เทคโนโลยีเสาอากาศในการสื่อสารเคลื่อนที่

2564-10-11 www.whwireless.com

ประมาณ 10 นาทีกว่าจะอ่านจบ

NS เสาอากาศ เป็นองค์ประกอบที่ขาดไม่ได้ของการสื่อสารเคลื่อนที่และมีบทบาทสำคัญมาก โดยตั้งอยู่ระหว่างตัวรับส่งสัญญาณกับพื้นที่การแพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และบรรลุการถ่ายโอนพลังงานที่มีประสิทธิภาพระหว่างทั้งสอง ด้วยการออกแบบลักษณะการแผ่รังสีของเสาอากาศ สามารถควบคุมการกระจายเชิงพื้นที่ของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อปรับปรุงการใช้ทรัพยากรและปรับปรุงคุณภาพเครือข่ายให้เหมาะสม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการพัฒนา 3G เสาอากาศอัจฉริยะได้กลายเป็นจุดสนใจในการวิจัยการสื่อสารเคลื่อนที่ระหว่างประเทศเมื่อเร็วๆ นี้

A, เสาอากาศเคลื่อนที่โดยใช้เทคโนโลยีหลัก

⒈ ออสซิลเลเตอร์สมมาตรและอาร์เรย์เสาอากาศ

รูปแบบเสาอากาศที่ใช้ในปัจจุบัน การสื่อสารเคลื่อนที่ ส่วนใหญ่เป็นสายอากาศ นั่นคือความยาวของลำตัวรังสีของเสาอากาศ l ​​นั้นใหญ่กว่าเสาอากาศสาย d ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมาก ขึ้นอยู่กับออสซิลเลเตอร์แบบสมมาตร เมื่อความยาวคลื่นที่กำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงความถี่ของกระแสความถี่สูงที่ผ่านเส้นลวดมีค่ามากกว่าความยาวของเส้นลวดมาก ถือได้ว่าแอมพลิจูดและเฟสของกระแสบนเส้นลวดมีค่าเท่ากันเท่านั้น เวลา t สำหรับการเปลี่ยนแปลงไซน์ ลวดสั้นนี้เรียกว่าองค์ประกอบปัจจุบันหรือไดโพลเฮิร์ตเซียนสามารถใช้เป็นเสาอากาศอิสระหรือกลายเป็นหน่วยส่วนประกอบเสาอากาศที่ซับซ้อน สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อนของเสาอากาศในอวกาศสามารถเห็นได้จากการเติมซ้ำของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยองค์ประกอบปัจจุบันจำนวนมาก กำลังการแผ่รังสีขององค์ประกอบปัจจุบันคือค่าเฉลี่ยของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกไปด้านนอกผ่านทรงกลมต่อหน่วยเวลา พลังงานของสนามที่แผ่รังสีจะไม่ถูกส่งกลับไปยังแหล่งกำเนิดคลื่นอีกต่อไป จึงเป็นการสูญเสียพลังงานสำหรับแหล่งกำเนิด แนะนำแนวคิดของวงจร เราใช้ความต้านทานเทียบเท่าเพื่อแสดงพลังงานที่แผ่ออกมาในส่วนนี้ จากนั้นความต้านทานนี้เรียกว่าความต้านทานการแผ่รังสี ความต้านทานการแผ่รังสีขององค์ประกอบปัจจุบันคือ :

RΣ = 80π2(ล./ล)2(ล.)

ไดอะแกรมทิศทางขององค์ประกอบปัจจุบันสามารถรับได้โดยการรวมการคำนวณ เมื่อ l/λ < 0.5 เมื่อ l/λ เพิ่มขึ้น แผนที่ทิศทางจะคมชัดและมีเพียงแผ่นปิดหลักซึ่งตั้งฉากกับแกนออสซิลเลเตอร์ เมื่อ l/λ > 0.5 แผ่นพับรองจะปรากฏขึ้น และเมื่อ l/λ เพิ่มขึ้น แผ่นพับรองเดิมจะค่อยๆ กลายเป็นแผ่นปิดหลัก ในขณะที่แผ่นปิดหลักเดิมจะกลายเป็นแผ่นพับรอง เมื่อ l/λ = 1 แผ่นพับหลักจะหายไป การเปลี่ยนแปลงทิศทางนี้ส่วนใหญ่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงการกระจายกระแสบนออสซิลเลเตอร์

ออสซิลเลเตอร์สมมาตรหลายตัวรวมกันเพื่อสร้างอาร์เรย์เสาอากาศ ตามการจัดเรียงออสซิลเลเตอร์สมมาตร อาร์เรย์เสาอากาศ สามารถแบ่งออกเป็นอาร์เรย์เชิงเส้น อาร์เรย์ระนาบ และอาร์เรย์สามมิติ ฯลฯ การจัดเรียงที่แตกต่างกันมีปัจจัยอาร์เรย์ที่แตกต่างกัน ตามหลักการคูณทิศทาง โดยใช้ออสซิลเลเตอร์สมมาตรเดียวกันกับอาร์เรย์เสาอากาศของเสาอากาศยูนิต ตราบใดที่ตำแหน่งการจัดตำแหน่งหรือเฟสป้อน คุณจะได้ลักษณะทิศทางที่แตกต่างกัน การสื่อสารเคลื่อนที่ใน สถานีฐานเสาอากาศรอบทิศทางกำลังสูง เป็นออสซิลเลเตอร์สำหรับการจัดเรียงแกนร่วม การบีบอัดของพื้นผิวแนวตั้งของความกว้างของลำแสง และพลังงานรังสีที่เข้มข้นในทิศทางตั้งฉากกับออสซิลเลเตอร์ เพื่อปรับปรุงอัตราขยายของเสาอากาศ

NS ลักษณะทิศทางของเสาอากาศและอัตราขยาย

ลักษณะทิศทางของเสาอากาศสามารถใช้เพื่ออธิบายแผนภูมิทิศทางได้ แต่ตัวเลขเพื่อแสดงความเข้มข้นของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าของรังสีเสาอากาศมักใช้ค่าสัมประสิทธิ์ทิศทาง D ถูกกำหนดเป็น: ในพลังงานรังสีเดียวกัน เสาอากาศทิศทางใน ทิศทางการแผ่รังสีสูงสุดพื้นที่ไกลของจุดความหนาแน่นฟลักซ์กำลัง (พื้นที่หน่วยผ่านกำลังสนามไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความแรงของสนามไฟฟ้า) และไม่มีเสาอากาศทิศทางในจุดที่มีความหนาแน่นของฟลักซ์กำลัง ความหนาแน่นของอัตราส่วน

และเนื่องจากการสูญเสียของเสาอากาศเองมีขนาดเล็กมาก ถือได้ว่ากำลังการแผ่รังสีของเสาอากาศมีขนาดเล็ก ถือได้ว่าเป็นพลังงานรังสีของโลกเท่ากับกำลังไฟฟ้าเข้า กล่าวคือ ประสิทธิภาพของเสาอากาศ η = 100% แล้วเสาอากาศ ได้รับ G = η - D = D นั่นคือค่าเกนของเสาอากาศและค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางของเสาอากาศในค่าเท่ากัน

เพื่อปรับปรุงเกนของเสาอากาศ ในกรณีของการรักษาลักษณะการแผ่รังสีเดียวกันบนระนาบแนวนอน ส่วนใหญ่ต้องอาศัยการลดความกว้างของพนังการแผ่รังสีระนาบแนวตั้ง การเปลี่ยนความยาวของเครื่องสั่นบนอัตราขยายมีจำกัด อาร์เรย์เสาอากาศเป็นวิธีการหลักในการรับสูง อาร์เรย์เชิงเส้นเป็นวิธีที่ง่ายและใช้งานได้จริงมากที่สุด อาร์เรย์เสาอากาศรอบทิศทาง ในแนวเดียวกันกับแกนของเครื่องสั่นบนแกนเดียวกัน ตามระยะห่างช่วงหนึ่งเพื่อจัดเรียงออสซิลเลเตอร์การแผ่รังสีจำนวนหนึ่ง สามารถอยู่ในระนาบตั้งฉากกับแกนของสนามรังสีที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด ต้องเลือกระยะห่างระหว่างออสซิลเลเตอร์และเฟสฟีดอย่างเหมาะสม เป็นหน่วยรังสีสามารถใช้ออสซิลเลเตอร์ครึ่งคลื่นหรือในระนาบแนวนอนมีประสิทธิภาพรอบทิศทางของแหล่งกำเนิดรังสีอื่น ๆ เช่นออสซิลเลเตอร์แบบพับหรือเสาอากาศโคแอกเซียลที่หลากหลาย ฯลฯ อาร์เรย์เสาอากาศแกนทั่วไปเป็นสถานีฐานที่ใช้กันทั่วไป เสาอากาศกำลังสูง มันต้องการหน่วยการแผ่รังสีเพื่อให้ได้แอมพลิจูดและเฟสฟีด ฟีดและฟีดแบบอนุกรมฟีดสองชนิด เสาอากาศรอบทิศทางที่มีอัตราขยายสูงอีกจำนวนหนึ่งคือ เสาอากาศทิศทาง มีการวางแนวในทิศทางต่างๆ ทำให้เกิดการแผ่รังสีรอบทิศทางโดยประมาณ อย่างไรก็ตาม เมื่อเสาอากาศถูกสร้างขึ้นในส่วนตรงกลางของหอคอยขนาดใหญ่ ทิศทางของอาร์เรย์เสาอากาศร่วมจะถูกทำลายเนื่องจากอิทธิพลของการสะท้อนของหอคอย เมื่ออาร์เรย์เสาอากาศแบบกำหนดทิศทางที่จัดวางรอบหอคอยได้อย่างสมเหตุสมผล แก้ปัญหานี้. ที่สำคัญเมื่อความถี่มัลติเพล็กซ์ใน ระบบสื่อสารเคลื่อนที่ เสาอากาศทิศทาง สามารถลดสัญญาณรบกวนความถี่เดียวกันและใกล้เคียงได้ดีขึ้นและปรับปรุงอัตราการมัลติเพล็กซ์ความถี่ ตัวสะท้อนแสงมุม 120o หรือตัวสะท้อนแสงระนาบ 120o สามารถใช้ในเซลล์เซกเตอร์ 120o, ตัวสะท้อนแสงมุม 60o สามารถใช้ในเซลล์เซกเตอร์ 60o

โดยทั่วไปจะใช้เสาอากาศรอบทิศทางสำหรับผู้ใช้มือถือจำนวนเครือข่ายน้อยกว่าหรือพื้นที่ล่างที่มีความหนาแน่นของผู้ใช้เช่นชานเมืองพื้นที่ชนบท ฯลฯ ตัวเลขทิศทางแนวนอนควรเป็น 360o ความกว้างของลำแสงพลังงานครึ่งหนึ่งในแนวตั้งตามอัตราขยายของเสาอากาศสามารถมีได้ 13o หรือ 6.5o เสาอากาศทิศทาง โดยทั่วไปจะใช้สำหรับพื้นที่ที่มีความหนาแน่นสูงของผู้ใช้มือถือ เช่น ในเมือง สถานี ศูนย์กลางการค้า ฯลฯ ความกว้างของลำแสงครึ่งกำลังในแนวนอนโดยทั่วไป 65o, 90o, 105o, 120o, ความกว้างลำแสงครึ่งกำลังในแนวตั้งตามอัตราขยายของเสาอากาศสามารถมีได้ 34o, 16o หรือ 8o เป็นต้น

การใช้เทคโนโลยีความหลากหลายเพื่อปรับปรุงกำไร

เนื่องจากสภาพแวดล้อมในการขยายพันธุ์ไม่ดี สัญญาณไร้สาย จะทำให้ความลึกเฟดและ Doppler shift ฯลฯ เพื่อให้ระดับการรับสัญญาณลงไปที่ระดับเสียงรบกวนจากความร้อนใกล้ ๆ เฟสยังสร้างการเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มเมื่อเวลาผ่านไปซึ่งนำไปสู่การลดลงของคุณภาพการสื่อสาร ในเรื่องนี้ เราสามารถใช้เทคโนโลยีการรับความหลากหลายเพื่อลดผลกระทบของการซีดจาง เพิ่มความหลากหลาย และปรับปรุงความไวในการรับสัญญาณ เสาอากาศความหลากหลายมีความหลากหลายเชิงพื้นที่ ความหลากหลายทางทิศทาง ความหลากหลายของโพลาไรซ์ และความหลากหลายขององค์ประกอบภาคสนาม ความหลากหลายเชิงพื้นที่คือการใช้เสาอากาศรับสัญญาณหลายตัวเพื่อให้บรรลุ ในการส่งสัญญาณโดยใช้เสาอากาศคู่หนึ่งในการส่งสัญญาณ และในการสิ้นสุดการรับโดยใช้เสาอากาศหลายตัวในการรับ ระยะห่างระหว่างเสาอากาศที่ปลายรับ d ≥ λ/2 (λ สำหรับความยาวคลื่นทำงาน) เพื่อให้แน่ใจว่าลักษณะการสลายตัวของสัญญาณเอาท์พุตเสาอากาศรับเป็นอิสระจากกัน กล่าวคือ เมื่อสัญญาณเอาท์พุตของ a รับเสาอากาศ ต่ำมาก, เอาต์พุตของเสาอากาศรับสัญญาณอื่นๆ ไม่จำเป็นในช่วงเวลาเดียวกันนี้ยังปรากฏปรากฏการณ์แอมพลิจูดต่ำ, โดยวงจรรวมที่สอดคล้องกันเพื่อเลือกแอมพลิจูดของสัญญาณ, อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่ดีที่สุดตลอดทาง, เพื่อให้ได้ แอมพลิจูดของสัญญาณและอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนถูกเลือกโดยวงจรการรวมที่สอดคล้องกันเพื่อรับสัญญาณเอาท์พุตเสาอากาศรับสัญญาณทั้งหมด ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบของการซีดจางของช่องสัญญาณและปรับปรุงความน่าเชื่อถือในการส่งสัญญาณ เทคนิคนี้ใช้ในระบบสื่อสารเคลื่อนที่แบบแบ่งความถี่อนาล็อก (FDMA) ระบบแบ่งเวลาดิจิทัล (TDMA) และระบบการแบ่งรหัส (CDMA)

ข้อดีของการรับความหลากหลายเชิงพื้นที่คือการได้รับความหลากหลายสูง แต่ข้อเสียคือ a แยกเสาอากาศรับสัญญาณ ต้องระบุ. เพื่อที่จะเอาชนะข้อเสียนี้ในปีที่ผ่านมาและการผลิตเสาอากาศโพลาไรซ์แบบทิศทางคู่ ในการสื่อสารแบบเคลื่อนที่ สองตำแหน่งในที่เดียวกัน ทิศทางโพลาไรซ์แบบตั้งฉากกับเสาอากาศซึ่งกันและกันที่ออกโดยสัญญาณแสดงลักษณะการซีดจางที่ไม่สัมพันธ์กัน การใช้คุณลักษณะนี้ในตำแหน่งเดียวกันในเครื่องส่งสัญญาณบนโพลาไรซ์แนวตั้งและโพลาไรซ์แนวนอนเสาอากาศส่งสัญญาณสองคู่ในตำแหน่งเดียวกันในตัวรับสัญญาณบนโพลาไรซ์แนวตั้งและโพลาไรซ์แนวนอนสองคู่ของเสาอากาศรับ คุณจะได้รับสองคู่ ลักษณะการซีดจางของถนนของส่วนประกอบโพลาไรซ์ Ex และ Ey ไม่เกี่ยวข้องกัน ที่เรียกว่าเสาอากาศโพลาไรซ์คู่ทิศทางเป็นโพลาไรซ์แนวตั้งและโพลาไรซ์แนวนอนสองคู่ของเสาอากาศรับที่รวมเข้ากับเอนทิตีทางกายภาพผ่านโพลาไรเซชันของความหลากหลายของการรับสัญญาณเพื่อให้ได้ผลของการรับความหลากหลายเชิงพื้นที่ดังนั้นความหลากหลายโพลาไรซ์จึงเป็นแบบพิเศษ กรณีความหลากหลายเชิงพื้นที่ ข้อดีของวิธีนี้คือต้องใช้เสาอากาศเพียงตัวเดียวซึ่งมีขนาดกะทัดรัดและประหยัดพื้นที่ ข้อเสียคือเอฟเฟกต์การรับความหลากหลายนั้นต่ำกว่าความหลากหลายเชิงพื้นที่ เสาอากาศรับสัญญาณ และเนื่องจากต้องกระจายกำลังส่งไปยังเสาอากาศทั้งสอง จะทำให้สูญเสียพลังงานสัญญาณ 3dB

การเพิ่มความหลากหลายขึ้นอยู่กับลักษณะที่ไม่สัมพันธ์กันของเสาอากาศสถานีฐาน และทำได้โดยแยกตำแหน่งเสาอากาศออกในแนวนอนหรือแนวตั้ง การแยกตำแหน่งเชิงพื้นที่ช่วยให้มั่นใจได้ว่าเสาอากาศรับสัญญาณทั้งสองจะรับสัญญาณสถานีเคลื่อนที่จากเส้นทางที่แตกต่างกัน และยังทำให้เสาอากาศทั้งสองมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดของการแยกในระดับหนึ่ง หากใช้เสาอากาศแบบครอสโพลาไรเซชัน จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดการแยกเดียวกัน สำหรับความหลากหลายของโพลาไรซ์ของเสาอากาศแบบโพลาไรซ์แบบคู่ เสาอากาศในมุมฉากของแหล่งกำเนิดรังสีไขว้สองขั้วเป็นปัจจัยหลักในการพิจารณาความหลากหลายในการอัปลิงค์ของสัญญาณไร้สาย การเพิ่มความหลากหลายขึ้นอยู่กับว่าแหล่งกำเนิดรังสีครอสโพลาไรซ์สองแหล่งในเสาอากาศแบบโพลาไรซ์คู่ให้ความแรงของสนามสัญญาณเท่ากันในพื้นที่ครอบคลุมเดียวกันหรือไม่ แหล่งกำเนิดแบบโพลาไรซ์ทั้งสองจะต้องมีลักษณะมุมฉากที่ดีและคงไว้ซึ่งคุณลักษณะการติดตามแนวนอนที่ดีตลอดทั้งส่วน 120o และสวิตชิ่งคาบเกี่ยวกัน แทนที่ความครอบคลุมที่ได้จากเสาอากาศความหลากหลายเชิงพื้นที่ ข้ามมากที่สุด- เสาอากาศโพลาไรซ์ มีลักษณะทางไฟฟ้าที่ดีในทิศทางของแผ่นปิดหลักของแผนผังสนามเสาอากาศ แต่สำหรับเสาอากาศของสถานีฐาน ยังจำเป็นต้องรักษาลักษณะการข้ามขั้วที่ดีที่ขอบของเซลล์และภายในสวิตช์คาบเกี่ยวกัน เพื่อให้ได้เอฟเฟกต์การครอบคลุม เสาอากาศต้องมีความละเอียดโพลาไรเซชันสูงในช่วงเซกเตอร์ทั้งหมด เสาอากาศแบบโพลาไรซ์แบบสองขั้วในภาคทั้งหมดของลักษณะมุมฉาก นั่นคือ ความหลากหลายสองได้รับสัญญาณพอร์ตเสาอากาศที่ไม่สัมพันธ์กัน กำหนดผลความหลากหลายเสาอากาศคู่รวมทั้งหมด เพื่อให้ได้สัญญาณที่ดีคุณลักษณะที่ไม่สัมพันธ์กันในเสาอากาศแบบโพลาไรซ์คู่ของพอร์ตรับทั้งสองพอร์ต การแยกระหว่างพอร์ตทั้งสองมักจะต้องใช้มากกว่า 30dB

เสาอากาศความหลากหลายจะแยกสัญญาณ multipath เพื่อไม่ให้มีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน จากนั้นสัญญาณที่แยกจากกันจะถูกรวมเข้าด้วยกันโดยใช้เทคนิคต่างๆ เพื่อให้ได้อัตราขยายสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสูงสุด วิธีการผสานที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การรวมแบบเลือก การรวมสลับ การรวมอัตราส่วนสูงสุด การรวมกำไรที่เท่ากัน ฯลฯ บทความนี้จะไม่ถูกกล่าวถึงในรายละเอียด

ประการที่สองเทคโนโลยีเสาอากาศอัจฉริยะ

⒈ ข้อ จำกัด ของเสาอากาศแบบดั้งเดิม

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยความต้องการด้านการสื่อสารที่พัฒนาอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยีเสาอากาศอัจฉริยะจึงกลายเป็นจุดสนใจ ช่วยให้ผู้ให้บริการเครือข่ายไร้สายบรรลุวัตถุประสงค์ที่มีคุณค่ามาก 2 ประการ ได้แก่ ปรับปรุงอัตราการรับส่งข้อมูลที่สูงขึ้น และเพิ่มความจุของเครือข่าย ในเครือข่าย GPRS, EDGE และ 3G ผู้ให้บริการเริ่มใช้เครือข่ายไร้สายเพื่อให้บริการข้อมูลแพ็คเก็ตแก่สมาชิกของตน เช่นเดียวกับบริการเสียง บริการข้อมูลยังต้องการคุณภาพของสัญญาณวิทยุเพื่อให้ได้อัตราการส่งที่ต้องการ ซึ่งขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของผู้ให้บริการต่อการรบกวน (C/I) ของเครือข่าย อัตราส่วน C/I ต่ำจะส่งผลต่ออัตราการส่งข้อมูลและคุณภาพของบริการอย่างจริงจัง ในช่วงกลางและปลายของ เครือข่าย GSM , ความจุของระบบเพิ่มขึ้น เซลล์ถูกแยกออกจากกัน และการรบกวนที่เพิ่มขึ้นตามมาทำให้ไม่สามารถเพิ่มความจุของระบบได้อีก ดังนั้น เสาอากาศรอบทิศทางแบบเดิมจึงไม่เพียงพออีกต่อไป เสาอากาศอัจฉริยะใช้เทคโนโลยีการประมวลผลสัญญาณดิจิตอลเพื่อสร้างลำแสงที่มีการกำหนดทิศทางโดยให้ผู้ใช้แต่ละคนมีลำแสงที่มีทิศทางแคบ เพื่อให้สัญญาณถูกส่งและรับในพื้นที่ทิศทางที่มีประสิทธิภาพ ทำให้ใช้กำลังส่งสัญญาณที่มีประสิทธิภาพอย่างเต็มที่และลด มลพิษทางแม่เหล็กไฟฟ้าและการรบกวนซึ่งกันและกันที่เกิดจากการปล่อยสัญญาณรอบทิศทาง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงอัตราส่วนของผู้ให้บริการต่อการแห้ง และด้วยอัตราส่วนของผู้ให้บริการต่อแห้ง อัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้น และความจุของเครือข่ายที่มากขึ้น

การรบกวนเป็นปัจจัยสำคัญในการจำกัดประสิทธิภาพและความสามารถของระบบเซลลูลาร์ ทำให้เกิดการครอสทอล์ค การสูญเสียการโทร หรือความเสื่อมของสัญญาณการโทร และความว้าวุ่นใจของผู้ใช้ และที่สำคัญที่สุด มันจำกัดความหนาแน่นของความถี่ที่ใช้ซ้ำได้ในการทำงาน สามารถสกัดได้จากสเปกตรัม RF คงที่ การรบกวนอาจมาจากเทอร์มินัลมือถืออื่น ไซต์เซลลูลาร์อื่นๆ ที่ทำงานด้วยความถี่เดียวกัน หรือพลังงาน RF นอกแบนด์ที่รั่วไหลเข้าสู่สเปกตรัมที่จัดสรร การรบกวนทางเซลลูลาร์ที่พบบ่อยที่สุดคือการรบกวนแบบช่องสัญญาณร่วมและการรบกวนของช่องสัญญาณที่อยู่ติดกัน การรบกวนช่องสัญญาณร่วมเกิดจากการปล่อยเซลล์ที่ไม่อยู่ติดกันโดยใช้ความถี่เดียวกัน การรบกวนนี้สังเกตเห็นได้ชัดเจนที่สุดใกล้กับขอบเขตของเซลล์ เมื่อการแยกทางกายภาพจากเซลล์ข้างเคียงโดยใช้ความถี่เดียวกันอยู่ที่ระดับต่ำสุด การรบกวนของช่องสัญญาณที่อยู่ติดกันเกิดจากการรั่วจากเซลล์ข้างเคียงโดยใช้ความถี่เดียวกันกับช่องสัญญาณของผู้ใช้ สิ่งนี้เกิดขึ้นในช่องสัญญาณที่อยู่ติดกันซึ่งผู้ใช้ทำงานใกล้กับเครื่องรับสมาชิกโทรศัพท์ หรือที่สัญญาณของผู้ใช้อ่อนกว่าสัญญาณของผู้ใช้ช่องสัญญาณที่อยู่ติดกันอย่างมีนัยสำคัญ สำหรับผู้ใช้ อัตราส่วน C/I ที่สูงขึ้นหมายถึงการรบกวนที่ต่ำลง การโทรที่น้อยลง และคุณภาพเสียงที่ดีขึ้น สำหรับผู้ปฏิบัติงาน C/I ที่สูงขึ้นจะช่วยให้มีระยะสัญญาณยาวขึ้นและมัลติเพล็กซ์ความถี่ที่แน่นขึ้น จึงเป็นการเพิ่มความจุของระบบโดยรวม

Peal Multibeam เสาอากาศอัจฉริยะ

เสาอากาศอัจฉริยะเป็นอาร์เรย์เสาอากาศ ประกอบด้วยหน่วยเสาอากาศ N หน่วยเสาอากาศแต่ละหน่วยมีชุดถ่วงน้ำหนัก M สามารถสร้างทิศทางต่างๆ ของลำแสง M ได้ จำนวนผู้ใช้ M สามารถมากกว่าจำนวนหน่วยเสาอากาศ N ตาม รูปร่างของแผนที่ทิศทางเสาอากาศที่ใช้ เสาอากาศอัจฉริยะสามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท: เสาอากาศแบบหลายลำแสงและอาร์เรย์เสาอากาศแบบปรับได้

เสาอากาศแบบมัลติบีม ใช้คานคู่ขนานหลายอันเพื่อครอบคลุมพื้นที่ผู้ใช้ทั้งหมด โดยแต่ละลำแสงจะชี้ไปในทิศทางที่แน่นอนและความกว้างของลำแสงจะแตกต่างกันไปตามจำนวนขององค์ประกอบในอาร์เรย์ ขณะที่ผู้ใช้เคลื่อนที่ผ่านเซลล์ สถานีฐานจะเลือกลำแสงที่แตกต่างกันเพื่อให้สัญญาณที่ได้รับแรงที่สุด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากลำแสงไม่ได้กำหนดทิศทางโดยพลการ จึงสามารถจับคู่ได้เพียงบางส่วนกับสภาพแวดล้อมการส่งสัญญาณปัจจุบันเท่านั้น เมื่อผู้ใช้ไม่ได้อยู่ที่ศูนย์กลางของลำแสงคงที่ แต่อยู่ที่ขอบลำแสง และสัญญาณรบกวนอยู่ที่ศูนย์กลางของลำแสง เอฟเฟกต์การรับสัญญาณจะแย่ที่สุด ดังนั้นเสาอากาศแบบหลายลำแสงจึงไม่สามารถบรรลุผลได้ดีที่สุด การรับสัญญาณ อย่างไรก็ตาม เมื่อเทียบกับอาร์เรย์เสาอากาศแบบปรับได้ มีข้อดีของโครงสร้างที่เรียบง่าย ไม่จำเป็นต้องตัดสินทิศทางการมาถึงของสัญญาณผู้ใช้และเวลาตอบสนองที่รวดเร็ว ที่สำคัญกว่านั้น ลำแสงเดียวกันจากอัปลิงค์ยังสามารถใช้สำหรับดาวน์ลิงค์ ดังนั้นจึงให้กำไรจากดาวน์ลิงค์เช่นกัน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการบิดเบือนของเซกเตอร์ เช่น ความแตกต่างของแผนที่ทิศทางระหว่างคาน ค่าเกนที่ได้จากเสาอากาศแบบมัลติบีมจะถูกกระจายอย่างไม่สม่ำเสมอตามมุม บางครั้งอาจถึงความแตกต่าง 2dB ระหว่างลำแสง และยังมีความเป็นไปได้ที่จะล็อกในลำแสงที่ไม่ถูกต้องเนื่องจากมีหลายเส้นทางหรือสัญญาณรบกวน เนื่องจากไม่สามารถระงับสัญญาณรบกวนที่อยู่ในลำแสงเดียวกับสัญญาณที่มีประโยชน์ได้ เสาอากาศแบบหลายลำแสงหรือที่เรียกว่าเสาอากาศสวิตชิ่งลำแสงนั้น แท้จริงแล้วสามารถมองได้ว่าเป็นเทคนิคระหว่างเสาอากาศแบบกำหนดทิศทางแบบเซกเตอร์และเสาอากาศแบบปรับได้ทั้งหมด เสาอากาศแบบหลายลำควรศึกษาเนื้อหาต่อไปนี้: วิธีแบ่งน่านฟ้านั่นคือการกำหนดปัญหาของลำแสงรวมถึงจำนวนและรูปร่าง การใช้งานการติดตามลำแสง ส่วนใหญ่หมายถึงการดำเนินการอัลกอริธึมการค้นหาอย่างรวดเร็ว ฯลฯ สวิตชิ่งบีมและการปรับบีมสร้างความสัมพันธ์ทางทฤษฎี ฯลฯ

อาร์เรย์เสาอากาศแบบปรับได้

อาร์เรย์เสาอากาศแบบปรับได้ (Adaptive Antenna Array) ซึ่งเริ่มแรกใช้ในเรดาร์ โซนาร์ การทหาร ส่วนใหญ่ใช้เพื่อทำให้การกรองเชิงพื้นที่และการจัดตำแหน่งเสร็จสมบูรณ์ เช่น เรดาร์อาร์เรย์แบบแบ่งระยะเป็นอาร์เรย์เสาอากาศแบบปรับตัวที่ค่อนข้างง่าย เสาอากาศแบบปรับได้คืออาร์เรย์เสาอากาศที่ปรับแผนที่ทิศทางของตัวเองอย่างต่อเนื่องโดยใช้การควบคุมป้อนกลับ แผนที่ทิศทางของมันคล้ายกับแผนที่ของอะมีบา ซึ่งมีรูปร่างไม่คงที่และเปลี่ยนแปลงไปตามสัญญาณและการรบกวน โดยทั่วไปใช้โครงสร้างองค์ประกอบอาร์เรย์เสาอากาศ 4 ~ 16 องค์ประกอบของอาร์เรย์ระยะห่าง 1/2 ความยาวคลื่น ระยะห่างมีขนาดใหญ่เกินไป แต่ละระดับความสัมพันธ์ของสัญญาณที่ได้รับจะลดลง ระยะห่างน้อยเกินไปจะสร้างแผ่นพับย่อยที่ไม่จำเป็นในแผนที่ทิศทาง เสาอากาศอัจฉริยะใช้เทคโนโลยีการประมวลผลสัญญาณดิจิตอล (DSP) เพื่อระบุทิศทางการมาถึงของสัญญาณผู้ใช้และสร้างลำแสงหลักในทิศทางนี้เพื่อให้ช่องสัญญาณเชิงพื้นที่ เนื่องจากเสาอากาศแบบปรับได้สามารถสร้างแผนที่ทิศทางของเสาอากาศที่แตกต่างกัน และสามารถอัปเดตด้วยการออกแบบซอฟต์แวร์เพื่อให้อัลกอริธึมแบบปรับได้สมบูรณ์และปรับแผนที่ทิศทางแบบปรับได้ สามารถเพิ่มความยืดหยุ่นของระบบโดยไม่ต้องเปลี่ยนการกำหนดค่าฮาร์ดแวร์ของระบบ ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่า เสาอากาศซอฟต์แวร์ ข้อเสียของอาร์เรย์เสาอากาศแบบปรับได้คืออัลกอริธึมมีความซับซ้อนมากขึ้นและการตอบสนองแบบไดนามิกจะช้าลง

แก่นของ เสาอากาศแบบปรับได้ การวิจัยคืออัลกอริธึมที่ปรับเปลี่ยนได้ มีการเสนออัลกอริธึมที่รู้จักกันดีจำนวนมาก โดยทั่วไปแล้ว มีสองประเภทของอัลกอริธึมที่ไม่ตาบอดและอัลกอริธึมตาบอด อัลกอริธึมแบบไม่ตาบอดเป็นอัลกอริธึมที่ต้องใช้สัญญาณอ้างอิง (ลำดับความถี่ไกด์หรือช่องความถี่ไกด์) ในเวลานี้ผู้รับรู้ว่าอะไรที่ส่งไป การประมวลผลอัลกอริธึมจะกำหนดการตอบสนองของช่องสัญญาณก่อน จากนั้นจึงเป็นไปตามเกณฑ์ที่กำหนด เช่นเกณฑ์บังคับศูนย์ที่เหมาะสมที่สุด (Zero Force) เพื่อกำหนดค่าการถ่วงน้ำหนักหรือโดยตรงตามเกณฑ์ที่กำหนดเพื่อกำหนดหรือค่อยๆปรับค่าน้ำหนักเพื่อให้เอาต์พุตเสาอากาศอัจฉริยะและอินพุตที่ทราบค่าสหสัมพันธ์สูงสุดที่ใช้บ่อยที่สุด เกณฑ์สหสัมพันธ์คือ MMSE (Minimum Mean Square Error), LMS (Least Mean Square) และ LS (Least Squares) อัลกอริธึมคนตาบอดไม่ต้องการ เครื่องส่งสัญญาณ สัญญาณความถี่ที่รู้จัก อัลกอริธึมการตอบรับการตัดสินใจ (Decision Feedback) เป็นอัลกอริธึมแบบ blind ชนิดพิเศษ ผู้รับจะประเมินสัญญาณที่ส่งและใช้เป็นสัญญาณอ้างอิงสำหรับการประมวลผลข้างต้น แต่ควรสังเกตว่าสัญญาณการตัดสินใจและ สัญญาณจริงที่ส่งระหว่างข้อผิดพลาดเล็กน้อย อัลกอริธึมที่มองไม่เห็นโดยทั่วไปใช้ประโยชน์จากคุณลักษณะที่มีอยู่ในสัญญาณมอดูเลตเอง โดยไม่ขึ้นกับบิตของข้อมูลที่ส่งไป และโดยทั่วไปจะอิงตามอัลกอริธึมที่มีการไล่ระดับสีต่างๆ โดยใช้ข้อจำกัดจำนวนที่แตกต่างกัน อัลกอริธึมที่ไม่ปิดบังมักจะเกิดข้อผิดพลาดน้อยกว่าและมาบรรจบกันเร็วกว่าอัลกอริธึมที่มองไม่เห็น แต่ต้องใช้ทรัพยากรระบบจำนวนหนึ่งโดยเปล่าประโยชน์ ช่องทางการให้บริการมัลติเพล็กซ์การแบ่งเวลา

ควรสังเกตว่าเสาอากาศอัจฉริยะใช้ลำแสงหลบหนีสำหรับสัญญาณอัปลิงค์ของผู้ใช้แต่ละคน แต่เมื่อผู้ใช้ไม่ได้ส่งสัญญาณเฉพาะในสถานะรับและกำลังเคลื่อนที่ในพื้นที่ครอบคลุมของสถานีฐาน (สถานะว่าง) ฐาน สถานีเป็นไปไม่ได้ที่จะทราบตำแหน่งของผู้ใช้ สามารถใช้ลำแสงรอบทิศทางในการส่งสัญญาณเท่านั้น (เช่น ซิงโครนัส ออกอากาศ เพจ และช่องทางทางกายภาพอื่น ๆ ในระบบ) นั่นคือ สถานีฐานจะต้องสามารถให้รอบทิศทางและทิศทางของ ลำแสงลี้ภัย สิ่งนี้ต้องการกำลังส่งที่สูงขึ้นมากสำหรับช่องสัญญาณรอบทิศทาง ซึ่งต้องนำมาพิจารณาเมื่อออกแบบระบบ

ตัวอย่างการร้องเพลงของ เสาอากาศอัจฉริยะ แอปพลิเคชั่น

เสาอากาศอัจฉริยะบางตัวมีการใช้งานเชิงพาณิชย์แล้ว เช่น ระบบเสาอากาศอัจฉริยะ SpotLight GSM จาก Metaware ในสหรัฐอเมริกา ซึ่ง Shanghai Unicom ได้ใช้งานโดยให้ผลลัพธ์ที่ดี โดยแทนที่ 120° เซกเตอร์เสาอากาศสี่ 30° เสาอากาศ ระบบใช้อัลกอริธึมการเลือกลำแสงที่เหมาะสมที่สุดที่ได้รับการจดสิทธิบัตรเพื่อแปลงลำแสงส่งและรับ พลังงาน RF จะถูกส่งต่อไปยังปลายทางใน 30° . ที่กำหนด ลำแสงในแต่ละช่วงเวลาแทน 120° . ทั้งหมด เซกเตอร์ ดังนั้นการรบกวนช่องสัญญาณร่วมจึงลดลงอย่างมากในเซลล์ข้างเคียง ในทำนองเดียวกัน open beam สำหรับการรับสัญญาณรบกวน co-channel จะลดลงอย่างมีประสิทธิภาพจาก 120° ถึง 30°. ซึ่งช่วยลดการรบกวนของช่องสัญญาณร่วมได้อย่างมีประสิทธิภาพ 4 เท่าสำหรับ 30° เสาอากาศเมื่อเทียบกับเสาอากาศเดียว 120° ภาคเสาอากาศ ซึ่งในทางทฤษฎีเทียบเท่ากับการปรับปรุง 6dB C/I ผลลัพธ์ที่ได้นี้ส่งผลให้ทั้งอัปลิงค์ (เครื่อง-สถานีฐาน) และดาวน์ลิงค์ (สถานีฐาน-โทรศัพท์มือถือ) ของช่องทางการสื่อสารดีขึ้น

มีการปรับปรุง ที่ด้านอัปลิงค์ อัตราส่วนพาหะต่อความแห้งของเซลล์ที่มีระบบเสาอากาศอัจฉริยะเพิ่มขึ้น ในขณะที่ด้านดาวน์ลิงค์ อัตราส่วนพาหะต่อความแห้งของเซลล์ในช่วงความถี่เดียวกันที่มองเห็นได้เพิ่มขึ้นแล้ว SpotLight GSM ทำการแปลงลำแสงโดยไม่ต้องมีการสื่อสารเพิ่มเติมกับสถานีฐาน ดังนั้นการติดตั้งระบบ SpotLight GSM จึงไม่เพิ่มภาระการสื่อสารบนสถานีฐาน อันที่จริง โหลดโปรเซสเซอร์ของสถานีฐานลดลงเนื่องจากการเรียกทดสอบที่ไม่ถูกต้องและการโทรซ้ำน้อยลงเนื่องจากการรบกวนหรือการครอบคลุมไม่ดี นอกจากนี้ ยังพบว่าในเซลล์ที่ใช้เสาอากาศอัจฉริยะ ไม่เพียงแต่ความจุเครือข่ายและคุณภาพในเซลล์จะดีขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพเท่านั้น แต่กำลังรับและส่งเฉลี่ยของโทรศัพท์มือถือในเซลล์ลดลง 2-3 เดซิเบล โดยเฉพาะกำลังส่งของโทรศัพท์มือถือซึ่งลดลงเหลือ 54% ของระดับเดิม และเปอร์เซ็นต์ของโทรศัพท์มือถือที่ส่งเต็มกำลังลดลงจาก 22% เป็น 8% สปอตไลท์ GSM สมาร์ท โดยการลดกำลังส่งและรับของโทรศัพท์มือถือ เสาอากาศช่วยลดการแผ่รังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากโทรศัพท์มือถือไปยังร่างกายมนุษย์ และโดยการปรับปรุงความจุและคุณภาพของเครือข่าย จะลดจำนวนสถานีฐานใหม่ที่จัดตั้งขึ้นใน เซลล์จึงเรียกว่า "เสาอากาศสีเขียว"

ประการที่สาม บทสรุป

ในฐานะที่เป็นส่วนสำคัญของการสื่อสารเคลื่อนที่ เสาอากาศมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพเครือข่ายและคุณภาพของเครือข่าย เทคโนโลยีเสาอากาศกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว เทคโนโลยีความหลากหลายของเสาอากาศเป็นวิธีที่สำคัญในการปรับปรุงอัตราขยายของระบบ โหมดความหลากหลายมีความหลากหลายของพื้นที่และความหลากหลายของโพลาไรเซชัน ฯลฯ เพื่อความสะดวกด้านวิศวกรรมและการบำรุงรักษา มีที่ปรับเอียงด้วยไฟฟ้า เสาอากาศมุม ; เพื่อให้แน่ใจว่าแผนที่โลกไม่ผิดรูปและบิดเบี้ยว การพัฒนาเสาอากาศมุมเอียงในตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เสาอากาศอัจฉริยะแสดงถึงทิศทางการพัฒนาของเทคโนโลยีเสาอากาศสื่อสารเคลื่อนที