Метод Antenna Diversity: теорія і практика застосування

Застосування методу антенного поділу (Antenna Diversity) передбачає використання двох або більше антен і схеми оптимального підсумовування сигналів, прийнятих цими антенами. Параметри трансиверів, в яких використовується метод Antenna Diversity, помітно краще, ніж параметри стандартних трансиверів з єдиною антеною. За допомогою будь-яких інших методів це поліпшення неможливо отримати легко і без значних витрат. Таким чином, антенне поділ є дуже важливим принципом, який може використовуватися в багатьох виробах споживчого рівня, таких як, наприклад, мобільні телефони та ручні термінали бездротових мереж.

У Дослідницькому Центрі м Ейндховен (Голландія) в рамках дослідницької програми ф. Філіпс був проведений ряд експериментів, присвячених застосуванню методу Antenna Diversity в мобільних телефонах. У наведених далі тезах представлена процедура проектування трансиверів Antenna Diversity для бездротових застосувань, яка є результатом проведених досліджень. Ця процедура передбачає застосування такого методу поділу, який є найкращим з точки зору складності всієї схеми, споживаної потужності, габаритних розмірів, ціни і деяких інших якостей. Першим кроком в дослідженнях був аналіз принципів антенного поділу і їх моделювання з метою порівняння їх за паливною ефективністю, розмірами і діаграмі випромінювання. Наступний крок- аналіз цих концепцій для застосування в умовах багатопроменевого режиму поширення з метою оптимізації за такими параметрами як відношення сигнал / шум і коефіцієнт помилок. Нарешті, були побудовані прототип трансивера і вимірювальний стенд, За допомогою яких проводилися дослідження і були отримані необхідні параметри. Було також обрано програмне забезпечення для моделювання і створена вимірювальна установка, відповідна програмі досліджень. Програма для моделювання базується на методі Finite Difference Time Domain. За допомогою вимірювальної установки отримані характеристики радіоканалу в тимчасовій області. Крім того, власне трансивери Antenna Diversity були введені до складу вимірювальної установки для вимірювання їх параметрів і чисельного порівняння їх параметрів з параметрами інших виробів.

При проходженні через радіоканал сигнали відчувають затримки в часі. Зазвичай для оцінки величини розсіювання затримки використовуються вимірювання в широкій смузі або моделювання. В даних тезах представлений метод оцінки величини розсіювання затримки за рахунок вимірювань у вузькій смузі або моделювання. Отримана таким шляхом величина розсіювання є більш реалістичною. Цей метод також застосований при аналізі співвідношення між смугою пропускання і параметрами, що забезпечуються методом Antenna Diversity. Цей аналіз показав, що для всіх методів поділу при розширенні смуги параметри знижуються.

У портативних і мобільних комунікаційних системах рівень або амплітуда сигналу змінюється внаслідок зміни характеристик радіоканалу. Таким чином, статус самого радіоканалу невідомий і залежить від часу. Якщо в радіоканалі спостерігається глибоке завмирання, то дані можуть бути прийняті з помилками. Існує певна ймовірність завмирання сигналу до рівня, який буде нижче деякої граничної величини. Системи з розділенням забезпечують два або більше інтерфейсів з радіоканалом, які називаються гілками поділу. При незалежному завмиранні сигналів в кожній з гілок поділу ймовірність того, що всі сигнали, що приймаються будуть відчувати завмирання на глибину, яка буде нижче порогового рівня, дуже мала.

Сигнали на виходах схем поділу змінюються як функція часу і розташування в просторі. Таким чином, схеми, які застосовуються для компенсації недосконалостей радіоканалу, також повинні бути адаптивними. У цьому розділі буде розглянуто застосування адаптивних методів в портативних комунікаційних системах, які призначені для внутрішньоофісної зв'язку в діапазоні частот від 1 ГГц до 2 ГГц (GSM, DECT). Є безліч шляхів досягнення цієї мети, найбільш популярним з яких є підсумовування, яке буде описано в Розділі 1.2. У Розділі 1.2.2 порівнюються між собою різні шляхи реалізації цього методу. Як ми побачимо далі, просторове розділення є найбільш підходящим для мобільних телефонів.

Сигнали, що приймаються від гілок поділу, вибираються або підсумовуються перед їх надходженням в детектор. Знову ж таки, існує безліч методів підсумовування. Вони будуть приведені в Розділі 1.3. Різні методи підсумовування будуть порівнюватися в Розділі 1.4 для застосування в приймачах з просторовим розділенням. У цьому ж розділі вони будуть ранжовані на підставі вимірів їх посилення від розділення і посилення решітки. Буде вибрано підсумовування рівного посилення як найкращий метод підсумовування щодо досягаються параметрів і складності схеми.

Суматор рівного посилення відповідає найбільш вивченого методу поділу, який дозволяє оптимально підсумувати сигнали за рахунок внесення в один з них або в обидва відразу певного фазового зсуву. Застосування дискретного фазовращателя дає деякі переваги при практичному втіленні даного методу. У Розділі 1.5 параметри застосованого дискретного фазовращателя порівнюються з параметрами ідеального фазовращателя.
Алгоритм поділу повинен бути досить швидким, щоб у конкретній системі встигати реагувати на зміни сигналу.
Розділ 1 закінчується оглядом всього найкращого, що може бути застосоване в системах з поділом, для задоволення запитів споживачів при проектуванні мобільних телефонів.
Підсумковий результат втілений в прототипі, який буде детально описаний в Розділі 2.

Для того, щоб отримати більш детальну інформацію про роботу методу Antenna Diversity і повний опис, як в теорії, так і на практиці необхідно відкрити цей файл .


18 15.02.2021