آنتن های هوشمند
امروزه کوشش هاى پیگیرانه اى در جهت استفاده هرچه بیشتر از امواج به جاى
سیم ها در دنیاى کامپیوتر در حال انجام است که برخى از آنها به نتیجه مطلوب
رسیده ولى برخى هنوز در مراحل آزمایشى و تحقیقاتى قرار دارند. ارتباطات
ماهواره اى از طریق آنتن هاى عادى دریافت و ارسال (send&receive) یکى
از نمونه هاى برجسته و بسیار کارا در این زمینه است که استفاده موفقیت آمیز
از آن اکنون معمول گشته است. با این حال تکنیک هاى پیشرفته ترى نیز در راه
هستند که از آن جمله است به کارگیرى آنتن هاى هوشمند در گستره ارتباطات
مخابراتى و به خصوص انتقال داده ها. اما آنتن هوشمند چیست و چه کاربردى
دارد و گذشته از آن، آیا به راستى «آنتن» مى تواند «هوشمند»باشد؟
بقیه در ادامه مطلب...
امروزه کوشش هاى پیگیرانه اى در جهت استفاده هرچه بیشتر از امواج به جاى
سیم ها در دنیاى کامپیوتر در حال انجام است که برخى از آنها به نتیجه مطلوب
رسیده ولى برخى هنوز در مراحل آزمایشى و تحقیقاتى قرار دارند. ارتباطات
ماهواره اى از طریق آنتن هاى عادى دریافت و ارسال (send&receive) یکى
از نمونه هاى برجسته و بسیار کارا در این زمینه است که استفاده موفقیت آمیز
از آن اکنون معمول گشته است. با این حال تکنیک هاى پیشرفته ترى نیز در راه
هستند که از آن جمله است به کارگیرى آنتن هاى هوشمند در گستره ارتباطات
مخابراتى و به خصوص انتقال داده ها. اما آنتن هوشمند چیست و چه کاربردى
دارد و گذشته از آن، آیا به راستى «آنتن» مى تواند «هوشمند»باشد؟
براى اینکه نسبت به سیستم آنتن هوشمند یک دید اولیه پیدا کنید، چشمانتان را
ببندید و سعى کنید در حالى که یکى از دوستانتان در اطراف اتاق حرکت مى کند
با او صحبت کنید. درمى یابید که مى توانید محل وى را (یا چند نفر را) بدون
دیدنشان در اتاق تشخیص دهید. مهمترین علت آن عبارت است از آنکه: صداى شخصى
را که صحبت مى کند از طریق دو گوشتان، که سنسورهاى صداى شما محسوب مى
شوند، مى شنوید. صدا در دو زمان مختلف به گوش شما مى رسد. مغز شما که یک
پردازشگر سیگنال حرفه اى است، محاسبات زیادى را انجام مى دهد تا همبستگى
اطلاعات را با هم پیدا کرده و محل شخص صحبت کننده را پیدا نماید. مغز شما
همچنین توان سیگنال صداى دریافتى از دو گوش را با هم جمع مى کند. بنابراین
صدا را در جهت مربوطه بلندتر از صداهاى دیگر دریافت خواهید کرد. سیستم هاى
آنتن تطبیقى هم همین کار را انجام مى دهند، که در آن به جاى گوش از آنتن
استفاده شده است. ولى فرق این دو در آن است که آنتن ها، دستگاه هایى دوطرفه
هستند و مى توانند سیگنالى را در همان جهت که سیگنال اول دریافت کرده اند
بفرستند. بنابراین با استفاده از «چند» آنتن مى توان سیگنال را «چند» بار
قوى تر دریافت و ارسال کرد.
نکته بعدى اینکه اگر چند نفر با هم صحبت کنند، مغز شما مى تواند تداخل را
حذف کرده و در یک زمان خاص روى یک مکالمه خاص تمرکز کند. سیستم هاى ارائه
تطبیقى پیشرفته هم مى توانند بین سیگنال مورد نظر و سیگنال هاى ناخواسته
تفاوت قائل شوند.
اکنون به تعریف آنتن هوشمند نزدیک مى شویم: یک سیستم آنتن هوشمند از چند
المان با قابلیت پردازش سیگنال استفاده مى کند تا تشعشع و یا دریافت را در
پاسخ به محیطى که سیگنال در آن وجود دارد بهینه نماید.
• نقش آنتن در یک سیستم مخابراتى
آنتن در سیستم هاى مخابراتى بیشتر از تمام بخش هاى دیگر از معرض دید دور
مانده است. آنتن دریچه اى است که انرژى فرکانسى رادیویى را از فرستنده به
دنیاى خارج و از دنیاى خارج به گیرنده کوپل مى کند. روشى که طى آن انرژى به
فضاى اطراف توزیع و از آن دریافت مى شود اثرى بسیار جدى روى استفاده موثر
از طیف، برقرارى شبکه هاى جدید و کیفیت سرویس ایجاد شده از این شبکه ها
دارد. به طور کلى دو نوع آنتن داریم: آنتن همه جهتى و آنتن یک جهتى.
• آنتن هاى همه جهتى
از روزهاى اولى که ارتباط بدون سیم شروع شد، از آنتن همه جهتى استفاده مى
شد که این آنتن در همه جهات سیگنال را به خوبى دریافت و منتشر مى کند.
الگوى این آنتن همه جهتى شبیه به قطرات آب است که پس از برخورد یک جسم به
آب، از سطح آب خارج مى شوند. در این نوع آنتن به علت این که اطلاعاتى از
محل قرار گرفتن کاربرها در دست نیست، سیگنال پراکنده مى شود و تنها درصد
کوچکى از سیگنال به هر کاربر مى رسد.
با وجود این محدودیت روش هاى همه جهتى سعى مى کنند این مشکل را با زیاد
کردن توان تشعشعى سیگنال هاى ارسال شده رفع نمایند. در صورت وجود چند کاربر
(یا چند منبع تداخل) مشکلات زیادى ایجاد مى شود زیرا سیگنال هایى که به
کاربر مورد نظر نرسند براى کاربران دیگر که به عنوان مثال در سیستم سلولى
در سلول مجاور قرار دارند، تداخل ایجاد مى کنند. روش هاى همه جهتى راندمان
طیف را کم کرده و استفاده مجدد از فرکانس را محدود مى کنند. این محدودیت ها
باعث مى شود که طراحان شبکه دائماً مجبور به اصلاح شبکه با هزینه هاى گران
باشند. در سال هاى اخیر محدودیت هاى تکنولوژى در مورد کیفیت، ظرفیت و پوشش
سیستم هاى بى سیم باعث ایجاد تغییرات در طراحى و قوانین آنتن در سیستم هاى
بى سیم شده است.
• آنتن هاى یک جهتى
یک تک آنتن نیز مى تواند طورى ساخته شود که 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 کنند. یک
ناحیه با شعاع ۳۶۰ درجه به ۳ زیر ناحیه ۱۲۰ درجه تقسیم و هر یک توسط یک روش
انتشارى پوشش داده مى شود.
آنتن هاى هر بخش در یک محدوده مشخص «گین» بیشترى را نسبت به یک آنتن همه
جهتى ایجاد مى کنند. منظور از گین بهره خود آنتن است و این به بهره هاى
پردازشى که در سیستم هاى آنتن هوشمند وجود دارد مربوط نمى شود. با اینکه
آنتن هاى قرار داده شده در هر بخش استفاده از کانال را چند برابر مى کنند،
ولى کماکان مشکل تداخل بین کانال ها را همانند آنتن هاى همه جهتى دارند.
• سیستم آنتن هوشمند
در حقیقت، آنتن ها هوشمند نیستند بلکه سیستم آنتن ها هوشمند هستند. عموماً
هنگامى که این سیستم ها در کنار یک ایستگاه پایه قرار مى گیرند، آنتن
هوشمند از یک ارائه آنتنى با قابلیت پردازش سیگنال دیجیتال براى ارسال و
دریافت سیگنال به صورت حساس و تطبیقى استفاده مى کند. به عبارت دیگر، چنین
سیستمى مى تواند به صورت اتوماتیک جهت الگو تشعشعى را در پاسخ به محیط
سیگنال تغییر دهد. این مسئله به طرز شگفت انگیزى مشخصه سیستم بى سیم را
بهبود مى بخشد.
• علت هوشمندى این نوع آنتن ها
در مکان هایى که تعداد کاربر، تداخل و پیچیدگى انتشار زیاد مى شود، به
سیستم هاى آنتن هوشمند نیاز خواهد بود. هوشمندى سیستم ها به امکانات آنها
براى پردازش سیگنال دیجیتال برمى گردد. مانند اکثر پیشرفت هاى مدرنى که در
صنایع الکترونیک امروزى صورت گرفته است، فرمت دیجیتال از جهت دقت و انعطاف
پذیرى کارکرد 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
کنند و در سمت دیگر دوباره آن را به سیگنال آنالوگ تبدیل مى نمایند. در
سیستم هاى آنتن هوشمند این قابلیت پردازش سیگنال با تکنیک هاى پیشرفته
(الگوریتم ها) ترکیب شده و براى اداره وضعیت هاى پیچیده استفاده مى شوند.
• اهداف و مزایاى یک سیستم آنتن هوشمند
دو هدف سیستم آنتن هوشمند، افزایش کیفیت سیگنال سیستم هاى رادیویى و افزایش
ظرفیت از طریق افزایش استفاده مجدد از فرکانس صورت مى گیرد. گین سیگنال،
ورودى چند آنتن با هم ترکیب مى شود تا توان موجود براى برقرارى سطح پوشش
مورد نظر بهینه شود.
متمرکز کردن انرژى فرستاده شده به سمت سلول، محدوده سرویس دهى و پوشش
ایستگاه پایه را افزایش مى دهد. مصرف توان کمتر عمر باترى را بیشتر کرده و
تلفن همراه را کوچک تر و سبک تر مى کنند. مقاومت در برابر تداخل و نسبت
سیگنال به تداخل را افزایش مى دهند. هزینه کمتر براى تقویت کننده، مصرف
توان و قابلیت اطمینان بیشترى را ایجاد خواهد کرد.
• کاربرد تکنولوژى آنتن هوشمند
تکنولوژى آنتن هوشمند مى تواند به نحو موثرى عملکرد سیستم بى سیم را بهبود
بخشد و از نظر اقتصادى نیز بسیار به صرفه است. این تکنولوژى کاربران
کامپیوترها، سیستم هاى سلولى و شبکه هاى حلقه محلى بى سیم را قادر مى سازد
که کیفیت سیگنال، ظرفیت سیستم و پوشش را بسیار بالا ببرند. کاربران معمولاً
در زمان هاى مختلف، به درصدهاى مختلفى از کیفیت، ظرفیت و پوشش نیاز دارند.
در اصل سیستم هایى که از نظر ساختار به راحتى قابل تغییر باشند، در دراز
مدت بهترین و به صرفه ترین راه حل ها محسوب مى شوند.
سیستم هاى آنتن هوشمند با اندکى تغییر، در تمام استانداردها و پروتکل هاى
بى سیم قابل اعمال هستند.
قابلیت انعطاف آنتن هوشمند تطبیقى اجازه خلق محصولات و خدمات بسیار سطح
بالایى را مى دهد. آنتن هاى تطبیقى هوشمند به هیچ نوع مدولاسیون یا پروتکل
برقرارى ارتباط هوایى محدود نیستند. این سیستم ها با تمام روش هاى
مدولاسیون فعلى سازگار هستند. احتمالاً طیف بسیار وسیعى از سیستم هاى
ارتباطى بدون سیم از مزایاى پردازش مکانى برخوردار مى شوند، مثلاً سیستم
هاى سلولى با قابلیت تحرک بالا، سیستم هاى سلولى با قابلیت تحرک کم،
کاربردهاى حلقه محلى بدون سیم، مخابرات ماهوراه اى و Lan هاى بدون سیم و به
ویژه اینترنت بى سیم براى کامپیوترهاى قابل حمل. باور بسیارى براین است که
پردازش مکانى، جاى تمام روش هاى موجود براى سیستم هاى بى سیم را خواهد
گرفت
