آنتن های هوشمند و کلیات آن ها

امروزه در راستای آنتن های هوشمند مخابراتی کوشش های پیگیرانه ای در جهت استفاده هرچه بیشتر از امواج به جای سیم ها در دنیای کامپیوتر در حال انجام است که برخی از آنها به نتیجه مطلوب رسیده ولی برخی هنوز در مراحل آزمایشی و تحقیقاتی قرار دارند. ارتباطات ماهواره ای از طریق آنتن های عادی دریافت و ارسال (send&receive) یکی از نمونه های برجسته و بسیار کارا در این زمینه است که استفاده موفقیت آمیز از آن اکنون معمول گشته است.با این حال تکنیک های پیشرفته تری نیز در راه هستند که از آن جمله است به کارگیری آنتن های هوشمند در گستره ارتباطات مخابراتی و به خصوص انتقال داده ها.

اما آنتن های هوشمند چیست و چه کاربردی دارد؟

برای اینکه نسبت به سیستم آنتن هوشمند یک دید اولیه پیدا کنید، چشمانتان را ببندید و سعی کنید در حالی که یکی از دوستانتان در اطراف اتاق حرکت می کند با او صحبت کنید.
درمی یابید که می توانید محل وی را (یا چند نفر را) بدون دیدنشان در اتاق تشخیص دهید. مهمترین علت آن عبارت است از آنکه: صدای شخصی را که صحبت می کند از طریق دو گوشتان، که سنسورهای صدای شما محسوب می شوند، می شنوید. صدا در دو زمان مختلف به گوش شما می رسد.

مغز شما که یک پردازشگر سیگنال حرفه ای است، محاسبات زیادی را انجام می دهد تا همبستگی اطلاعات را با هم پیدا کرده و محل شخص صحبت کننده را پیدا نماید. مغز شما همچنین توان سیگنال صدای دریافتی از دو گوش را با هم جمع می کند. بنابراین صدا را در جهت مربوطه بلندتر از صداهای دیگر دریافت خواهید کرد.

سیستم های آنتن تطبیقی هم همین کار را انجام می دهند، که در آن به جای گوش از آنتن استفاده شده است.ولی فرق این دو در آن است که آنتن ها، دستگاه هایی دوطرفه هستند و می توانند سیگنالی را در همان جهت که سیگنال اول دریافت کرده اند بفرستند. بنابراین با استفاده از «چند» آنتن می توان سیگنال را «چند» بار قوی تر دریافت و ارسال کرد. نکته بعدی اینکه اگر چند نفر با هم صحبت کنند، مغز شما می تواند تداخل را حذف کرده و در یک زمان خاص روی یک مکالمه خاص تمرکز کند. سیستم های ارائه تطبیقی پیشرفته هم می توانند بین سیگنال مورد نظر و سیگنال های ناخواسته تفاوت قائل شوند.

اکنون به تعریف آنتن هوشمند نزدیک می شویم:

یک سیستم آنتن هوشمند از چند المان با قابلیت پردازش سیگنال استفاده می کند تا تشعشع و یا دریافت را در پاسخ به محیطی که سیگنال در آن وجود دارد بهینه نماید.

نقش آنتن در یک سیستم مخابراتی

آنتن در سیستم های مخابراتی بیشتر از تمام بخش های دیگر از معرض دید دور مانده است.
آنتن دریچه ای است که انرژی فرکانسی رادیویی را از فرستنده به دنیای خارج و از دنیای خارج به گیرنده کوپل می کند.
روشی که طی آن انرژی به فضای اطراف توزیع و از آن دریافت می شود اثری بسیار جدی روی استفاده موثر از طیف، برقراری شبکه های جدید و کیفیت سرویس ایجاد شده از این شبکه ها دارد.
به طور کلی دو نوع آنتن داریم: آنتن همه جهتی و آنتن یک جهتی.

آنتن های همه جهتی

از روزهای اولی که ارتباط بدون سیم شروع شد، از آنتن همه جهتی استفاده می شد که این آنتن در همه جهات سیگنال را به خوبی دریافت و منتشر می کند. الگوی این آنتن همه جهتی شبیه به قطرات آب است که پس از برخورد یک جسم به آب، از سطح آب خارج می شوند. در این نوع آنتن به علت این که اطلاعاتی از محل قرار گرفتن کاربرها در دست نیست، سیگنال پراکنده می شود و تنها درصد کوچکی از سیگنال به هر کاربر می رسد.

با وجود این محدودیت روش های همه جهتی سعی می کنند این مشکل را با زیاد کردن توان تشعشعی سیگنال های ارسال شده رفع نمایند. در صورت وجود چند کاربر (یا چند منبع تداخل) مشکلات زیادی ایجاد می شود زیرا سیگنال هایی که به کاربر مورد نظر نرسند برای کاربران دیگر که به عنوان مثال در سیستم سلولی در سلول مجاور قرار دارند، تداخل ایجاد می کنند.روش های همه جهتی راندمان طیف را کم کرده و استفاده مجدد از فرکانس را محدود می کنند. این محدودیت ها باعث می شود که طراحان شبکه دائماً مجبور به اصلاح شبکه با هزینه های گران باشند.در سال های اخیر محدودیت های تکنولوژی در مورد کیفیت، ظرفیت و پوشش سیستم های بی سیم باعث ایجاد تغییرات در طراحی و قوانین آنتن در سیستم های بی سیم شده است.

بیشتر بخوانید : با انواع آنتن های مخابراتی آشنا شویم

آنتن های یک جهتی

یک تک آنتن نیز می تواند طوری ساخته شود که 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 کنند. یک ناحیه با شعاع ۳۶۰ درجه به ۳ زیر ناحیه ۱۲۰ درجه تقسیم و هر یک توسط یک روش انتشاری پوشش داده می شود.

آنتن های هر بخش در یک محدوده مشخص «گین» بیشتری را نسبت به یک آنتن همه جهتی ایجاد می کنند.
منظور از گین بهره خود آنتن است و این به بهره های پردازشی که در سیستم های آنتن هوشمند وجود دارد مربوط نمی شود.با اینکه آنتن های قرار داده شده در هر بخش استفاده از کانال را چند برابر می کنند
ولی کماکان مشکل تداخل بین کانال ها را همانند آنتن های همه جهتی دارند.

سیستم آنتن هوشمند

در حقیقت، آنتن ها هوشمند نیستند بلکه سیستم آنتن ها هوشمند هستند.
عموماً هنگامی که این سیستم ها در کنار یک ایستگاه پایه قرار می گیرند، آنتن هوشمند از یک ارائه آنتنی با قابلیت پردازش سیگنال دیجیتال برای ارسال و دریافت سیگنال به صورت حساس و تطبیقی استفاده می کند.به عبارت دیگر، چنین سیستمی می تواند به صورت اتوماتیک 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 مکان هایی که تعداد کاربر، تداخل و پیچیدگی انتشار زیاد می شود، به سیستم های آنتن هوشمند نیاز خواهد بود.هوشمندی سیستم ها به امکانات آنها برای پردازش سیگنال دیجیتال برمی گردد. مانند اکثر پیشرفت های مدرنی که در صنایع الکترونیک امروزی صورت گرفته است، فرمت دیجیتال از جهت دقت و انعطاف پذیری کارکرد 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 کنند و در سمت دیگر دوباره آن را به سیگنال آنالوگ تبدیل می نمایند.در سیستم های آنتن هوشمند این قابلیت پردازش سیگنال با تکنیک های پیشرفته (الگوریتم ها) ترکیب شده و برای اداره وضعیت های پیچیده استفاده می شوند.

اهداف و مزایای یک سیستم آنتن هوشمند

دو هدف سیستم آنتن هوشمند، افزایش کیفیت سیگنال سیستم های رادیویی و افزایش ظرفیت از طریق افزایش استفاده مجدد از فرکانس صورت می گیرد. گین سیگنال، ورودی چند آنتن با هم ترکیب می شود تا توان موجود برای برقراری سطح پوشش مورد نظر بهینه شود.

متمرکز کردن انرژی فرستاده شده به سمت سلول، محدوده سرویس دهی و پوشش ایستگاه پایه را افزایش می دهد.
مصرف توان کمتر عمر باتری را بیشتر کرده و تلفن همراه را کوچک تر و سبک تر می کنند.
مقاومت در برابر تداخل و نسبت سیگنال به تداخل را افزایش می دهند.
هزینه کمتر برای تقویت کننده، مصرف توان و قابلیت اطمینان بیشتری را ایجاد خواهد کرد.

کاربرد تکنولوژی آنتن هوشمند

تکنولوژی آنتن هوشمند می تواند به نحو موثری عملکرد سیستم بی سیم را بهبود بخشد
و از نظر اقتصادی نیز بسیار به صرفه است.این تکنولوژی کاربران کامپیوترها، سیستم های سلولی و شبکه های حلقه محلی بی سیم را قادر می سازد که کیفیت سیگنال، ظرفیت سیستم و پوشش را بسیار بالا ببرند.کاربران معمولاً در زمان های مختلف، به درصدهای مختلفی از کیفیت، ظرفیت و پوشش نیاز دارند.در اصل سیستم هایی که 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 اندکی تغییر، در تمام استانداردها و پروتکل 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 پروتکل 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 مکانی برخوردار می شوند به عنوان مثال

_ سیستم های سلولی با قابلیت تحرک بالا
_ سیستم های سلولی با قابلیت تحرک کم
_ کاربردهای حلقه محلی بدون سیم
_ مخابرات ماهوراه ای و Lan های بدون سیم
_ و به ویژه اینترنت بی سیم برای کامپیوترهای قابل حمل.

باور بسیاری براین است که پردازش مکانی، جای تمام روش های موجود برای سیستم های بی سیم را خواهد گرفت.