آنتن هوشمند

آنتن های هوشمند

مقدمه :

امروزه كوشش های پیگیرانه ای در جهت استفاده هرچه بیشتر از امواج به جای سیم ها در دنیای كامپیوتر در حال انجام است كه 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) 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؟

درآمد دلاری با بلاکچین بایننس جهت آشنایی کامل وثبت نام کلیک کنید

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.

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.

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.

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.

آنتن‌های هوشمند از گذشته‌های دور

به طور معمول، كلمة آنتن به یك وسیلة مكانیكی اطلاق می‌شود كه امواج الكترومغناطیسی را به جریان الكتریكی و بالعكس تبدیل می‌كند و ما آن را بیشتر به عنوان یك تشعشع‌كننده می‌شناسیم. اما در مبحث آنتن‌های هوشمند، كلمة آنتن مفهوم جامع‌تری دارد و شامل یك فرستنده و گیرندة كامل است.
تئوری آنتن‌های هوشمند یا تطبیقی، موضوع جدیدی نیست و از این آنتن‌ها سال‌ها در جنگ‌های الكترونیك استفاده می‌شده است؛ اولین استفادة عملی از آن به جنگ جهانی دوم (1940) بر می‌گردد.

در صنایع نظامی نیاز است كه یك هدف را كه با سرعت زیاد حركت می‌كند، ردیابی كنند. از آنجا كه ثابت زمانی گردش مكانیكی آنتن به علت اینرسی زیاد آن، خیلی زیاد است، نمی‌تواند با ثابت زمانی مدارات الكترونیكی گیرنده و فرستندة آنتن منطبق شود و به همین دلیل، سرعت ردیابی به شدت كند می‌شود. در نتیجه، این ایده مطرح شد كه فضا را با چرخش الكترونیكی راستای دید آنتن جاروب كنند.

مراحل رسیدن به آنتن‌های هوشمند فعلی را می‌توان به صورت زیر بیان كرد:

نوع اول( adaptive null steering smart antenna)

نوع دوم( phased array smart antenna)

نوع سوم( switched beam smart antenna)

استفاده از آنتن‌های هوشمند نوع اول و دوم در صنایع مخابراتی بسیار پر‌هزینه است و برای پیاده‌سازی آن در شبكه‌های سلولی امروزی، باید تغییرات گسترده‌ای در ساختار این شبكه‌ها ایجاد گردد. علاوه بر این، به علت زیاد بودن تعداد كاربران و نیز اثرات تضعیف مختلف، بهرة آنها بسیار محدود است. ولی استفاده از آنتن‌های هوشمند نوع سوم، به تغییرات گسترده در شبكة سیار سلولی حاضر نیاز ندارد. همچنین، با استفاده از الگوریتم‌های مناسب می‌توان بهرة آنها را تا حد مطلوب بهبود بخشید.

در ساده‌ترین بیان، آنتن هوشمند آنتنی است كه پترن (pattern) آن ثابت نبوده و آن را با شرایط فعلی رادیویی (موقعیت مشترك) تطبیق می‌دهد.

لزوم استفاده از آنتن‌های هوشمند

از آنجاییكه برای طراحی شبكه‌های امروزی، تمام تلاش‌ها روی بهینه‌سازی روش‌های مدولاسیون، كدینگ و استانداردها متمركز بوده‌است، به تكنولوژی‌های مرتبط با آنتن توجه كمتری شده‌است؛ در حالیكه برای رفع نیاز‌های شبكه‌های سلولی آینده باید آنها را تا حد ممكن هوشمند طراحی كرد. در همین راستا، عمدة توجهات روی فیلتر كردن فضا متمركز شده است. فیلتر كردن در حوزة فضا، بین كاربرهایی كه از یك كانال رادیویی مشترك استفاده می‌كنند، تمایز ایجاد می‌كند و در نتیجه می‌توان از فضا به عنوان یك روش دستیابی (access) در تركیب با روش‌های دستیابی كنونی نظیر FDMA، TDMA و CDMA استفاده كرد. ذكر این نكته لازم است كه در اینجا منظور از كانال، فركانس كاریر، شیار زمانی و كد است. در واقع آنتن هوشمند می‌تواند كاربرهایی را كه فركانس، شیار زمانی و كد آنها یكی است، از هم تشخیص دهد.

آغاز تحقیقات گسترده برای استفادة تجاری از آنتن‌های هوشمند، به سال 1994 بر می‌گردد. این مساله ممكن است این سوال را مطرح سازد كه چرا با این همه تأخیر به فكر استفاده از آنتن‌های هوشمند افتاده‌ایم و نه مثلاً بیست سال پیش؟ در پاسخ به این پرسش باید به دو نكته توجه كرد:

-1 در حال حاضر نیاز شدیدی به افزایش ظرفیت در شبكه‌های مخابراتی وجود دارد؛ در حالیكه در گذشته چنین نبوده است.

-2 امروزه پردازنده‌هایی با سرعت‌های فوق‌العاده بالا و قیمت مناسب ارائه شده‌است؛ در حالیكه در گذشته از این امكان برخوردار نبودیم.

طبقه‌بندی آنتن هوشمند

بسته به اینكه آنتن‌های هوشمند بیم خود را چگونه تولید می‌كنند، می‌توان آنها را به سه دسته تقسیم كرد. این تقسیم‌بندی در واقع یك سطح هوشمندی به این آنتن‌ها تخصیص می‌دهد:

1- switching beam or switching lobe smart antenna )SBA)

در این روش، آنتن هوشمند تعداد محدودی بیم در اختیار دارد و بسته به موقعیت مشترك، بیمی را انتخاب می‌كند كه بیشترین مقدار "نسبت سیگنال به نویز ( SNR )" را داشته باشد. بدین‌ترتیب، توان سیگنال دریافتی افزایش می‌یابد. این آنتن به سادگی قابل پیاده‌سازی بوده و هم‌اكنون تلاش‌های زیادی جهت استفاده از آن در نسل دوم و سوم شبكه‌های مخابراتی در حال انجام است.

2- tracking beam or dynamically phased array smart antenna TBA

در این روش كه به نوعی تعمیم روش قبلی است، با در نظر گرفتن "جهت سیگنال دریافتی از مشترك (DoA) " می‌توان مشترك را در محدودة سلول توسط یك بیم ردیابی كرد. این روش باعث بهبود توان سیگنال دریافتی می‌شود.

در یك آنتن آرایه ‌فازی، در تغذیة هر آرایه از یك شیفت‌دهندة فاز استفاده می‌شود؛ در نتیجه بین هر دو آرایه یك اختلاف فاز به وجود می‌آید كه میزان چرخش بیم آنتن را تعیین می‌كند. با در نظر گرفتن اختلاف فاز بین دو سیگنال دریافتی از دو آرایة مجاور، می‌توان جهت مشترك را تخمین زد.

3 - optimum combining or adaptive array smart antenna

در این روش از همان الگوریتم DoA برای دریافت سیگنال‌های تداخلی استفاده می‌شود. اما در گیرنده با ضرب كردن این سیگنال‌ها در توابع وزن مناسب، می‌توان بیم آنتن را طوری جهت داد كه حداكثر سیگنال دریافت شود. در واقع در این روش، "نسبت سیگنال به مجموع تداخل و نویز (SINR‌) " بهینه می‌شود.

در هركدام از روش‌های بالا، سیگنال دریافتی از هر المان آرایه در یك بردار وزن ضرب می‌شود. آنچه كه این روش‌ها را از هم متمایز می‌كند، چگونگی محاسبة این بردار وزن و نیز معیارهای لازم برای محاسبه آن است.

وقتی كه آنتن هوشمند به یكی از روش‌های فوق به كار گرفته شد، می‌توان یك طبقه‌بندی دیگر نیز بسته به نوع كاربرد برای آن در نظر گرفت:

1 - high sensitivity reciever )HSR)

در این الگو، آنتن هوشمند فقط در حالت uplink به‌كار می‌رود. بنابراین می‌توان با افزایش بهره، حساسیت آن را افزایش داد. این مفهوم، چیزی غیر از همان مفهوم diversity كه در شبكه‌های مخابراتی پیاده‌سازی شده‌است، نیست.

2- spatial filtering for interference reduction )SFIR)

در این الگو، از آنتن هوشمند در هر دو جهت uplink و downlink استفاده می‌شود. در این حالت بهرة آنتن در هر دو جهت افزایش می‌یابد. بدین‌ترتیب، به نوعی فضا را فیلتر می‌كنند.

3- spatial division multiple access )SDMA)

این روش، آخرین گام در تكامل آنتن‌های هوشمند است. به‌طوریكه با استفاده از آن می‌توان با كاربرهای زیادی كه از یك كانال مخابراتی مشترك در یك سلول استفاده می‌كنند به طور همزمان ارتباط برقرار كرد. تنها عامل جداكنندة این كاربرها زاویة فضایی است. این روش باعث افزایش ظرفیت روش‌های دستیابی قبلی می‌شود. استفاده از SDMA در سیستم‌های نسل دوم كه مبتنی بر TDMA ‌ هستند تا حدی مشكل است ولی پیش‌بینی می‌شود كه در آیندة نزدیك، SDMA یك جزء اساسی در سیستم‌های مخابراتی نسل سوم مبتنی بر CDMA باشد.

فواید استفاده از آنتن‌های هوشمند

افزایش ظرفیت: در نواحی پرجمعیت، تداخل عامل مهم محدودكنندة ظرفیت است. آنتن‌های هوشمند به طور همزمان با افزایش سطح سیگنال مفید دریافتی و كاهش اثر تداخل، SIR را افزایش می‌دهند.

درسیستم‌های ‏CDMA ، تداخل عامل مهمی در محدودكردن ظرفیت محسوب می‌شود. علت این امر، عدم دقت در تعامد كدها است. بدین‌ترتیب پیش‌بینی می‌شود كه بهبود ظرفیت در سیستم CDMA ‌ خیلی بیشتر از سایر روش‌های دستیابی باشد. نتایج تجربی برای سیستم CDMA‌ افزایش ظرفیتی از مرتبة 5 و برای سیستم TDMA‌ افزایش ظرفیتی از مرتبة 3 را نشان می‌دهند.

افزیش محدوة تحت پوشش: در نواحیی كه توزیع جمعیت پراكنده باشد، با توجه به اینكه می‌توان پ?تِرن آنتن را سمت‌گراتر كرد، با استفاده از سیستم‌های هوشمند می‌توان آنتن‌ها را خیلی دورتر نسبت به هم قرار داد كه این امر به معنی افزایش محدودة تحت پوشش شبكة بدون سیم است.

افزایش عمر باتری: با توجه به اینكه در سیستم SDMA‌ پ?تِرن آنتن سمت‌گراتر می‌شود، توان ارسالی به گوشی افزایش می‌یابد و این مساله باعث افزایش عمر باتری می‌شود.

ارایة سرویس‌های جدید: با استفاده از آنتن‌های هوشمند، اطلاعات مفیدی دربارة موقعیت مكانی مشتركان در اختیار خواهیم داشت. از این اطلاعات می توان جهت ارایة سرویس‌های جدید به مشتركین بهره جست.

افزایش امنیت مكالمات: از آنجا كه برای استراق سمع یك ارتباط باید مشترك مزاحم دقیقاً در همان زاویة فضایی كه آنتن BS ، مشترك مورد نظر را می‌بیند قرار داشته باشد، استراق سمع هنگام استفاده از آنتن‌های هوشمند بسیار مشكل است.

كاهش انتشار multi-path : با استفاده از یك بیم باریك در BS ‌ برای ارتباط با مشترك، انتشار multi-path در BS كاهش می‌یابد. البته این كاهش انتشار خیلی چشمگیر نیست.

هزینه‌ها و معایب استفاده از آنتن‌های هوشمند

پیچیدگی تجهیزات فرستنده و گیرنده: با توجه به مباحث قبلی، تجهیزات به‌كاررفته در یك آنتن هوشمند خیلی پیچیده‌تر از آنتن‌های فعلی است. علاوه‌بر این، الگوریتم‌های تشكیل بیم نیاز به محاسبات پیچیده دارند. به این معنی كه BS ‌های آنتن‌های هوشمند نیاز به پردازنده‌های قدرتمند و سریع دارند. در نتیجه، هزینة آنها خیلی بیشتر از BS ‌های آنتن‌های امروزی است.

پیچیدگی مدیریت منابع رادیویی: علیرغم آنكه آنتن هوشمند یك تكنولوژی رادیویی است، ولی استفاده از آن تقاضاهای جدیدی را از مدیریت شبكه، مدیریت حركت و مدیریت منابع (عملیاتی كه عمدتاً در لایة سوم و اندكی در لایة چهارم صورت می‌گیرند) درخواست می‌كند كه این مساله حجم پردازشی را كه مدیریت شبكه باید انجام دهد به‌شدت افزایش می‌دهد. در نتیجه، مدیریت منابع رادیویی پیچیده‌تر می‌شود.

هنگامی كه باید تماس جدیدی برقرار شود و یا تماس فعلی از یك سلول به سلول دیگر handover شود، BS مورد نظر هیچگونه اطلاعاتی از موقعیت فضایی و زاویه‌ای موبایل مورد نظر ندارد. در این وضع، ابزارهایی جهت یافتن موقعیت موبایل لازم است. این عمل می‌تواند بدین طریق صورت گیرد كه در BS ‌ یك بیم به طور دائم فضا را جاروب كند تا ببیند كه آیا مشترك دیگری برای برقراری تماس، درخواست داده است یا نه. این بیم را اصطلاحا tracking beam می‌نامند. روش دومی نیز با استفاده از یك سیستم موقعیت‌یابی خارجی نظیر GPS وجود دارد. در حالتی‌كه عمل handover لازم باشد، علاوه‌بر روش‌های فوق، روش سومی نیز وجود دارد. بدین‌ترتیب كه برای حدس زدن سلولی كه موبایل قصد رفتن به آن را دارد از اطلاعات زاویه‌ای و فضایی موبایل استفاده كنیم.
همانطوریكه كه گفتیم، در سیستم SDMA ، كاربرهای مختلف در درون یك سلول از یك كانال مخابراتی مشترك استفاده می‌كنند و تنها زاویة فضایی‌شان باهم فرق دارد. حال اگر بین این كاربرها تصادم زاویه‌ای رخ دهد، برای اینكه ارتباط ادامه داشته باشد یكی از آنها باید بلافاصله به كانال دیگری فرستاده شود. این بدین معنی است كه در این سیستم، علاوه بر آن handover ی كه در سیستم‌های قبلی نظیر CDMA و TDMA داشتیم به یك intracell handover هم نیاز داریم.

بزرگی اندازة فیزیكی: برای اینكه آنتن هوشمند بهرة مطلوب را داشته باشد، نیاز به آنتن آرایه‌ای با المان‌های زیاد داریم. طبق آزمایش‌های صورت گرفته، آرایه‌هایی با 6 الی 10 المان برای محیط‌های outdoor پیشنهاد می‌شود. فاصلة این المان‌ها از هم حدود 4/0 الی 6/0 طول‌موج است. با این توصیف، یك آنتن آرایه‌ای مشتمل بر 8 المان در فركانس MHz 900 ، حدود m 2/1 و در فركانس GHz 2 ، حدود cm 60 طول دارد. با توجه به تمایل عمومی برای استفاده از BS ‌هایی با ابعاد كوچك كه غیر قابل رویت باشند، این ابعاد خیلی مناسب نمی‌باشند.

electronvanic:

براى اینكه نسبت به سیستم آنتن هوشمند یك دید اولیه پیدا كنید، چشمانتان را ببندید و سعى كنید در حالى كه یكى از دوستانتان در اطراف اتاق حركت مى كند با او صحبت كنید. درمى یابید كه مى توانید محل وى را (یا چند نفر را) بدون دیدنشان در اتاق تشخیص دهید. مهمترین علت آن عبارت است از آنكه: صداى شخصى را كه صحبت مى كند از طریق دو گوشتان، كه سنسورهاى صداى شما محسوب مى شوند، مى شنوید. صدا در دو زمان مختلف به گوش شما مى رسد. مغز شما كه یك پردازشگر سیگنال حرفه اى است، محاسبات زیادى را انجام مى دهد تا همبستگى اطلاعات را با هم پیدا كرده و محل شخص صحبت كننده را پیدا نماید. مغز شما همچنین توان سیگنال صداى دریافتى از دو گوش را با هم جمع مى كند. بنابراین صدا را در جهت مربوطه بلندتر از صداهاى دیگر دریافت خواهید كرد. سیستم هاى آنتن تطبیقى هم همین كار را انجام مى دهند، كه در آن به جاى گوش از آنتن استفاده شده است. ولى فرق این دو در آن است كه آنتن ها، دستگاه هایى دوطرفه هستند و مى توانند سیگنالى را در همان جهت كه سیگنال اول دریافت كرده اند بفرستند. بنابراین با استفاده از «چند» آنتن مى توان سیگنال را «چند» بار قوى تر دریافت و ارسال كرد.

نكته بعدى اینكه اگر چند نفر با هم صحبت كنند، مغز شما مى تواند تداخل را حذف كرده و در یك زمان خاص روى یك مكالمه خاص تمركز كند. سیستم هاى ارائه تطبیقى پیشرفته هم مى توانند بین سیگنال مورد نظر و سیگنال هاى ناخواسته تفاوت قائل شوند.

اكنون به تعریف آنتن هوشمند نزدیك مى شویم: یك سیستم آنتن هوشمند از چند المان با قابلیت پردازش سیگنال استفاده مى كند تا تشعشع و یا دریافت را در پاسخ به محیطى كه سیگنال در آن وجود دارد بهینه نماید.

• آنتن هاى همه جهتى

از روزهاى اولى كه ارتباط بدون سیم شروع شد، از آنتن همه جهتى استفاده مى شد كه این آنتن در همه جهات سیگنال را به خوبى دریافت و منتشر مى كند. الگوى این آنتن همه جهتى شبیه به قطرات آب است كه پس از برخورد یك جسم به آب، از سطح آب خارج مى شوند. در این نوع آنتن به علت این كه اطلاعاتى از محل قرار گرفتن كاربرها در دست نیست، سیگنال پراكنده مى شود و تنها درصد كوچكى از سیگنال به هر كاربر مى رسد.

با وجود این محدودیت روش هاى همه جهتى سعى مى كنند این مشكل را با زیاد كردن توان تشعشعى سیگنال هاى ارسال شده رفع نمایند. در صورت وجود چند كاربر (یا چند منبع تداخل) مشكلات زیادى ایجاد مى شود زیرا سیگنال هایى كه به كاربر مورد نظر نرسند براى كاربران دیگر كه به عنوان مثال در سیستم سلولى در سلول مجاور قرار دارند، تداخل ایجاد مى كنند. روش هاى همه جهتى راندمان طیف را كم كرده و استفاده مجدد از فركانس را محدود مى كنند. این محدودیت ها باعث مى شود كه طراحان شبكه دائماً مجبور به اصلاح شبكه با هزینه هاى گران باشند. در سال هاى اخیر محدودیت هاى تكنولوژى در مورد كیفیت، ظرفیت و پوشش سیستم هاى بى سیم باعث ایجاد تغییرات در طراحى و قوانین آنتن در سیستم هاى بى سیم شده است.

• آنتن هاى یك جهتى

یك تك آنتن نیز مى تواند طورى ساخته شود كه در جهات مورد نظر دریافت و ارسال مشخصى داشته باشد. با رشد روزافزون سایت هاى فرستنده، امروزه بسیارى از سایت ها بخش هاى مشخصى را به عنوان سلول براى خود انتخاب مى كنند. یك ناحیه با شعاع ۳۶۰ درجه به ۳ زیر ناحیه ۱۲۰ درجه تقسیم و هر یك توسط یك روش انتشارى پوشش داده مى شود.

آنتن هاى هر بخش در یك محدوده مشخص «گین» بیشترى را نسبت به یك آنتن همه جهتى ایجاد مى كنند. منظور از گین بهره خود آنتن است و این به بهره هاى پردازشى كه در سیستم هاى آنتن هوشمند وجود دارد مربوط نمى شود. با اینكه آنتن هاى قرار داده شده در هر بخش استفاده از كانال را چند برابر مى كنند، ولى كماكان مشكل تداخل بین كانال ها را همانند آنتن هاى همه جهتى دارند.

• علت هوشمندى این نوع آنتن ها

در مكان هایى كه تعداد كاربر، تداخل و پیچیدگى انتشار زیاد مى شود، به سیستم هاى آنتن هوشمند نیاز خواهد بود. هوشمندى سیستم ها به امكانات آنها براى پردازش سیگنال دیجیتال برمى گردد. مانند اكثر پیشرفت هاى مدرنى كه در صنایع الكترونیك امروزى صورت گرفته است، فرمت دیجیتال از جهت دقت و انعطاف پذیرى كاركرد چند مزیت دارد. سیستم هاى آنتن هوشمند سیگنال هاى آنالوگ (نظیر صوت) را گرفته و به سیگنال هاى دیجیتال تبدیل و براى ارسال مدوله مى كنند و در سمت دیگر دوباره آن را به سیگنال آنالوگ تبدیل مى نمایند. در سیستم هاى آنتن هوشمند این قابلیت پردازش سیگنال با تكنیك هاى پیشرفته (الگوریتم ها) تركیب شده و براى اداره وضعیت هاى پیچیده استفاده مى شوند.

شبکه محلی بی سیم

یک شبکه محلی بی سیم (Wireless Local Area Network – WLAN) میباشد که به کامپیوترها و ایستگاههای کاری (Workstations) اجازه میدهد که با یکدیگر از طریق بکارگیری پخش رادیویی بعنوان وسیلهء انتقال، ارتباط برقرار نمایند. LAN بی سیم میتواند به یک LAN با سیم موجود بعنوان یک گستره متصل گردد، یا میتواند بعنوان پایهء یک شبکهء جدید شکل گیرد. در حالیکه با محیطهای هم در داخل ساختمان و هم در بیرون ساختمان قابل انطباق میباشد، LAN های بی سیم خصوصا" برای مکانهای داخل ساختمان نظیر ساختمانهای دفتری، مکانهای تولید و ساخت، بیمارستانها و دانشگاهها مناسب میباشند.

این مثال نشان میدهد که کانال رادیویی پایه در سیستم 802.11b به پهنای 25 مگاهرتز بوده و اینکه فرکانس مرکز کانال رادیویی میتواند به نقاط متفاوت (کانالها) در باند فرکانس بدون مجوز صنعتی، علمی و پزشکی (ISM) 83 مگاهرتز اختصاص یابد. این مثال نشان میدهد که تا 3 کانال رادیویی 802.11b بدون تداخل (بدون اینکه روی هم قرار گیرند) و در یک باند فرکانس ISM مشابه عمل نمایند میتوانند وجود داشته باشند.

سیستمهای ماهواره ای

سیستمهای ماهواره ای یک راه منحصر بفرد را جهت متصل نمودن شبکه های ارتباطاتی با بکارگیری وسایل نقلیه فضایی در مدار بالای زمین فراهم مینمایند. ماهواره بسادگی بعنوان یک وسیله نقل و انتقال برای ارتباطات، بسیار شبیه کابلها، فیبرهای نوری یا سیستمهای ریز موج (مایکروویو) که مسیر بین 2 ارتباط برقرار کننده (Communicators) میباشند، عمل می نمایند. شبیه به کابلهایی که ارتباطات راه دور را فراهم می آورند، یک ماهواره شبیه یک تکرار کننده (Repeater) عمل نموده که اطمینان دهد که سیگنال، ارتباطات صوتی یا تصویری که انتقال میدهد هرچه که امکان داشته باشد، نزدیکتر به منبع سیگنال باقی مانده است. تکرارکننده ها در ماهواره ها سیگنال ضعیفی را که دریافت میکنند گرفته و آنرا قبل از اینکه به دریافت کننده عبور دهند، ترمیم می نمایند.

ماهواره ها به دلایلی برای ارتباطات منحصربفرد میباشند. هزینه های راه اندازی برای ارتباطات ماهواره ای بسیار بالا میباشند، هرچند مزایایش بی نهایت خوب میباشد. برای مثال، اگر یک ماهواره در مدار بالای زمین قرار گیرد، قادر خواهد بود که یک اتصال ارتباطاتی را بین هر 2 نقطه در محدودهء دیدش بسادگی از طریق داشتن یک فرستنده/گیرنده در هرکدام از 2 نقطه (بشکل بشقاب ]دیش[ ماهواره ای )، فراهم نماید. منطقهء دید نمونه یک ماهواره در مدار بالای زمین 3/1 (یک سوم) سیاره میباشد. همینطور اتصالات چندگانه ای میتوانند بنا نهاده شوند. بستگی به قابلیت ماهواره، هزاران زوج اتصال در یک زمان بین 2 نقطه میتوانند ایجاد گردند. مزایای این، نسبت به اتصالات کابلی نقطه به نقطه (Point to Point) ایجاد شده، یک فایده قابل توجه یک ماهواره میباشد.

بر اساس تعداد فرستنده / گیرنده های ارتباطات ماهواره ای (Transponders)، یک ماهواره در فضا توسط طراحی اش محدود میشود از این نظر که چند سیگنال را میتوانند گرفته یا ارسال نمایند.

هر چند، یکی از بزرگترین مزایای ارتباطاتی یک ماهواره اینست که تعداد دستگاههای ارتباطاتی در روی زمین که میتوانند سیگنال را دریافت نموده و از آن استفاده نمایند، محدود نیست. این مسئله ماهواره ها را یک سیستم ایده آل برای استفاده های پخش رادیویی می نمایند. حتی یک ماهواره کوچک با فقط چند فرستنده / گیرنده ارتباطات ماهواره ای میتواند یک سرویس قابل توجه ای را فراهم نماید. سیستمهای رادیویی ماهواره ای ساده میباشند. یک سیگنال به یک ماهواره انتقال یافته و ماهواره که بعنوان یک تکرارکننده (Repeater) ساده عمل می نماید سیگنال را مجددا" انتقال میدهد. اگر شنونده ها بر روی زمین دارای یک گیرنده باشند، هیچ محدودیتی در تعداد مشتریانی که می توانند سیگنال را دریافت نمایند، وجود ندارد. برای بیش از 30 سال است که ماهواره ها ارتباطات صوتی و دیتا را در سرتاسر جهان فراهم می آورند، هر چند، هزینهء تجهیزات و خدمات بسیار بالا بوده است.

در سال 1997، هزینهء بالای تجهیزات و خدمات ماهواره ای بطور فاحشی شروع به کاهش نمود. ماهواره های جدید با ظرفیت بالا و فن آوری دیجیتالی به خدمات با هزینهء پایین تر و خدمات پیام رسانی پیشرفته اجازه دادند. ماهواره های اولیه برای انتقال آنالوگ استفاده میشدند. بعد از ساخت و توسعهء ماهواره های دیجیتالی، که ظرفیت بالاتری را ارائه میدادند، چند ماهواره دیگر در مدار قرار داده شدند. که به دنبال آن ماهواره های مدار پایین نسل بعدی ایجاد و در مدارها قرار داده شدند. این طراحی و توسعه های جدید هزینهء تجهیزات ماهواره ای را بسرعت تا 75% کاهش داد.

سیستم ماهواره ای مدار ثابت جغرافیایی (GEO) بطور اولیه و اصلی برای خدمات پخش تلویزیونی بکار برده میشوند، از آنجائیکه ماهواره ها یشان بطور ثابتی در بالای زمین قرار گرفته اند. سیستمهای مدار میان زمینی (MEO) و سیستمهای مدار پایین زمینی (LEO) برای ارتباطات موبایل استفاده میشوند، بخاطر اینکه بسیار نزدیکتر به زمین قرار گرفته اند. هر چند این ماهواره ها بطور پیوسته ای نسبت به سطح زمین در حال حرکت هستند.