آنتن های هوشمند

امروزه كوشش هاي پيگيرانه اي در جهت استفاده هرچه بيشتر از امواج به جاي سيم ها در دنياي كامپيوتر در حال انجام است كه برخي از آنها به نتيجه مطلوب رسيده ولي برخي هنوز در مراحل آزمايشي و تحقيقاتي قرار دارند. ارتباطات ماهواره اي از طريق آنتن هاي عادي دريافت و ارسال ( send& receive) يكي از نمونه هاي برجسته و بسيار كارا در اين زمينه است كه استفاده موفقيت آميز از آن اكنون معمول گشته است.

با اين حال تكنيك هاي پيشرفته تري نيز در راه هستند كه از آن جمله است به كارگيري آنتن هاي هوشمند در گستره ارتباطات مخابراتي و به خصوص انتقال داده ها​ اما آنتن هوشمند چيست و چه كاربردي دارد و گذشته از آن، آيا به راستي «آنتن» مي تواند «هوشمند» باشد؟

براي اينكه نسبت به سيستم آنتن هوشمند يك ديد اوليه پيدا كنيد، چشمانتان را ببنديد و سعي كنيد در حالي كه يكي از دوستانتان در اطراف اتاق حركت مي كند با او صحبت كنيد. در مي يابيد كه مي توانيد محل وي را (يا چند نفر را) بدون ديدنشان در اتاق تشخيص دهيد. مهمترين علت آن عبارت است از آنكه صداي شخصي را كه صحبت مي كند از طريق دو گوشتان، كه سنسورهاي صداي شما محسوب مي شوند، مي شنويد.

صدا در دو زمان مختلف به گوش شما مي رسد. مغز شما كه يك پردازشگر سيگنال حرفه اي است، محاسبات زيادي را انجام مي دهد تا همبستگي اطلاعات را با هم پيدا كرده و محل شخص صحبت كننده را پيدا نمايد. مغز شما همچنين توان سيگنال صداي دريافتي از دو گوش را با هم جمع مي كند. بنابراين صدا را در جهت مربوطه بلندتر از صداهاي ديگر دريافت خواهيد كرد.

سيستم هاي آنتن تطبيقي هم همين كار را انجام مي دهند، كه در آن به جاي گوش از آنتن استفاده شده است. ولي فرق اين دو در آن است كه آنتن ها، دستگاه هايي دو طرفه هستند و مي توانند سيگنالي را در همان جهت كه سيگنال اول دريافت كرده اند بفرستند. بنابراين با استفاده از «چند» آنتن مي توان سيگنال را «چند» بار قوي تر دريافت و ارسال كرد.

نكته بعدي اينكه اگر چند نفر با هم صحبت كنند، مغز شما مي تواند تداخل را حذف كرده و در يك زمان خاص روي يك مكالمه خاص تمركز كند. سيستم هاي ارائه تطبيقي پيشرفته هم مي توانند بين سيگنال مورد نظر و سيگنال هاي ناخواسته تفاوت قائل شوند.

اكنون به تعريف آنتن هوشمند نزديك مي شويم. يك سيستم آنتن هوشمند از چند المان با قابليت پردازش سيگنال استفاده مي كند تا تشعشع و يا دريافت را در پاسخ به محيطي كه سيگنال در آن وجود دارد بهينه نمايد.

نقش آنتن در يك سيستم مخابراتي:

آنتن در سيستم هاي مخابراتي بيشتر از تمام بخش هاي ديگر از معرض ديد دور مانده است. آنتن دريچه اي است كه انرژي فركانسي راديويي را از فرستنده به دنياي خارج و از دنياي خارج به گيرنده كوپل مي كند. روشي كه طي آن انرژي به فضاي اطراف توزيع و از آن دريافت مي شود اثري بسيار جدي روي استفاده موثر از طيف، برقراري شبكه هاي جديد و كيفيت سرويس ايجاد شده از اين شبكه ها دارد. به طور كلي دو نوع آنتن داريم:

·       آنتن همه جهتي

·       آنتن يك جهتي

آنتن هاي همه جهتي:

از روزهاي اولي كه ارتباط بدون سيم شروع شد، از آنتن همه جهتي استفاده مي شد كه اين آنتن در همه جهات سيگنال را به خوبي دريافت و منتشر مي كند. الگوي اين آنتن همه جهتي شبيه به قطرات آب است كه پس از برخورد يك جسم به آب، از سطح آب خارج مي شوند.

در اين نوع آنتن به علت اين كه اطلاعاتي از محل قرار گرفتن كاربرها در دست نيست، سيگنال پراكنده مي شود و تنها درصد كوچكي از سيگنال به هر كاربر مي رسد. با وجود اين محدوديت روش هاي همه جهتي سعي مي كنند اين مشكل را با زياد كردن توان تشعشعي سيگنال هاي ارسال شده رفع نمايند.

در صورت وجود چند كاربر (يا چند منبع تداخل) مشكلات زيادي ايجاد مي شود زيرا سيگنال هايي كه به كاربر مورد نظر نرسند براي كاربران ديگر كه به عنوان مثال در سيستم سلولي در سلول مجاور قرار دارند، تداخل ايجاد مي كنند. روش هاي همه جهتي راندمان طيف را كم كرده و استفاده مجدد از فركانس را محدود مي كنند.

اين محدوديت ها باعث مي شود كه طراحان شبكه دائماً مجبور به اصلاح شبكه با هزينه هاي گران باشند. در سال هاي اخير محدوديت هاي تكنولوژي در مورد كيفيت، ظرفيت و پوشش سيستم هاي بي سيم باعث ايجاد تغييرات در طراحي و قوانين آنتن در سيستم هاي بي سيم شده است.

سيستم آنتن هوشمند:

در حقيقت، آنتن ها هوشمند نيستند بلكه سيستم آنتن ها هوشمند هستند. عموماً هنگامي كه اين سيستم ها در كنار يك ايستگاه پايه قرار مي گيرند، آنتن هوشمند از يك ارائه آنتني با قابليت پردازش سيگنال ديجيتال براي ارسال و دريافت سيگنال به صورت حساس و تطبيقي استفاده مي كند.

به عبارت ديگر، چنين سيستمي مي تواند به صورت اتوماتيك جهت الگو تشعشعي را در پاسخ به محيط سيگنال تغيير دهد. اين مسئله به طرز شگفت انگيزي مشخصه سيستم بي سيم را بهبود مي بخشد.

گين سيگنال، ورودي چند آنتن با هم تركيب مي شود تا توان موجود براي برقراري سطح پوشش مورد نظر بهينه شود. متمركز كردن انرژي فرستاده شده به سمت سلول، محدوده سرويس دهي و پوشش ايستگاه پايه را افزايش مي دهد. مصرف توان كمتر عمر باتري را بيشتر كرده و تلفن همراه را كوچك تر و سبك تر مي كنند. مقاومت در برابر تداخل و نسبت سيگنال به تداخل را افزايش مي دهند. هزينه كمتر براي تقويت كننده، مصرف توان و قابليت اطمينان بيشتري را ايجاد خواهد كرد.

 كاربرد تكنولوژي آنتن هوشمند:

تكنولوژي آنتن هوشمند مي تواند به نحو موثري عملكرد سيستم بي سيم را بهبود بخشد و از نظر اقتصادي نيز بسيار به صرفه است. اين تكنولوژي كاربران كامپيوترها، سيستم هاي سلولي و شبكه هاي حلقه محلي بي سيم را قادر مي سازد كه كيفيت سيگنال، ظرفيت سيستم و پوشش را بسيار بالا ببرند.

كاربران معمولاً در زمان هاي مختلف، به درصدهاي مختلفي از كيفيت، ظرفيت و پوشش نياز دارند. در اصل سيستم هايي كه از نظر ساختار به راحتي قابل تغيير باشند، در دراز مدت بهترين و به صرفه ترين راه حل ها محسوب مي شوند.

سيستم هاي آنتن هوشمند با اندكي تغيير، در تمام استانداردها و پروتكل هاي بي سيم قابل اعمال هستند. قابليت انعطاف آنتن هوشمند تطبيقي اجازه خلق محصولات و خدمات بسيار سطح بالايي را مي دهد.

آنتن هاي تطبيقي هوشمند:

آنتن هاي تطبيقي هوشمند به هيچ نوع مدولاسيون يا پروتكل برقراري ارتباط هوايي محدود نيستند. اين سيستم ها با تمام روش هاي مدولاسيون فعلي سازگار هستند. احتمالاً طيف بسيار وسيعي از سيستم هاي ارتباطي بدون سيم از مزاياي پردازش مكاني برخوردار مي شوند.

·       سيستم هاي سلولي با قابليت تحرك بالا

·       سيستم هاي سلولي با قابليت تحرك كم

·       كاربردهاي حلقه محلي بدون سيم

·       مخابرات ماهوراه اي

·       Lan هاي بدون سيم و به ويژه اينترنت بي سيم براي كامپيوترهاي قابل حمل

باور بسياري بر اين است كه پردازش مكاني، جاي تمام روش هاي موجود براي سيستم هاي بي سيم را خواهد گرفت.

علت هوشمندي اين نوع آنتن ها:

در مكان هايي كه تعداد كاربر، تداخل و پيچيدگي انتشار زياد مي شود، به سيستم هاي آنتن هوشمند نياز خواهد بود. هوشمندي سيستم ها به امكانات آنها براي پردازش سيگنال ديجيتال برمي گردد. مانند اكثر پيشرفت هاي مدرني كه در صنايع الكترونيك امروزي صورت گرفته است، فرمت ديجيتال از جهت دقت و انعطاف پذيري كاركرد چند مزيت دارد.

سيستم هاي آنتن هوشمند سيگنال هاي آنالوگ (نظير صوت) را گرفته و به سيگنال هاي ديجيتال تبديل و براي ارسال مدوله مي كنند و در سمت ديگر دوباره آن را به سيگنال آنالوگ تبديل مي نمايند. در سيستم هاي آنتن هوشمند اين قابليت پردازش سيگنال با تكنيك هاي پيشرفته (الگوريتم ها) تركيب شده و براي اداره وضعيت هاي پيچيده استفاده مي شوند.

آنتن هاي يك جهتي:

يك تك آنتن نيز مي تواند طوري ساخته شود كه در جهات مورد نظر دريافت و ارسال مشخصي داشته باشد. با رشد روزافزون سايت هاي فرستنده، امروزه بسياري از سايت ها بخش هاي مشخصي را به عنوان سلول براي خود انتخاب مي كنند. يك ناحيه با شعاع ۳۶۰ درجه به ۳ زير ناحيه ۱۲۰ درجه تقسيم و هر يك توسط يك روش انتشاري پوشش داده مي شود.

آنتن هاي هر بخش در يك محدوده مشخص «گين» بيشتري را نسبت به يك آنتن همه جهتي ايجاد مي كنند. منظور از گين بهره خود آنتن است و اين به بهره هاي پردازشي كه در سيستم هاي آنتن هوشمند وجود دارد مربوط نمي شود. با اينكه آنتن هاي قرار داده شده در هر بخش استفاده از كانال را چند برابر مي كنند، ولي كماكان مشكل تداخل بين كانال ها را همانند آنتن هاي همه جهتي دارند.