Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 6. Методи доступу   /  Тема 6.6. Особливості використання просторово-поляризаційних параметрів при радіодоступі

Зміст:

6.6.2. Метод просторово-часового доступу

Відомий досить простий алгоритм функціонування точки доступу чи базової станції з просторово-часовим доступом. Процедура надання ресурсу станції складається з чотирьох основних етапів:

  1. Прийом заявки від абонента. Ця заявка приймається неспрямованою або слабо спрямованою антеною. Одночасно визначається напрям надходження сигналу заявки.
  2. У напрямі абонента, що викликає, встановлюється вузький промінь БПА.
  3. Здійснюється пошук абонента, що викликається, в межах дії роумінгу неспрямованими антенами базових станцій. Після відповіді цього абонента в його напрямі також встановлюється вузький промінь БПА цієї або іншої базової станції.
  4. Забезпечується зв’язок між абонентами, а в кінці сеансу встановлені промені прибираються або переорієнтовуються на чергових абонентів.

Схему організації напрямів зв’язку базової станції з абонентами i і j при просторово-часовому доступі подано на рис. 6.6.4.

Рис. 6.6.4. Схема зв’язку між i- та j-абонентами при просторово-часовому доступі

ДС БПА може бути створена різними способами. З теорії антен відомо, що діаграма спрямованості G(θ) в дальній зоні (коли розміри апертури d << R — відстані до точки спостереження) і розподіл електромагнітного поля по апертурі f(x) пов’язані між собою перетворенням Фур’є:

(6.6.3)

де gx) — множник спрямованості елемента dx; r = xsinθ + y(x)cosθ — різниця ходу променів.

Функція розподілу f(x) — комплексна, вона реалізується вибором амплітуд і фаз струмів у точках апертури.

Найпростіше апертуру виконати у вигляді дискретних антенних елементів, кожний з яких має свою функцію випромінювання ψi(u), . Така дискретна антена має назву антенної решітки (АР).

Результуюча ДС АР, що утворена БПА, має вигляд

(6.6.4)

де wi — комплексний ваговий коефіцієнт.

Управління променями такої БПА здійснюється за рахунок зміни параметрів вагових коефіцієнтів амплітуд і фаз, які включені в ланцюг кожного антенного елемента АР.

Розглянутий механізм створення необхідної ДС (6.6.4) є досить універсальним у тому значенні, що за такою схемою виконуються всі просторово-поляризаційні задачі в АР: створення БПА, рознесений прийом, адаптивний прийом, адаптивна компенсація завад (АКЗ), робота адаптивних антенних решіток (ААР), фазованих АР (ФАР), множинний доступ, — усі ці та інші задачі об’єднуються під брендом MIMO. Приклад електричної схеми таких антенних решіток подано на рис. 6.6.5.

Рис. 6.6.5. Загальна структура вагового складання множинних сигналів Si(t) з комплексним коефіцієнтом wi(t)

Популярним різновидом АР і БПА є гібридні антени: дзеркальні антени, у фокусі яких встановлюються елементи АР, кожний з яких формує свій промінь. Приклад конструкції такої антени подано на рис. 6.6.6.

Рис. 6.6.6. Варіант реалізації дзеркальної багатопроменевої антени (гібридної)

Гібридні антени широко використовуються в системах супутникового зв’язку, на ретрансляторах у космічному просторі. Відомі конструкції гібридних антен з числом опромінювачів, а відповідно і променів БПА, що становлять декілька десятків (54).

Процедура встановлення зв’язку при просторово-часовому доступі може мати таку послідовність. Заявку на зв’язок точка доступу або ретранслятор приймає по широкому променю. Забезпечення високої надійності прийому заявки може бути досягнуто за допомогою широкосмугового сигналу (ШСС). При використанні багатопозиційної псевдовипадкової послідовності (ПВП) ШСС і при збігу цієї ПВП з опорною, еквівалентне співвідношення сигнал/шум на виході загального суматора збільшується в кілька разів, чим досягається необхідне підвищення завадостійкості прийому сигналу заявки. Далі визначається напрямок, з якого надійшла заявка.

Завдання визначення напряму надходження сигналу абонента розв’язується за допомогою рекурсивної процедури оцінки просторового спектра. Процедура складається з трьох основних рекурсивних складових, що є послідовними:

  1. виділення просторового вікна за допомогою управляючого вектора:
    (6.6.5)
    де n — номер антенного елемента, N — кількість антенних елементів; θ — кут (напрям просторового вікна);
  2. заглушення прийому сигналів, що надходять зі всіх невиділених напрямів. Ця процедура може бути реалізована з використанням алгоритму Уідроу, Калмана-Б’юсі, Еппльбаума або інших відомих алгоритмів управління векторами вагових коефіцієнтів ААР. Так, модифікація алгоритму Еппльбаума для заглушення сигналів, що перебувають за межами виділеного вікна, має такий вигляд:
    (6.6.6)
    де μ(k) — крокова стала; — вектор сигналів;
  3. рекурсивне визначення позначки відповідності амплітуди і просторової фази у виділеному вікні
    (6.6.7)

До початку третьої фази перехідні процеси другої фази мають бути завершені. При цьому залишається відмітка про сигнал, що потрапляє в захисне вікно.

Далі у напрямі на визначених сигналах встановлюється вузький промінь БПА. На рис. 6.6.7 подано структурну схему організації просторово-часового доступу, де кожному з М-абонентів формується свій окремий промінь в пристрої управління ВВК-М.

Рис. 6.6.7. Структурна схема організації просторово-часового доступу для М-абонентів