¿Cómo funciona la antena inteligente?

La antena inteligente se refiere a un sistema de antena de comunicaciones inalámbricas digitales que permite el rendimiento sin esfuerzo de los sistemas de comunicación mediante la gestión eficiente de las señales que se reciben a través de cada antena. También se conocen como antenas múltiples o antenas adaptativas (MIMO) y se utilizan ampliamente para identificar la dirección de la señal que llega al transmisor y al receptor o a ambos. La demanda de antenas inteligentes ha ido en aumento, ya que se sabe que mejoran el rango de la señal, reducen el desvanecimiento de las señales, suprimen las señales interferentes y, por lo tanto, mejoran la capacidad del sistema de comunicación inalámbrico.

Una antena inteligente es una antena de elementos múltiples en la que las señales que se reciben en cada elemento de antena se combinan y administran de manera inteligente para mejorar el rendimiento del sistema inalámbrico. Estas antenas son capaces de aumentar el alcance de la señal, suprimir las señales interferentes, combatir el desvanecimiento de la señal y, como consecuencia, aumentar la capacidad de un sistema inalámbrico.

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Los patrones de antena inteligente se controlan mediante algoritmos basados ​​en ciertos criterios. Estos criterios podrían ser maximizar la relación señal / interferencia (SIR), minimizar la varianza, minimizar el error cuadrático medio (MSE), dirigir hacia una señal de interés, anular las señales interferentes o rastrear un emisor en movimiento para nombrar un pocos. La implementación de estos algoritmos se puede realizar electrónicamente a través de dispositivos analógicos, pero generalmente se realiza más fácilmente mediante el procesamiento de señales digitales. Esto requiere que las salidas de la matriz se digitalicen mediante el uso de un convertidor A / D. Esta digitalización se puede realizar tanto en IF como en frecuencias de banda base. Dado que un patrón de antena (o haz) se forma mediante procesamiento de señal digital, este proceso a menudo se denomina formación de haz digital.

La Figura 6.1 contrasta una matriz tradicional dirigida electrónicamente con una matriz DBF o antena inteligente. Cuando los algoritmos utilizados son algoritmos adaptativos, este proceso se denomina formación de haz adaptativo. La formación de haz adaptativo es una subcategoría bajo el tema más general de la formación de haz digital. La formación de haz digital se ha aplicado a sistemas de radar, sistemas de sonar y sistemas de comunicaciones, por nombrar algunos. La principal ventaja de la formación de haz digital es que el cambio de fase y la ponderación de matriz se pueden realizar en los datos digitalizados en lugar de implementarse en hardware. En recepción, el haz se forma en el procesamiento de datos en lugar de formarse literalmente en el espacio. El método de formación de haz digital no puede llamarse estrictamente dirección electrónica ya que no se hace ningún esfuerzo para cambiar directamente la fase de las corrientes del elemento de antena. Más bien, el desplazamiento de fase se realiza computacionalmente en la señal digitalizada. Si se modifican los parámetros de operación o se modifican los criterios de detección, la formación del haz se puede cambiar simplemente cambiando un algoritmo en lugar de reemplazar el hardware. La formación de haz adaptable es generalmente la solución de formación de haz más útil y efectiva porque el formador de haz digital consiste simplemente en un algoritmo que optimiza dinámicamente el patrón de matriz de acuerdo con el entorno electromagnético cambiante. Los sistemas de procesamiento estático de matriz convencional están sujetos a degradación por diversas causas. La matriz SNR puede degradarse severamente por la presencia de señales interferentes no deseadas, contramedidas electrónicas, retornos de desorden, retornos de reverberación (en acústica) o interferencia y desvanecimiento por trayectos múltiples. Un sistema de matriz adaptativa consiste en los elementos de la matriz de antena terminados en un procesador adaptativo que está diseñado para maximizar específicamente ciertos criterios.

1. El trabajo de la antena inteligente se basa en el principio de las antenas dirigidas electrónicamente y el procesamiento adaptativo de la señal. Para una antena normal, necesitamos dirigir la antena manualmente para obtener la ganancia máxima en una dirección particular para la señal deseada, pero para una antena inteligente, dirigida por la unidad de control electrónico compuesto de antenas, procesadores, etc.
2. Para una antena Tx / Rx, cuando la señal más el ruido de interferencia (SINR) es baja, es decir, cuando el ruido domina la señal, se mejora la ganancia de la señal, al mismo tiempo que se suprime el ruido cambiando los pesos de cada antena. Más claramente, antena inteligente contiene una combinación ponderada de señales en el extremo tx / rx. Ajustando los pesos del grifo, se mejora el SINR de la señal.

Las antenas inteligentes son antenas de haz ancho cuya recepción es controlada por software.

Una introducción a las antenas definidas por software