آنتن های هوشمند

ارتباطات ماهواره ای از طریق آنتن های عادی دریافت و ارسال (send&receive) یكی از نمونه های برجسته و بسیار كارا در این زمینه است كه استفاده موفقیت آمیز از آن اكنون معمول گشته است. با این حال تكنیك های پیشرفته تری نیز در راه هستند كه از آن جمله است به كارگیری آنتن های هوشمند در گستره ارتباطات مخابراتی و به خصوص انتقال داده ها. اما آنتن هوشمند چیست و چه كاربردی دارد و گذشته از آن، آیا به راستی «آنتن» می تواند «هوشمند»باشد؟
برای اینكه نسبت به سیستم آنتن هوشمند یك دید اولیه پیدا كنید، چشمانتان را ببندید و سعی كنید در حالی كه یكی از دوستانتان در اطراف اتاق حركت می كند با او صحبت كنید. درمی یابید كه می توانید محل وی را (یا چند نفر را) بدون دیدنشان در اتاق تشخیص دهید. مهمترین علت آن عبارت است از آنكه: صدای شخصی را كه صحبت می كند از طریق دو گوشتان، كه سنسورهای صدای شما محسوب می شوند، می شنوید. صدا در دو زمان مختلف به گوش شما می رسد. مغز شما كه یك پردازشگر سیگنال حرفه ای است، محاسبات زیادی را انجام می دهد تا همبستگی اطلاعات را با هم پیدا كرده و محل شخص صحبت كننده را پیدا نماید. مغز شما همچنین توان سیگنال صدای دریافتی از دو گوش را با هم جمع می كند. بنابراین صدا را در جهت مربوطه بلندتر از صداهای دیگر دریافت خواهید كرد. سیستم های آنتن تطبیقی هم همین كار را انجام می دهند، كه در آن به جای گوش از آنتن استفاده شده است. ولی فرق این دو در آن است كه آنتن ها، دستگاه هایی دوطرفه هستند و می توانند سیگنالی را در همان جهت كه سیگنال اول دریافت كرده اند بفرستند. بنابراین با استفاده از «چند» آنتن می توان سیگنال را «چند» بار قوی تر دریافت و ارسال كرد.
نكته بعدی اینكه اگر چند نفر با هم صحبت كنند، مغز شما می تواند تداخل را حذف كرده و در یك زمان خاص روی یك مكالمه خاص تمركز كند. سیستم های ارائه تطبیقی پیشرفته هم می توانند بین سیگنال مورد نظر و سیگنال های ناخواسته تفاوت قائل شوند.
اكنون به تعریف آنتن هوشمند نزدیك می شویم: یك سیستم آنتن هوشمند از چند المان با قابلیت پردازش سیگنال استفاده می كند تا تشعشع و یا دریافت را در پاسخ به محیطی كه سیگنال در آن وجود دارد بهینه نماید.
• نقش آنتن در یك سیستم مخابراتی
آنتن در سیستم های مخابراتی بیشتر از تمام بخش های دیگر از معرض دید دور مانده است. آنتن دریچه ای است كه انرژی فركانسی رادیویی را از فرستنده به دنیای خارج و از دنیای خارج به گیرنده كوپل می كند. روشی كه طی آن انرژی به فضای اطراف توزیع و از آن دریافت می شود اثری بسیار جدی روی استفاده موثر از طیف، برقراری شبكه های جدید و كیفیت سرویس ایجاد شده از این شبكه ها دارد. به طور كلی دو نوع آنتن داریم: آنتن همه جهتی و آنتن یك جهتی.
• آنتن های همه جهتی
از روزهای اولی كه ارتباط بدون سیم شروع شد، از آنتن همه جهتی استفاده می شد كه این آنتن در همه جهات سیگنال را به خوبی دریافت و منتشر می كند. الگوی این آنتن همه جهتی شبیه به قطرات آب است كه پس از برخورد یك جسم به آب، از سطح آب خارج می شوند. در این نوع آنتن به علت این كه اطلاعاتی از محل قرار گرفتن كاربرها در دست نیست، سیگنال پراكنده می شود و تنها درصد كوچكی از سیگنال به هر كاربر می رسد.
با وجود این محدودیت روش های همه جهتی سعی می كنند این مشكل را با زیاد كردن توان تشعشعی سیگنال های ارسال شده رفع نمایند. در صورت وجود چند كاربر (یا چند منبع تداخل) مشكلات زیادی ایجاد می شود زیرا سیگنال هایی كه به كاربر مورد نظر نرسند برای كاربران دیگر كه به عنوان مثال در سیستم سلولی در سلول مجاور قرار دارند، تداخل ایجاد می كنند. روش های همه جهتی راندمان طیف را كم كرده و استفاده مجدد از فركانس را محدود می كنند. این محدودیت ها باعث می شود كه طراحان شبكه دائماً مجبور به اصلاح شبكه با هزینه های گران باشند. در سال های اخیر محدودیت های تكنولوژی در مورد كیفیت، ظرفیت و پوشش سیستم های بی سیم باعث ایجاد تغییرات در طراحی و قوانین آنتن در سیستم های بی سیم شده است.
• آنتن های یك جهتی
یك تك آنتن نیز می تواند طوری ساخته شود كه در جهات مورد نظر دریافت و ارسال مشخصی داشته باشد. با رشد روزافزون سایت های فرستنده، امروزه بسیاری از سایت ها بخش های مشخصی را به عنوان سلول برای خود انتخاب می كنند. یك ناحیه با شعاع ۳۶۰ درجه به ۳ زیر ناحیه ۱۲۰ درجه تقسیم و هر یك توسط یك روش انتشاری پوشش داده می شود.
آنتن های هر بخش در یك محدوده مشخص «گین» بیشتری را نسبت به یك آنتن همه جهتی ایجاد می كنند. منظور از گین بهره خود آنتن است و این به بهره های پردازشی كه در سیستم های آنتن هوشمند وجود دارد مربوط نمی شود. با اینكه آنتن های قرار داده شده در هر بخش استفاده از كانال را چند برابر می كنند، ولی كماكان مشكل تداخل بین كانال ها را همانند آنتن های همه جهتی دارند.
• سیستم آنتن هوشمند
در حقیقت، آنتن ها هوشمند نیستند بلكه سیستم آنتن ها هوشمند هستند. عموماً هنگامی كه این سیستم ها در كنار یك ایستگاه پایه قرار می گیرند، آنتن هوشمند از یك ارائه آنتنی با قابلیت پردازش سیگنال دیجیتال برای ارسال و دریافت سیگنال به صورت حساس و تطبیقی استفاده می كند. به عبارت دیگر، چنین سیستمی می تواند به صورت اتوماتیك جهت الگو تشعشعی را در پاسخ به محیط سیگنال تغییر دهد. این مسئله به طرز شگفت انگیزی مشخصه سیستم بی سیم را بهبود می بخشد.
• علت هوشمندی این نوع آنتن ها
در مكان هایی كه تعداد كاربر، تداخل و پیچیدگی انتشار زیاد می شود، به سیستم های آنتن هوشمند نیاز خواهد بود. هوشمندی سیستم ها به امكانات آنها برای پردازش سیگنال دیجیتال برمی گردد. مانند اكثر پیشرفت های مدرنی كه در صنایع الكترونیك امروزی صورت گرفته است، فرمت دیجیتال از جهت دقت و انعطاف پذیری كاركرد چند مزیت دارد. سیستم های آنتن هوشمند سیگنال های آنالوگ (نظیر صوت) را گرفته و به سیگنال های دیجیتال تبدیل و برای ارسال مدوله می كنند و در سمت دیگر دوباره آن را به سیگنال آنالوگ تبدیل می نمایند. در سیستم های آنتن هوشمند این قابلیت پردازش سیگنال با تكنیك های پیشرفته (الگوریتم ها) تركیب شده و برای اداره وضعیت های پیچیده استفاده می شوند.
• اهداف و مزایای یك سیستم آنتن هوشمند
دو هدف سیستم آنتن هوشمند، افزایش كیفیت سیگنال سیستم های رادیویی و افزایش ظرفیت از طریق افزایش استفاده مجدد از فركانس صورت می گیرد. گین سیگنال، ورودی چند آنتن با هم تركیب می شود تا توان موجود برای برقراری سطح پوشش مورد نظر بهینه شود.
متمركز كردن انرژی فرستاده شده به سمت سلول، محدوده سرویس دهی و پوشش ایستگاه پایه را افزایش می دهد. مصرف توان كمتر عمر باتری را بیشتر كرده و تلفن همراه را كوچك تر و سبك تر می كنند. مقاومت در برابر تداخل و نسبت سیگنال به تداخل را افزایش می دهند. هزینه كمتر برای تقویت كننده، مصرف توان و قابلیت اطمینان بیشتری را ایجاد خواهد كرد.
• كاربرد تكنولوژی آنتن هوشمند
تكنولوژی آنتن هوشمند می تواند به نحو موثری عملكرد سیستم بی سیم را بهبود بخشد و از نظر اقتصادی نیز بسیار به صرفه است. این تكنولوژی كاربران كامپیوترها، سیستم های سلولی و شبكه های حلقه محلی بی سیم را قادر می سازد كه كیفیت سیگنال، ظرفیت سیستم و پوشش را بسیار بالا ببرند. كاربران معمولاً در زمان های مختلف، به درصدهای مختلفی از كیفیت، ظرفیت و پوشش نیاز دارند. در اصل سیستم هایی كه از نظر ساختار به راحتی قابل تغییر باشند، در دراز مدت بهترین و به صرفه ترین راه حل ها محسوب می شوند.
سیستم های آنتن هوشمند با اندكی تغییر، در تمام استانداردها و پروتكل های بی سیم قابل اعمال هستند.
قابلیت انعطاف آنتن هوشمند تطبیقی اجازه خلق محصولات و خدمات بسیار سطح بالایی را می دهد. آنتن های تطبیقی هوشمند به هیچ نوع مدولاسیون یا پروتكل برقراری ارتباط هوایی محدود نیستند. این سیستم ها با تمام روش های مدولاسیون فعلی سازگار هستند. احتمالاً طیف بسیار وسیعی از سیستم های ارتباطی بدون سیم از مزایای پردازش مكانی برخوردار می شوند، مثلاً سیستم های سلولی با قابلیت تحرك بالا، سیستم های سلولی با قابلیت تحرك كم، كاربردهای حلقه محلی بدون سیم، مخابرات ماهوراه ای و Lan های بدون سیم و به ویژه اینترنت بی سیم برای كامپیوترهای قابل حمل. باور بسیاری براین است كه پردازش مكانی، جای تمام روش های موجود برای سیستم های بی سیم را خواهد گرفت.


منبع: شرق

منبع : شبکه فن آوری اطلاعات ایران