з максимальною швидкістю передачі даних МГц, 1800 Мгц та 1900 МГц (які саме частоти використовуються залежить від країни). Стандарт GSM став революційним кроком у переході від аналогового стільникового 172 кбіт/с).

GPRS. General packet radio service - надбудова над технологією мобільного зв'язку GSM, що здійснює пакетну передачу даних. GPRS дозволяє користувачеві мережі стільникового зв'язку проводити обмін даними з іншими пристроями в мережі GSM і із зовнішніми мережами, у тому числі Інтернет. GPRS припускає тарифікацію за обсягом переданої/отриманої інформації, а не за часом, проведеним онлайн. Головними особливостями GPRS є те, що при його використанні дані формуються у пакети, які передаються одночасно кількома радіоканалами, при цьому зазначені радіоканали можуть послідовно використовуватись декількома користувачами, а також те, що телефонні виклики стоять у більшому пріоритеті, аніж передача даних, отже, передача даних не заважатиме стільниковому зв'язку і буде здійснюватись лише через вільні від голосових викликів канали. Також, GPRS надає можливість отримувати мобільний доступ в Інтернет одночасно з розмовами по телефону, якщо телефон користувача підтримує цю функцію передавання за допомогою GPRS SMS та MMS повідомлень, дозволяє відстежувати кількість трафіку, що був використаний абонентом. Нині GPRS, разом з GSM, являє собою одну з найрозповсюдженіших систем зв'язку завдяки своїй широко розгорнутій інфраструктурі. Мобільний та безпечний доступ співробітників до корпоративних мереж, віддалених баз даних, поштових та інформаційним серверам підприємств.

Сьогоденні технології

У теперішній час використовується велика кількість широкосмугових технологій радіодоступу, що забезпечують передачу інформації як у режимі точка-точка, так і у режимі точка-багатоточка з різними швидкостями передачі у каналі як від абонента до точки доступу, так і у зворотньому напрямку.

Серед таких технологій можна виділити наступні: EDGE (EGPRS), HSPA, EV-DO, LTE, Wi-Fi, WiMAX. Кожна з цих технологій має свої характеристики, тому пропонуємо розглянути їх окремо одна від одної.

Технологія EDGE (EGPRS)

Enhanced Data rates for GSM Evolution - технологія бездротової передачі даних для мобільного зв'язку, що функціонує як надбудова над 2G та 2.5G GPRS- мережами. Ця технологія працює в TDMA та GSM мережах. У порівнянні з GPRS технологія EDGE має ряд вдосконалень, а саме:

· замість модуляції GMSK може бути використана 8-PSK-модуляція, що дає можливість більш ефективно використовувати виділену смугу частот;

· використання технології Incremental Redundancy (наростаючої збитковості) дозволяє при виникненні помилки при передачі пакету інформації не пересилати цей пакет повністю, а надати приймачу лише додаткову збиткову інформацію про нього, що дозволяє відновити пошкоджену інформацію;

· новий алгоритм кодування, що використовується в даній технології, дозволяє працювати при співвідношенні потужностей сигнал / завада у 15 дБ.

Ці нововведення суттєво (приблизно у 3 рази) підвищують ефективність EDGE, порівняно з GPRS.

Технологія забезпечує радіус покриття базової станції до 5 км та наступні швидкості передавання (3GPP R7, режим комутації пакетів, 8-PSK- модуляція): до 1.6 Мбіт/с у низхідному каналі (напрямок «базова станція > абонент»), та до 500 кбіт/с у висхідному каналі (напрямок «абонент > базова станція»).

Технологія HSPA

High Speed Packet Access - технологія безпроводового широкосмугового радіозв'язку, що використовує пакетну передачу даних і є надбудовою над мобільними мережами стандартів WCDMA / UMTS.

HSPA базується на двох стандартах: HSDPA, що забезпечує низхідний канал, та HSUPA - висхідний канал.

Радіус покриття одного стільника для цієї технології також складає до 5 км, а використання таких видів модуляції, як QPSK, 16-QAM та 64-QAM та MIMO-антен на сторонах приймача та передавача, дозволяє отримати швидкість до 672 Мбіт/с у низхідному, та до 168 Мбіт/с у висхідному каналах (стандарт HSPA+, 3GPP 11R, при використанні 8 несучих та системи антен MIMO 4Ч4).

Технологія EV-DO

Evolution-Data Only - технологія передачі даних, що використовується в мережах стільникового зв'язку стандарту CDMA.

EV-DO був створений з метою удосконалення передачі даних з використанням адаптивної модуляції, що дозволила збільшити пропускну здатність каналу. Технологія може використовувати також 8-PSK, QPSK та 16-QAM-модуляції, підтримує технологію MIMO та використання до 15 несучих. Радіус покриття однієї базової станції сягає 15 км.

Швидкість передавання даних в EV-DO, залежить від редакції стандартів, та може досягати (нисхідний / висхідний канал):

· Rev.0 - до 2.4 / 0.15 Мбіт/с;

· Rev.A - до 3.1 / 1.8 Мбіт/с;

· Rev.B - до 73.5 / 27 Мбіт/с (15 каналів несучої);

· Rev.C - 280 / 75 Мбіт/с;

· Rev.D - 500 / 120 Мбіт/с.

Технологія LTE

Long Term Evolution - стандарт бездротової високошвидкісної передачі даних для мобільних телефонів та терміналів, що заснований на GSM / EDGE і UMTS / HSPA мережевих технологіях. Збільшення пропускної здатності і швидкості досягається за рахунок використання іншого радіоінтерфейсу з повною підтримкою технології MIMO, підтримки QPSK, 16-QAM, 64-QAM, OFDMA та SCFDMA-модуляцій, а також додаткових поліпшень мережі.

Ця технологія може працювати у різних діапазонах частот, використовуючи як частотний (FDMA), так і часовий (TDMA) метод доступу до каналів. Також передбачена можливість роботи, використовуючи різне значення ширини смуги пропускання (від 1.4 Мгц до 20 МГц). При цьому, радіус дії стільника складає близько 30 км.

Швидкості, що може забезпечити дана технологія, складають: до 300 Мбіт/с у низхідному каналі та до 75 Мбіт/с у висхідному.

Технологія Wi-Fi

Wireless Fidelity - технологія безпроводових локальних обчислювальних мереж (стандарт 802.11), що використовує частину частотного спектра, яка не підлягає обов'язковому ліцензуванню.

Технологія використовує BPSK, QPSK, 16- QAM, 64-QAM та OFDMA-модуляцію, підтримує до 64 несучих та може використовувати SISO, MISO та MIMO-антени.

Існує багато редакцій цього стандарту, що мають своє літерне позначення після його номеру, але широко розповсюдженими на сьогоднішній момент є a, b, g та n, що використовують різні діапазони та забезпечують різні швидкості передачі (необхідно відмітити, що висхідний та нисхідний канали в цій технології є симетричними, тому отримана на практиці швидкість передачі залежить від завантаженості напрямку передачі, реалізації алгоритму керування та кількості під'єднаних до точки доступу клієнтів).

· 802.11a - до 54 Мбіт/с, 5 ГГц, до 100 м;

· 802.11b - до 11 Мбіт/с, 2.4 ГГц, до 100 м;

· 802.11g - до 54 Мбіт/с, 2.4 ГГц, до 100 м;

· 802.11n - до 600 Мбіт /с, 5 ГГц, до 300 м.

Швидкість у 600 Мбіт/с у стандарті 802.11n є досяжною за умови використання каналу шириною 40 МГц з модуляцією 64-QAM та технологією MIMO.

Технологія WiMAX

Worldwide Interoperability for Microwave Access - телекомунікаційна технологія, розроблена з метою надання універсального безпроводового зв'язку на великих відстанях для широкого спектра пристроїв (робочі станції, портативні комп'ютери, а також мобільні телефони). Вона заснована на стандарті 802.16 (літери d - для фіксованих абонентів; e - для мобільних), що носить альтернативну назву Wireless MAN. Ця технологія розроблялась, як така, що може забезпечити користувача високошвидкісним бездротовим доступом до мережі Інтернет, та мала стати альтернативою виділеним лініям та DSL. Необхідно відмітити, що в теперішній час існує 2 напрямки її розвитку: перший - забезпечення бездротовим високошвидкісним зв'язком фіксованих (стаціонарних) абонентів, та другий, що розрахований на мобільних абонентів, що можуть пересуватись зі швидкістю до 150 км/год.

У якості модуляції технологія використовує SOFDMA-модуляцію, та підтримує до 256 несучих, а також технологію MIMO, що дає змогу підтримувати швидкість близько 75 Мбіт/с з радіусом покриття базової станції до 50 км.

Узагальнення технічних характеристик технологій наведено у таблиці

Технологія	Модуляція	К-сть несучих	Тип антенн	Радіус покриття км	Низхідна швидкість, до	Висхідна швидкість, до
EDGE	GMSK, 8-PSK	1-8	SISO	5	1.6 Мбіт/с	500 кбіт/с
HSPA	QPSK, 16/64-QAM	1-8	SISO, MIMO	5	672 Мбіт/с	168 Мбіт/с
EV-DO	8-PSK, QPSK, 16-QAM	1-15	SISO, MIMO	15	500 Мбіт/с	120 Мбіт/с
LTE	QPSK, 16/64-QAM, OFDMA, SCFDMA	1-20	SISO, MIMO	30	300 Мбіт/с	75 Мбіт/с
Wi-Fi	BPSK, QPSK, 16/64-QAM, OFDMA	1-64	SISO, MISO, MIMO	0.3	600 Мбіт/с	600 Мбіт/с
WiMAX	SOFDMA	1-256	SISO, MIMO	10	75 Мбіт/с	75 Мбіт/с

Розділ 2. Огляд основних технологій передачі інформації

2.1 OFDM

За останнє десятиліття з'явилося безліч нових стандартів радіозв'язку, спільною рисою яких є застосування технології OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) - методу модуляції, при якому високошвидкісний вхідний потік даних розділений на кілька паралельних парціальних підпотоків зі зменшеною швидкістю передачі даних, при цьому кожен з підпотоків модулюється і передається на окремій ортогональній піднесучій частоті. Можливість вести прийомопередачу одночасно на різних частотах загальної смуги є ефективним засобом в боротьбі з частотно-селективними завмираннями, а відносно велика тривалість OFDM символу дозволяє справлятися з ефектом міжсимвольних спотворень, що викликаються розширенням затримки в радіоканалі.

З розвитком цифрових технологій здійснення частотно-часового і часово-частотного перетворень сигналу, що вимагає від терміналу значної обчислювальної потужності, стало здійсненним завданням.

Використовувані при цьому мікросхеми виробляють над сигналом Зворотне або Пряме перетворення Фур'є відповідно.

Особливості технології OFDM зручно застосовувати для організації багатостанційного доступу. З наявного набору кожному абоненту виділяється певна кількість під несущих - відбувається розподіл спектра, еквівалентний FDMA, проте дозволяє економніше використовувати частотний ресурс. Такий підхід застосовується в стандартах mobile WiMAX і LTE і носить назву OFDMA (багатостанційний доступ з використанням ортогонально-розділених піднесущих).

Існують різні механізми розподілу: можливо як розташування піднесущих одного абонента рівномірно по всій виділеній смузі частот, так і присвоєння блоків по кілька сусідніх піднесущих. Для кожного АТ і кожного частотного блоку формуються індикатори якості каналу. Залежно від необхідної для АТ пропускної здатності каналу зв'язку базовою станцією приймається рішення про кількість виділених піднесущих. У цьому полягає частотно-селективна диспетчеризація ресурсів.

2.2 MIMO

Технологія MIMO (англійською Multiple Input Multiple Output) - це метод просторового кодування сигналу. Цей метод дозволяє збільшити смугу пропускання каналу, в якому здійснюються передачі даних та отримання даних за рахунок систем з декількох антен. Приймальні та передавальні антени розносять таким чином, щоб кореляція між сусідніми антенами була досить слабкою. Два важливих завдання вирішує застосування технологій MIMO (multipleinput - multipleoutput):

· підвищення швидкості передачі при застосуванні просторового мультиплексування;

· збільшення якості зв'язку за рахунок просторового тимчасового / частотного кодування і (або) формування променів(beamforming).

Наявність на передавальній стороні двох або більше антен (схема MISO - Multiple Input- Single Output) дозволяє підвищити стійкість радіоканалу до завмирань за рахунок використання техніки просторово-часового кодування (ПЧК), що реалізує принцип «різноспрямованої передачі». ПЧК може бути застосовано в системах з декількома передавальними трактами, при цьому на приймальній стороні досить одного, що здійснює комбінування сигналів.

2.3 QAM

QAM - (Quadrature Amplitude Modulation - Модуляція методом квадратичної амплітуди) - це технологія передачі цифрового інформаційного потоку у вигляді аналогового сигналу. Це досягається шляхом поділу несучої хвилі на дві несучі однакової частоти, зміщені відносно одна-одної на 90°, кожна з яких промодульована по одному з двох або більше дискретних рівнів амплітуди. Комбінація всіх рівнів амплітуди на цих двох несучих являє собою бінарну бітову картину. I та Q компоненти - це дві половини бітової картини цифрового потоку, що передаються одночасно, як рівні напруги двох ідентичних частотних несучих, зміщених на 90°.

Рис. 1. Канстеляційна діаграма відображаюча I/Q вектор

Слід зазначити, що QPSK - (QuadraturePhaseShiftKeying - Кодування методом Квадратичного Фазового Здвигу) - це найпростіша формаQAM (також відома як 4QAM).QPSK використовує дві несучі однакової частоти, зсунуті на 90 градусів, і два можливих рівня амплітуди. Один рівень амплітуди відповідає 0, інший - 1.

Канстеляційна діаграма (або діаграма-сузір'я) - це карта, або квадратна матриця, в якій рівні амплітуди I і Q компонент QAM сигналу відображені у вигляді значущих точок в квадратній системі координат I х Q.

Координата I визначає горизонтальну позицію точки, а Q- вертикальну (дивись Рис. 1). Канстеляційна діаграма в цій матриці утворюється з горизонтальних і вертикальних ліній (будь то промальованих або ж просто уявних) з'єднують можливі значення компонент I і Q. Ціле численне значення кожної отриманої точки визначається осередком матриці в яку вона потрапляє. Помилка визначається як випадання виміряної точки з осередку.

16-QAM діаграма - це 4х4 матриця, в якій кожна з 16 осередків представляє одну з 16 можливих бінарних комбінацій. Вертикальне і горизонтальне положення кожної точки відповідає I і Q рівнями амплітуди сигналу переданого ч протягом одного циклу. 64-QAM діаграма представлена на рис.

Рис. 2. 64-QAM Канстеляційна діаграма

Гідність високих значень номера QAM - це підвищена швидкість передачі даних, оскільки таким чином більшу кількість бітів інформації може бути передано в перебігу одного циклу. Однак, з іншого боку, в цьому випадку більше число рівнів амплітуди сигналу розташовуються близько один до одного, підвищуючи тим самим вірогідність нерозрізненості двох рівнів, і як наслідок - підвищуючи чутливість системи до шуму. Таким чином, високі значення номера QAM більш вимогливі до параметру CNR (Carrier Noise Ratio - Відношення Сигнал / Шум).

Розділ 3. Основні параметри технології MIMO

Технологія MIMO (англійською Multiple Input Multiple Output) - це метод просторового кодування сигналу. Цей метод дозволяє збільшити смугу пропускання каналу, в якому здійснюються передачі даних та отримання даних за рахунок систем з декількох антен. Приймальні та передавальні антени розносять таким чином, щоб кореляція між сусідніми антенами була досить слабкою. Два важливих завдання віришує застосування технологій MIMO (multipleinput - multipleoutput): - підвищення швидкості передачі при застосуванні просторового мультиплексування, - збільшення якості зв'язку за рахунок просторового тимчасового / частотного кодування і (або) формування променів(beamforming).

При різноманітних реалізаціях технології MIMO мається на увазі саме одночасна передача кількох незалежних повідомлень в одному фізичному каналі. MIMO застосовують багатоантенні системи з метою реалізації дії. А саме: на передавальній стороні є Nt передавальних антен, а на приймальній стороні Nr приймальних.

Рис. 1. Реалізація системи МІМО

Історія технології систем MIMO власне як об'єкта бездротового зв'язку поки що вельми не тривала. Ще в 1984 році перший патент на використання принципу MIMO у радіозв'язку був зареєстрований від імені співробітника BellLaboratories Джека Вінтерса (JackWinters). Вже пізніше Джек Селз (JackSalz), грунтуючись на його дослідженнях з тієї ж компанії, опублікував в 1985 році першу статтю про рішення MIMO. Надалі фахівцями BellLaboratories і іншими дослідниками розвиток даного напрямку тривав аж до 1995 року. Грег Ралей (GregRaleigh) і Джеральд Дж. Фошина (GeraldJ. Foschini) у 1996 році запропонували новий варіант реалізації MIMO системи, збільшивши тим самим її ефективність. Трохи пізніше Грег Ралей, якому присвоюють авторство OFDM (OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing - мультиплексування за допомогою ортогональних несучих) для MIMO, заснував компанію AirgoNetworks. Ця компанія розробила перший MIMO-чіпсет під назвою TrueMIMO.

Однак, MIMO-напрямок розвивається досить швидкоплинно, незважаючи на досить короткий проміжок часу з моменту своєї появи. Загалом цей напрямок включає в себе різнорідне сімейство методів, які можна класифікувати за принципом поділу сигналів в приймальному пристрої. При цьому одночасно в MIMO-системах використовуються такі підходи до поділу сигналів, які вже увійшли в практику, так і новітні. Отже, до таких підходів відносяться, наприклад, просторово-частотне, просторово-поляризаційне кодування, просторово-тимчасове, а також надрозширення у напрямку приходу сигналу в приймач. Настільки довгу розробку стандартів на використання систем MIMO в засобах зв'язку вдалося досягти саме завдяки великій кількості підходів до поділу сигналів. Але все одно, усі різновиди MIMO спрямовані на досягнення однієї важливої мети - це збільшення пікової швидкості передачі даних у мережах зв'язку за рахунок поліпшення завадостійкості [3].

Існує необхідність підвищення пропускної здатності у таких сучасних системах зв'язку, як приклад, у високошвидкісних локальних обчислювальних мережах, стільникових системах зв'язку і ін.. Шляхом розширення смуги частот або підвищення випромінюваної потужності може бути збільшена пропускна здатність. Але, на жаль, застосування цих методів обмежено через обмеженої потужності джерела живлення (в мобільних пристроях) і електромагнітної сумісності, вимоги біологічного захисту. Ефективним може виявитися застосування адаптивних антенних решіток із слабо корельованними антенними елементами у випадках, якщо в системах зв'язку ці підходи не забезпечують необхідну швидкість передачі даних. Системи зв'язку із такими антенами отримали загальну назву систем MIMO.

Засоби безпровідного зв'язку дуже широко використовуються в офісних і домашніх мережах передачі інформації, в інтерфейсах "ноутбук - настільний комп'ютер" і мультимедійних рішеннях. Все актуальніше стає подальше підвищення швидкості передачі даних в таких застосуваннях. Великі надії в рішенні цієї задачі пов'язані з використанням так званих MIMO-технологій (Multiple Input - Multiple Output, множинний вхід - множинний вихід). І хоча існуючі втілення MIMO- ідеї доки не завжди помітно прискорюють трафік на невеликих відстанях від точки доступу, вже доведено, що на великих видаленнях вони дуже ефективні. MIMO- принцип дозволяє зменшити число помилок при радіообміні даними (BER) без зниження швидкості передачі в умовах множинних переотражений сигналів. При цьому багатоелементні антенні пристрої:

· розширення зони покриття радіосигналами і згладжування в ній мертвих зон;

· використання декількох шляхів поширення сигналу, що підвищує вірогідність роботи по трасах, на яких менше проблем із завмираннями, переотражениями і тому подібне;

· збільшення пропускної спроможності ліній зв'язку за рахунок формування фізично різних каналів(розділених просторово, за допомогою ортогональних кодів, частот, поляризаційних мод).

Історія систем MIMO як специфічного об'єкту безпровідного зв'язку доки дуже не тривала. Перший патент на використання MIMO- принципу в радіозв'язку був зареєстрований в 1984 році співробітником Bell Laboratories Джеком Винтерсом(Jack Winters) [1]. Проте, незважаючи на таке коротке століття, MIMO-напрям розвивається дуже багатопланово і включає різнорідне сімейство методів, які можна умовно класифікувати відповідно до принципу розділення сигналів в приймальному пристрої. При цьому в MIMO- системах використовуються як підходи, що вже зарекомендували себе, до розділення сигналів, так і нові. До них відносяться, зокрема, просторово-часове, просторово-частотне, просторово-поляризаційне кодування, а також наддозвіл по напряму приходу сигналу в приймач. Саме велика кількість підходів до розділення сигналів зумовила таку довгу розробку стандартів на використання систем MIMO в засобах з'вязку. Проста антена MIMO - це система з двох несиметричних вібраторів(монополів), орієнтованих, наприклад, під кутом ±45° відносно вертикальній осі (рис. 1). Такий кут поляризації ставить обидва канали в рівні умови, оскільки при горизонтально-вертикальної орієнтації випромінювачів одна з поляризаційних складових неминуче отримала б більше загасання при поширенні уздовж земної поверхні. Сигнали, що випромінюються незалежно кожним монополем, поляризовані взаємно ортогонально з досить високою взаємною розв'язкою покросс-поляризационной складової(не менше 20 дБ). Аналогічна антена використовується і на приймальній стороні. Такий підхід дозволяє одночасно передавати сигнали з тими, що однаковими, що несуть, модульованими по-різному. Принцип поляризаційного розділення забезпечує подвоєння пропускної спроможності лінії радіозв'язку в порівнянні з випадком поодинокого монополя(у ідеальних умовах прямої видимості при ідентичній орієнтації приймальних і передавальних антен).

Таким образом, по суті любу систему з двійною поляризацією можна рахувати системою MIMO.

3.1 Способи реалізації MIMO

3.1.1 Класична система (SISO - Single Input SingleOutput)

З початку потрібно розглянути варіанти MIMO, які можуть бути використані для передачі даних одному користувачеві. Найперший найпростіший і класичний варіант - використання однієї передавальної і однієї прийомної антен. З точки зору термінології MIMO така система називається SISO - SingleInputSingleOutput.

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Рис. 2. SISO - Single Input Single Output

Тепер можна розрахувати пропускну здатність такої системи, використовуючи формулу Шеннона: C = Blog2 (1 + S / N), де C - пропускна здатність каналу; S / N - співвідношення сигнал / шум; B - ширина каналу.

3.1.2 Рознесений прийом (SIMO - Single Input MultipleOutput)

SIMO - Single Input MultipleOutput рознесений прийом - це випадок використання більшої кількості антенн на приймальній стороні, ніж на передавальній. Така система називається SIMO з точки зору MIMO - Single Input Multiple Output. Найбільш поширений та простий випадок такої системи, коли передавальна антена одна, а прийомних дві.

Рис. 3. SIMO - Single Input Multiple Output

Представлений вище варіант не вимагає спеціальної якісної підготовки сигналу при передачі, тому цей випадок досить просто реалізувати на практиці. Збільшення пропускної спроможності при використанні рознесеного прийому не відбувається. Але, все ж таки підвищується надійність передачі. При випадку із зображеною вище системою на приймальній стороні буде два сигнали і існують різні способи їх обробки.

Як приклад, можливо обирати сигнал із найкращим співвідношенням сигнал / шум. Switcheddiversity - це назва данного методу. Також дозволяє підвищити співвідношення сигнал / шум складання сигналів. Відповідно такий метод буде називатися MRC - MaximumRatioCombining[3].

Саме технологія SIMO має широке застосування у цифровому телебаченні (DTV), а також у бездротовій локальній мережі (WLAN), мобільному зв'язку та міській мережі (Mеns). Початкова форма SIMO, яка відома ще під назвою рознесений прийом, використовується військовими ще з часів Першої світової війни на частотах нижче 30 МГц.

3.1.3 Рознесена передача (MISO - Multiple Input SingleOutput)

MISO - Multiple Input SingleOutput рознесена передача - це випадок використання меншої кількості антен на приймальній стороні, ніж на передавальній. Така система називається MISO - Multiple Input Single Output з точки зору MIMO. Коли передавальних антен дві, а приймальних одна - це найпростіший випадок такої системи.

Рис. 4. MISO - Multiple Input Single Output

MISO, як і SIMO, не дозволяє збільшити пропускну здатність каналу, але така система здатна підвищити надійність передачі. А також саме використання MISO дозволяє перенести необхідну додаткову обробку сигналу з приймальної сторони (мобільної станції) на передавальну (базову станцію). Використовується просторово-часове кодування для формування надійного сигналу. У цьому випадку копія сигналу передається не тільки з іншої антени, але і в інший час. Також є можливість використовувати просторово-частотне кодування.

3.1.4 Просторове ущільнення (MIMO - Multiple Input MultipleOutput)

MIMO - Multiple Input MultipleOutput просторове ущільнення - це випадок використання декількох антен на приймальній стороні і декількох антен на передавальній стороні. Даний варіант спрямований не на підвищення надійності передачі, а на збільшення швидкості передачі, на відміну від попередніх варіантів - MISO і SIMO, які були описані вище. Отже, MIMO використовується для передачі даних мобільним станціям, які знаходяться в якісних радіоумовах. Але водночас такі варіанти, як MISO і SIMO, використовуються для передачі даних мобільним станціям, які знаходяться в більш поганих радіоумовах. Вхідний потік даних розбивають на декілька потоків, кожен з яких незалежно передається з окремою антени, для того, щоб підвищити швидкість передачі даних у випадку з MIMO. Нижче на малюнку приводиться загальна схема системи MIMO з n приймальними антенами і із m передавальними антенами.

Кожна антена на приймачі отримує сигнал не тільки призначений для неї (суцільні лінії на малюнку), а й всі сигнали призначені іншим антен (переривчасті лінії на малюнку) саме через те, що використовується загальний канал. Вплив сигналів, призначених для інших антен, можна обчислити і мінімізувати, якщо відома матриця передачі.



Рис. 5. Просторове ущільнення SpatialMultiplexing

Від кількості використовуваних антен залежить кількість незалежних потоків даних, які можуть одночасно передаватися. Отже, якщо кількість приймальних і передавальних антен однакова, то кількість незалежних потоків даних менше кількості антен або рівна. Як приклад, у разі використання технології MIMO 4x4 кількість незалежних потоків даних може бути 4 або менше. Але ж, якщо кількість приймальних і передавальних антен не однакова, то кількість незалежних потоків даних буде менше або рівна мінімальній кількості антен. Як приклад, у разі використання технології MIMO 4x2 кількість незалежних потоків даних може бути 2 або менше.

У разі використання MIMO для обчислення максимальної пропускної здатності застосовується наступна формула:

C = MBlog2 (1 + S / N),

де C - пропускна здатність каналу;

B - ширина каналу;

M - кількість незалежних потоків даних;

S / N - співвідношення сигнал / шум [3].

3.1.5 Ортогональне кодування сигналів

Другим напрямком реалізації принципу МІМО є ортогональне кодування сигналів незалежно випромінених різними антенними елементами. Таке кодування виконується як правило по фазі.

Одним із можливих підходів до реалізації ортогонального кодування є розширення спектру випроміненого сигналу методом прямої послідовності (DSSS- Direct Sequence Spread Spectrum). Сутність DSSS полягає в заміні кожного біту (груп бітів) вихідного потоку даних деякою псевдовипадковою (шумоподібною) кодовою послідовністю. Основні вимоги до таких кодів, - автокореляція кодової послідовності при зсуві повинна бути мінімальною, в ідеалі рівною 0. Тоді при багатопроменевому розповсюджені (наприклад, через перевідбить в умовах міської забудови) сигнал, що потрапив на приймач з затримкою, буде сприйматися корелятором як шум, і не спотворить основний прямо розповсюджений сигнал. На прийомній стороні вхідний сигнал попадає на корелятор, в якому відбувається когерентне накопичення (в простішому випадку це добуток вхідного сигналу на еталонну кодову послідовність), в результаті шуми відфільтровуються і залишається лише корисний сигнал. Наприклад, в стандарті ІЕЕЕ 802.11 кожен біт, що дорівнює 1, заміняється 11-позиційним кодом Баркера (10110111000), а рівний 0 - його інверсією. Один елемент такої послідовності називають чипом, а саму розширену послідовність - базою сигналу.

При використанні техніки МІМО в обладнанні стандарту ІЕЕЕ 802.11 антенні випромінювачі передають сигнал або з частотним розділенням, або з зсувом по часу один відносно одного наприклад на один чип. В останньому випадку бази сигналів в кожнім антеннім каналі становляться взаємно ортогональними (або близькими до цього).

В подальшому принцип DSSS став використовувати метод фазової модуляції за допомогою багатофазної (поліфазної) комплементарної кодової послідовності (метод ССК - Complementary Code Keying). Сутність такого кодування полягає у використанні двох послідовностей (a) і (b) кожна з яких має k- елементів з автокореляційними функціями

 та

де i = 0,…,k -1 - можливий зсув, для якого A(i)+B(i) = 0 при любих i 0, та A(0)+B(0) = 2k

Фізична інтерпретація зсуву в даних формулах - прийом прямо розповсюдженого сигналу і сигналу з фазовою затримкою на (i) елементів (чипів). Іншими словами, якщо система зв'язку використовує комплементарне кодування і працює в умовах багатошляхового розповсюдження сигналу, то в ідеалі між символьна інтерференція, викликана накладанням сигналів з затримками розповсюдження, повинна бути відсутня, так як сума їх автокореляційних функцій дорівнює нулю.

Оскільки в стандарті ІЕЕЕ 802.11 прийнята диференціальна квадратурна фазова модуляція (DQPSK), всього може бути чотири значення фази, зсунутих друг відносно друга на 90°. Сутність застосування ССК полягає в тім, що потік передачі даних розбивається на групи по 8 біт кожна. Група заміняється сигналом з 8 чипів С = (с1, …, с8). Кожен чип - це сигнал, фаза якого визначається квартетом 1,2,3,4, так що

С = (с1, …, с8) = [ej(ф1+ф2+ф3+ф4), ej(ф1+ф3+ф4), ej(ф1+ф2+ф4), -

- ej(ф1+ф4), ej(ф1+ф2+ф3), ej(ф1+ф3), - ej(ф1+ф2), ejф1].

Тут використовується запис Ейлера: ejф = соsф+j sinф, j = 1. Відносно до квадратурної модуляції дійсна і уявна складові становлять синфазний і квадратурний канали відповідно.

В групі усі 8 біт розбиваються на пари (дибіти), кожному дибіту присвоюється відповідний елемент фазового квартету фi(d0d1 > ф1, d2d3 > ф2, d4d5 > ф3, d6d7 > ф4). В залежності від значень дибітів, фi стають рівними 0є, 90є, 180є або 270є. При цьому фi визначається фазою попереднього символу і парністю поточного символу С в потоці, тому модуляція і називається диференційною. Можна показати, що при любих значеннях дибітів послідовності С стають комплементарними.

На прийомній стороні, при умовах синхронного прийому, декодер відновлює значення ф1, ф2, ф3, ф4, а по ним - і значення інформаційних біт. В простішому випадку обробка зводиться до наступних розрахунків:

ф2 = arg{r1r*2+ r3r*4+ r5r*6+ r7r*8},

ф3 = arg{r1r*3+ r2r*4+ r5r*7+ r6r*8},

ф4 = arg{r1r*5+ r2r*6+ r3r*7+ r4r*8},

ф1 = arg{r4e- jф4+ r6e- jф3+ r7e- jф2+ r8},

де r = [r1,…,r8] - прийнята 8-бітова послідовність. Знак * означає комплексне спряження: якщо ri = a+jb то r*i = a-jb. Функція arg(r) = arctg[Im(r)/Re(r)] = arctg(b/a) Фактично в процесі такої обробки відношення сигнал/шум поліпшується вдвічі.

Оскільки ССК-послідовності комплементарні, то при застосуванні техніки МІМО можлива їх одночасна трансляція. Наприклад, парні чипи (або символи) передаються по одному антенному каналу, а непарні - по другому. При цьому вони оказуються практично ортогональні.

3.1.5 Неортогональне кодування. Схема BLAST

Однією з перших технологій, розробленої для систем MIMO, є архітектура приймача Bell Laboratories Layer Space-Time (BLAST). Існує дві її конфігурації: діагональна і вертикальна. Через меншу складності і відсутності тимчасових втрат найбільшу популярність отримала різновид Vertical-Bell Labs Layered Space Time Architecture (V-BLAST). Даний алгоритм демодуляції сигналів з неортогональним просторово-часовим кодуванням для систем MIMO орієнтований на роботу в каналі без пам'яті.

Як було показано вище, на передавальній стороні вхідні дані проходять етап демультиплексування на підпотоки (їх кількість відповідає числу передавальних антен). Потім відбувається етап модуляції. Сукупність усіх передавальних пристроїв є векторним передавачем, де компонентами кожного переданого Mr-мірного вектора є символи, обрані із сузір'я модуляції.

Для простоти розглянемо канал H з релеєвськими завмираннями і адитивним білим гауссівським шумом. Тут і далі припустимо, що його оцінка проведена точно, наприклад, методом навчальної послідовності.

На приймальній стороні сигнали демодулюються і мультиплексуються в один потік даних, а потім проходять канальне декодування. На кожне з Mr приймальних пристроїв надходить сигнал від кожного з передавальних пристроїв. Вектор прийнятих сигналів приймачем буде відповідати формулі:

В процесі детектування поступово обчислюються вирішальні статистики, які потім квантуються для формування оцінок передававшихся символів. У міру прийняття рішення приймач V-BLAST послідовно виключає символи. При цьому також відбувається процес скорочення канальної матриці.

Особливості процесу детектування залежать від критерію оцінювання, найбільш загальними з яких є мінімум середньоквадратичної помилки (MMSE) і форсує нуля (ZF).

Якщо вважати, що рішення про символ було прийнято вірно, то цей символ можна виключити з вихідного вектора прийнятого сигналу r.

Таким чином:

Потім дії повторюються, але в процесі оцінювання методом ZF або MMSE вже буде використовуватися усічена канальна матриця, з виключеним стовпцем. Таким чином, зменшується обчислювальна складність, так як алгоритми критерію оцінювання ґрунтуються на пошуку псевдозворотній канальній матриці H.

3.1.6 Просторово-часове кодування

В 1998 році Аламоуті (співробітник компанії Vivato) запропонував новий підхід до розділення МІМО-сигналів на прийомній стороні, який відноситься до класу ортогонального просторово-часового блокового кодування (OSTBC, Orthogonal Space-Time Block Codes).

Принцип кодування по Аламоуті полягає в тім, що послідовність символів, що підлягає передачі, розбивається на пари (наприклад, сміжні парні і непарнісимволи) хі та хі+1. для передачі такого блоку потрібні два випромінювачі і два інтервали передачі. В першому інтервалі перша антена буде випромінювати сигнал символу хі, а друга антена - сигнал хі+1. В наступному часовому інтервалі перша антена передає сигнал -х*і+1, а друга антена - сигнал х*і.

Фізична сутність таких маніпуляцій з випроміненими сигналами стане зрозумілою, якщо скористуватися їх математичним уявленням:

хі = ai + jbi;

хі+1 = ai+1+ jbi+1;

х*і = ai - jbi;

-х*і+1 = -ai+1 + jbi+1.

Нескладно помітити, що якщо в першому часовому інтервалі сигнали синфазні, то в другім інтервалі вони будуть обов'язково протифазні, і навпаки. Якщо ж фази сигналів у першому інтервалі часу ортогональні (різність 90є), то вони такими ж залишаться і в другім часовім інтервалі, з тою лише різницею, що випередження фази випромінювання буде почергово виникати то на першій, то на другій антенах.

Якщо передаюча антенна система складається з двох несиметричних вібраторів, то їх результативна діаграма направленості (ДН) суттєво залежить від співвідношення фаз вхідних сигналів. В загальному випадку результативна ДН відхиляється від нормалі до лінії, що з'єднує вібратори, в сторону елемента, на якому фаза сигналу запізнюється.

Рис. 6. Зміна орієнтації максимумів випромінювання системи з двох вібраторів у залежності від різності фаз сигналів живлення а) синфазне живлення випромінювачів, б) противофазне живлення

Таким чином, максимум енергії сигнальної сумуші МІМО, кодованої по Аламоуті, випромінюється кожен раз в різних напрямках, при чому в різних для кожної нової пари символів в залежності від різності фаз їх сигналів. Це підвищує вірогідність їх проходження з урахуванням наявності багатьох перевідбивачів. Для прийому кодованого по Аламоуті двохсимвольного сигналу достатньо однієї прийомної антени і пари часових підрахунків сигнальної суміші. Такимчином, фактично можна обійтися системой МІSО. При оцифровці сигнальної суміші в двох послідовних часових інтервалах отримаємо сукупність напруг:

де: ni; ni+1 - відрахунки напруг внутрішнього шуму приймача;

h1; h2 - передаточні характеристики каналів для сигналів, що випромінюються першою і другою антенами відповідно двох часових відрахунку необхідні для того, щоб число рівнянь в системі дорівнювалося числу невідомих.

Для оцінки характеристик каналу передачі h1 і h2 при входженні в зв'язок транслюються заздалегідь відомі пілотні сигнали zi; zi+1. В приймачі вирішується приведена раніше система рівнянь, де в якості невідомих виступають передаточні характеристики каналу h1; h2:

Після встановлення зв'язку по відомим значенням характеристик декодуються пари переданих символів:

Ці співвідношення являються оптимальними оцінками максимальної правдоподібності. МІSO-схема Аламоуті використовується в стандарті ІЕЕЕ 802.16-2004 (WiMAX). Таке кодування в умовах перевідбиття дозволяє отримати виграш сигнал/шум близько 5 дБ для модуляції BPSK і до 10 дБ - для 64-QAM.

Головне обмеження в застосуванні даного методу кодування - припущення про незмінність характеристик каналу не тільки в двох послідовний часових інтервалах, але й до кінця прийому корисної інформації. По цій причині просторово-часове кодування Аламоуті для мобільних абонентів супроводжується падінням ефективності передачі.

безпроводовий мережа сигнал військовий інформація

3.1.7 Просторово-частотне кодування

Замість випромінювання пари сигналів в двох послідовних часових інтервалах їх можна передавати одночасно на двох ортогональних частотах. Такий метод кодування називається просторово-частотним і дозволяє збільшити пропускну здатність в порівнянні з просторово-часовим методом Принцип кодування сигналу полягає в тім, що пари символів хі та хі+1 передаються відповідно антенами 1 і 2 на першій частоті, а символи -х* і+1; х*і - на другій частоті. При цьому сигнали обох частот випромінюються одночасно.

В цьому випадку для кожної частоти випроміненого сигналу формується своя ДН передаючої антени, орієнтована в своєму напрямку в залежності від різності фаз сигналів на зажимах живлення антенних елементів (рис. 7)

Рис. 7. Переорієнтація ДН антенної системи МІМО при просторово-частотному кодуванні

Це забезпечує незалежну трасу розповсюдження для сигналу кожної частоти випромінювання. Суттєво відмітити, що в приймачу сигнали ортогональних частот легко розділяються за допомогою цифрової фільтрації. Узагальнення даного методу є модуляція МІМО-OFDM.

Слід відмітити що під символом, який необхідно передати, може розумітися блок з декількох бітових послідовностей. Стосовно до методу МІМО-OFDM схема кодування Аламоуті дозволяє отримати просторово-частотний код, який для 16-частотного OFDM-пакету ілюструється на рисунку 8.

Верхній набір частот відповідає першому випромінювачу, а нижній -другому. Для передачі кожної із символьних послідовностей Хі; Хі+1; Х*і; -Х*і+1 використовується половина ортогональних під несучих. Метод Аламоуті може розповсюджуватися і на випадок використання ортогональної поляризації випромінювання (рис. 9).

Рис. 8. Багаточастотний пакет в схемі Аламоуті

Рис. 9. Реалізація схеми Аламоуті сумісно з ортогональною поляризацією випромінення

В загальному випадку вихідна схема Аламоуті розрахована на наявність 2М передавачів і М приймачів, але при відповідному збільшені числа часових інтервалів випромінювання або ортогональних частот, для прийому може статися достатньо і однієї антени.

Примітка, для чотирьох передавачів кодування проводиться по так званій розширеній схемі Аламоуті (Extended Alamouti Schtme), приведеній в таблиці 3.1.

Існує інший підхід до просторово-часового кодування з використанням мультиплексування сигналу по принципу магічного квадрата, який є альтернативою методу Аламоуті. Цей механізм дозволяє застосовувати систему з 2N випромінювачів, що працюють на прийомну антенну решітку з 2N елементів.

Таблиця 3.1

Розширена схема Аламоуті

	Антена 1	Антена 2	Антена 3	Антена 4
Інтервал 1	Хі	хі+1	Хi+2	Хi+3
Інтервал 2	Хi+1	-Хі	Х*i+3	- Х*i+2
Інтервал 3	Хi+2	Хi+3	-Х'і	- Х*i+1
Інтервал 4	Хi+3	-хі+2	- Хi+1	Хi

Магічний квадрат порядку n уявляє собою квадратну таблицю чисел розміром n n, заповнені цілими числами від 1 до n2. Сума чисел в кожному рядку, в кожному стовпці, а також в двох головних діагоналях повинна бути однакова. Наприклад, для магічних квадратів розміром 8x8 вона становить 260, а для магічних квадратів розміром 4x4 вона становить 34. Приведемо два приклади магічних квадратів розміром 4x4 (рис 10)

Рис. 10. Магічні квадрати 4x4

Дійсно, в цих квадратах сума чисел в кожному рядку, в кожному стовпці, а також в двох головних діагоналях становить по 34. Саме такі магічні квадрати і покладені в основу методу мультиплексування сигналу, але з перетворенням їх елементів - замість вихідного числа (Х) використовують їх значення по модулю 4 (Хmod 4) за наступною схемою: Хmod 4 = 4, якщо Х кратне 4; Хmod 4 = статку від ділення Х на 4, якщо Х> 4 і не кратне 4

Перетворимо по такій схемі перший магічний квадрат в числовий квадрат, в якому сума елементів по всім рядкам, стовпцям і головним діагоналям рівняється 10, числа відповідають номерам чотирьох символів S1, S2, S3, S4, що підлягають передачі, рядки відповідають антенним випромінювачам, а стовпці - часовим інтервалам передачі. Такий квадрат відповідає розширеній схемі Аламоуті приведеній в таблиці 3.1, за якою здійснюється мультиплексування фаз сигналів.

Приймач з однією антеною отримує чотири значення послідовної сигнальної суміші yi, yi+1, yi+2, yi+3 і вирішує систему рівнянь:

де: ni; ni+1; ni+2; ni+3 - напруга внутрішнього шуму приймача; hi,m - відома передаточна характеристика каналу для сигналів випромінених m-й антенної в і-й момент часу.

Дана система рівнянь відносно невідомих S1-S4 вирішується методом найменших квадратів.

В чотирьох антенному приймачі оцінка амплітуд може виконуватися по одному відрахунку напруг на виходах цих антен. При цьому, замість часових інтервалів можна використовувати чотири ортогональні несучі, що підвищує пропускну здатність лінії зв'язку. А для декодування переданого таким способом чотирьох частотного пакета даних необхідно вирішити систему 16 рівнянь.

Існує декілька варіантів заповнення магічного квадрата заданого порядку і пов'язаних між собою строгими перетвореннями. Тому можна сформувати набір різних варіантів реалізації відповідного коду. Наприклад, приведений нами раніше другий магічний квадрат після перетворень по модулю 4 породжує наступну таблицю чисел:

Ці варіанти коду передбачають одночасне випромінювання двох пар однакових сигналів, що, завдяки їх синфазному складанню, може бути більш ефективним з енергетичної точки зору, ніж це є в порівнянні з розглянутим до цього варіантом побудови магічного квадрата.

У випадку двох передавачів схема кодування формується переходом до квадрату 2 2 з числами по модулю 2 шляхом викреслення двох правих (або лівих) стовпців та пари нижніх (верхніх) рядків. В результаті отримаємо вироджений квадрат, який уже не є магічним, оскільки суми чисел на головних діагоналях не рівні між собою (табл. 3.2).

По суті, схема розподілу сигналів 2x2 зводиться до почергового їх випромінювання через дві антени. Якщо сигнали символів S1 і S2 ортогональні по фазі (різниця фаз 90є, чого можна досягти попереднім перекодуванням даних), то така зміна випромінювачів для передачі одного і того ж символу також дозволить змінити напрямок випромінювання сигнальної суміші. При цьому максимум ДН по різному орієнтується відносно нормалі до лінії, що з'єднує несиметричні вібратори антени, а кожен із вібраторів почергово виконує роль рефлектора.

Таблиця 3.2

Просторово-часове кодування по методу магічного квадрату2х2

	Антена 1	Антена 2
Інтервал 1	S2	S1
Інтервал 2	S1	S2

Метод магічного квадрату ефективніше схеми Аламоуті при швидких завмираннях сигналів на трасі розповсюдження. Якщо відношення сигнал/шум становить 18 дБ, метод магічного квадрата забезпечує вірогідність помилки на два порядку менше, ніж метод Аламоуті. В той же час при повільних завмираннях картина змінюється на протилежну, хоч і з меншим розривом по значенню вірогідності помилки.

3.1.8 Цифрова антенна решітка (ЦАР)

В сучасних системах зв'язку все більшого значення надається технологіям цифрового діаграмоутворення (ЦДУ), які формують цифрову діаграму направленості антени, або цифрове формування променю. Без ЦДУ практично не можлива реалізація концепції мобільного зв'язку 3-го та 4-го поколінь. Цифрове формування променю реалізується завдяки застосуванню цифрових антенних решіток (ЦАР), які ще отримали назву Smart-антени, «розумні антени», або Intelligent Antenna, тобто «інтелектуальні антени».

Цифрова антенна решітка - це антенна система, яка об'єднує сукупність аналого-цифрових каналів з загальним фазовим центром і формує діаграму направленості в цифровому вигляді без фазообертачів.

Перші ЦАР були застосовані для базових станцій стандарту CDMA американської компанії Metawave Communications, що виготовляла сімейство інтегрованих Smart-антен Spotlight. Ці антени працювали в діапазоні несущих 800-900 МГц і підтримували полосу в діапазоні 1800-1900 МГц.

Типова Smart-антена базової станції від Metawave складається з 12-ти елементного масиву випромінювачів встановлених по 3-х секторній схемі (рис. 11) Кожна секторна решітка сформована з чотирьох антенних елементів (рис. 12), приклад характеристик яких показань рисунку 13. Така антенна система має ряд переваг над фазированою антенною решіткою (ФАР).

Рис. 11. Антенна система компанії. Рис. 12. Структура прийомо перадавальної 12-елементної ЦАР від Metaweve

Рис. 13. Варіант орієнтації ДН Smart-антени

Ширина ДН кожного антенного елемента на рівні -3дБ складає близько 30°. Завдяки цифровому формуванню променя ширина основних парціальних пелюстків кожного сегменту ЦАР може приймати значення 60, 120 або 180°. Сектор випромінювання може зміщуватися відносно нормалі на кут ±30°, а форма діаграми направленості антени може приймати трьох-, чотирьох- або шестисекторну конфігурацію (рис. 14)

Рис. 14. Багатосекторна конфігурація діаграми направленості ЦАР

Така антенна система має можливість в кожнім із 120-градусних секторів в реальнім масштабі часу вирізати до трьох секторних напрямків, уражених радіоперешкодами (динамічний синтез сектора - DSS). Даний аспект спрощує частотне планування мережі, а оператор базової станції може раціонально перерозподіляти ресурси мережі в залежності від скупченості абонентів пов'язаних зі специфікою оточуючого ландшафту, часу доби, та непередбачених обставин (рис. 15).

...