آنتن های هوشمند
امروزه كوشش هاى پیگیرانه اى در جهت استفاده هرچه بیشتر از امواج به جاى سیم ها در دنیاى كامپیوتر در حال انجام است كه 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) یكى از نمونه هاى برجسته و بسیار كارا در این زمینه است كه استفاده موفقیت آمیز از آن اكنون معمول گشته است. با این حال تكنیك هاى پیشرفته ترى نیز در راه هستند كه از آن جمله است به كارگیرى آنتن هاى هوشمند در گستره ارتباطات مخابراتى و به خصوص انتقال داده ها. اما آنتن هوشمند چیست و چه كاربردى دارد و گذشته از آن، آیا به راستى «آنتن» مى تواند «هوشمند»باشد؟
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.
• نقش آنتن در یك سیستم مخابراتى
آنتن در سیستم هاى مخابراتى بیشتر از تمام بخش هاى دیگر از معرض دید دور مانده است. آنتن دریچه اى است كه انرژى فركانسى رادیویى را از فرستنده به دنیاى خارج و از دنیاى خارج به گیرنده كوپل مى كند. روشى كه طى آن انرژى به فضاى اطراف توزیع و از آن دریافت مى شود اثرى بسیار جدى روى استفاده موثر از طیف، برقرارى شبكه هاى جدید و كیفیت سرویس ایجاد شده از این شبكه ها دارد. به طور كلى دو نوع آنتن داریم: آنتن همه جهتى و آنتن یك جهتى.
• 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.
• سیستم آنتن هوشمند
در حقیقت، آنتن ها هوشمند نیستند بلكه سیستم آنتن ها هوشمند هستند. عموماً هنگامى كه این سیستم ها در كنار یك ایستگاه پایه قرار مى گیرند، آنتن هوشمند از یك ارائه آنتنى با قابلیت پردازش سیگنال دیجیتال براى ارسال و دریافت سیگنال به صورت حساس و تطبیقى استفاده مى كند. به عبارت دیگر، چنین سیستمى مى تواند به صورت اتوماتیك 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 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.
• اهداف و مزایاى یك سیستم آنتن هوشمند
دو هدف سیستم آنتن هوشمند، افزایش كیفیت سیگنال سیستم هاى رادیویى و افزایش ظرفیت از طریق افزایش استفاده مجدد از فركانس صورت مى گیرد. گین سیگنال، ورودى چند آنتن با هم تركیب مى شود تا توان موجود براى برقرارى سطح پوشش مورد نظر بهینه شود.
متمركز كردن انرژى فرستاده شده به سمت سلول، محدوده سرویس دهى و پوشش ایستگاه پایه را افزایش مى دهد. مصرف توان كمتر عمر باترى را بیشتر كرده و تلفن همراه را كوچك تر و سبك تر مى كنند. مقاومت در برابر تداخل و نسبت سیگنال به تداخل را افزایش مى دهند. هزینه كمتر براى تقویت كننده، مصرف توان و قابلیت اطمینان بیشترى را ایجاد خواهد كرد.
• كاربرد تكنولوژى آنتن هوشمند
تكنولوژى آنتن هوشمند مى تواند به نحو موثرى عملكرد سیستم بى سیم را بهبود بخشد و از نظر اقتصادى نیز بسیار به صرفه است. این تكنولوژى كاربران كامپیوترها، سیستم هاى سلولى و شبكه هاى حلقه محلى بى سیم را قادر مى سازد كه كیفیت سیگنال، ظرفیت سیستم و پوشش را بسیار بالا ببرند. كاربران معمولاً در زمان هاى مختلف، به درصدهاى مختلفى از كیفیت، ظرفیت و پوشش نیاز دارند. در اصل سیستم هایى كه 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 اندكى تغییر، در تمام استانداردها و پروتكل 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 پروتكل 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 مكانى برخوردار مى شوند، مثلاً سیستم هاى سلولى با قابلیت تحرك بالا، سیستم هاى سلولى با قابلیت تحرك كم، كاربردهاى حلقه محلى بدون سیم، مخابرات ماهوراه اى و Lan هاى بدون سیم و به ویژه اینترنت بى سیم براى كامپیوترهاى قابل حمل. باور بسیارى براین است كه پردازش مكانى، جاى تمام روش هاى موجود براى سیستم هاى بى سیم را خواهد گرفت
