دانلود مقاله آنتن های هوشمند

مقدمه :

 امروزه کوشش های پیگیرانه ای در جهت استفاده هرچه بیشتر از امواج به جای سیم ها در دنیای کامپیوتر در حال انجام است که 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) یکی از نمونه های برجسته و بسیار کارا در این زمینه است که استفاده موفقیت آمیز از آن اکنون معمول گشته است.

با این حال تکنیک های پیشرفته تری نیز در راه هستند که از آن جمله است به کارگیری آنتن های هوشمند در گستره ارتباطات مخابراتی و به خصوص انتقال داده ها.

اما آنتن هوشمند چیست و چه کاربردی دارد و گذشته از آن، آیا به راستی «آنتن» می تواند «هوشمند»باشد؟

 برای اینکه نسبت به سیستم آنتن هوشمند یک دید اولیه پیدا کنید، چشمانتان را ببندید و سعی کنید در حالی که یکی از دوستانتان در اطراف اتاق حرکت می کند با او صحبت کنید.

درمی یابید که می توانید محل وی را (یا چند نفر را) بدون دیدنشان در اتاق تشخیص دهید.

مهمترین علت آن عبارت است از آنکه: صدای شخصی را که صحبت می کند از طریق دو گوشتان، که سنسورهای صدای شما محسوب می شوند، می شنوید.

صدا در دو زمان مختلف به گوش شما می رسد.

مغز شما که یک پردازشگر سیگنال حرفه ای است، محاسبات زیادی را انجام می دهد تا همبستگی اطلاعات را با هم پیدا کرده و محل شخص صحبت کننده را پیدا نماید.

مغز شما همچنین توان سیگنال صدای دریافتی از دو گوش را با هم جمع می کند.

بنابراین صدا را در جهت مربوطه بلندتر از صداهای دیگر دریافت خواهید کرد.

سیستم های آنتن تطبیقی هم همین کار را انجام می دهند، که در آن به جای گوش از آنتن استفاده شده است.

ولی فرق این دو در آن است که آنتن ها، دستگاه هایی دوطرفه هستند و می توانند سیگنالی را در همان جهت که سیگنال اول دریافت کرده اند بفرستند.

بنابراین با استفاده از «چند» آنتن می توان سیگنال را «چند» بار قوی تر دریافت و ارسال کرد.
نکته بعدی اینکه اگر چند نفر با هم صحبت کنند، مغز شما می تواند تداخل را حذف کرده و در یک زمان خاص روی یک مکالمه خاص تمرکز کند.

سیستم های ارائه تطبیقی پیشرفته هم می توانند بین سیگنال مورد نظر و سیگنال های ناخواسته تفاوت قائل شوند.
اکنون به تعریف آنتن هوشمند نزدیک می شویم: یک سیستم آنتن هوشمند از چند المان با قابلیت پردازش سیگنال استفاده می کند تا تشعشع و یا دریافت را در پاسخ به محیطی که سیگنال در آن وجود دارد بهینه نماید.

نقش آنتن در یک سیستم مخابراتی
آنتن در سیستم های مخابراتی بیشتر از تمام بخش های دیگر از معرض دید دور مانده است.

آنتن دریچه ای است که انرژی فرکانسی رادیویی را از فرستنده به دنیای خارج و از دنیای خارج به گیرنده کوپل می کند.

روشی که طی آن انرژی به فضای اطراف توزیع و از آن دریافت می شود اثری بسیار جدی روی استفاده موثر از طیف، برقراری شبکه های جدید و کیفیت سرویس ایجاد شده از این شبکه ها دارد.

به طور کلی دو نوع آنتن داریم: آنتن همه جهتی و آنتن یک جهتی.

سیستم آنتن هوشمند
در حقیقت، آنتن ها هوشمند نیستند بلکه سیستم آنتن ها هوشمند هستند.

عموماً هنگامی که این سیستم ها در کنار یک ایستگاه پایه قرار می گیرند، آنتن هوشمند از یک ارائه آنتنی با قابلیت پردازش سیگنال دیجیتال برای ارسال و دریافت سیگنال به صورت حساس و تطبیقی استفاده می کند.

به عبارت دیگر، چنین سیستمی می تواند به صورت اتوماتیک 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 یک سیستم آنتن هوشمند
دو هدف سیستم آنتن هوشمند، افزایش کیفیت سیگنال سیستم های رادیویی و افزایش ظرفیت از طریق افزایش استفاده مجدد از فرکانس صورت می گیرد.

گین سیگنال، ورودی چند آنتن با هم ترکیب می شود تا توان موجود برای برقراری سطح پوشش مورد نظر بهینه شود.

متمرکز کردن انرژی فرستاده شده به سمت سلول، محدوده سرویس دهی و پوشش ایستگاه پایه را افزایش می دهد.

مصرف توان کمتر عمر باتری را بیشتر کرده و تلفن همراه را کوچک تر و سبک تر می کنند.

مقاومت در برابر تداخل و نسبت سیگنال به تداخل را افزایش می دهند.

هزینه کمتر برای تقویت کننده، مصرف توان و قابلیت اطمینان بیشتری را ایجاد خواهد کرد.

کاربرد تکنولوژی آنتن هوشمند
تکنولوژی آنتن هوشمند می تواند به نحو موثری عملکرد سیستم بی سیم را بهبود بخشد و از نظر اقتصادی نیز بسیار به صرفه است.

این تکنولوژی کاربران کامپیوترها، سیستم های سلولی و شبکه های حلقه محلی بی سیم را قادر می سازد که کیفیت سیگنال، ظرفیت سیستم و پوشش را بسیار بالا ببرند.

کاربران معمولاً در زمان های مختلف، به درصدهای مختلفی از کیفیت، ظرفیت و پوشش نیاز دارند.

در اصل سیستم هایی که 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 اندکی تغییر، در تمام استانداردها و پروتکل 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 پروتکل 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 مکانی برخوردار می شوند، مثلاً سیستم های سلولی با قابلیت تحرک بالا، سیستم های سلولی با قابلیت تحرک کم، کاربردهای حلقه محلی بدون سیم، مخابرات ماهوراه ای و Lan های بدون سیم و به ویژه اینترنت بی سیم برای کامپیوترهای قابل حمل.

باور بسیاری براین است که پردازش مکانی، جای تمام روش های موجود برای سیستم های بی سیم را خواهد گرفت.
 

هوشمندی سیستم ها به امکانات آنها برای پردازش سیگنال دیجیتال برمی گردد.

مانند اکثر پیشرفت های مدرنی که در صنایع الکترونیک امروزی صورت گرفته است، فرمت دیجیتال از جهت دقت و انعطاف پذیری کارکرد 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 کنند و در سمت دیگر دوباره آن را به سیگنال آنالوگ تبدیل می نمایند.

در سیستم های آنتن هوشمند این قابلیت پردازش سیگنال با تکنیک های پیشرفته (الگوریتم ها) ترکیب شده و برای اداره وضعیت های پیچیده استفاده می شوند.

آنتن‌های هوشمند از گذشته‌های دور به طور معمول، کلمه آنتن به یک وسیله مکانیکی اطلاق می‌شود که امواج الکترومغناطیسی را به جریان الکتریکی و بالعکس تبدیل می‌کند و ما آن را بیشتر به عنوان یک تشعشع‌کننده می‌شناسیم.

اما در مبحث آنتن‌های هوشمند، کلمه آنتن مفهوم جامع‌تری دارد و شامل یک فرستنده و گیرنده کامل است.

تئوری آنتن‌های هوشمند یا تطبیقی، موضوع جدیدی نیست و از این آنتن‌ها سال‌ها در جنگ‌های الکترونیک استفاده می‌شده است؛ اولین استفاده عملی از آن به جنگ جهانی دوم (1940) بر می‌گردد.

در صنایع نظامی نیاز است که یک هدف را که با سرعت زیاد حرکت می‌کند، ردیابی کنند.

از آنجا که ثابت زمانی گردش مکانیکی آنتن به علت اینرسی زیاد آن، خیلی زیاد است، نمی‌تواند با ثابت زمانی مدارات الکترونیکی گیرنده و فرستنده آنتن منطبق شود و به همین دلیل، سرعت ردیابی به شدت کند می‌شود.

در نتیجه، این ایده مطرح شد که فضا را با چرخش الکترونیکی راستای دید آنتن جاروب کنند.

مراحل رسیدن به آنتن‌های هوشمند فعلی را می‌توان به صورت زیر بیان کرد: 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 شبکه‌های سلولی امروزی، باید تغییرات گسترده‌ای در ساختار این شبکه‌ها ایجاد گردد.

علاوه بر این، به علت زیاد بودن تعداد کاربران و نیز اثرات تضعیف مختلف، بهره آنها بسیار محدود است.

ولی استفاده از آنتن‌های هوشمند نوع سوم، به تغییرات گسترده در شبکه سیار سلولی حاضر نیاز ندارد.

همچنین، با استفاده از الگوریتم‌های مناسب می‌توان بهره آنها را تا حد مطلوب بهبود بخشید.

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

لزوم استفاده از آنتن‌های هوشمند از آنجاییکه برای طراحی شبکه‌های امروزی، تمام تلاش‌ها روی بهینه‌سازی روش‌های مدولاسیون، کدینگ و استانداردها متمرکز بوده‌است، به تکنولوژی‌های مرتبط با آنتن توجه کمتری شده‌است؛ در حالیکه برای رفع نیاز‌های شبکه‌های سلولی آینده باید آنها را تا حد ممکن هوشمند طراحی کرد.

در همین راستا، عمده توجهات روی فیلتر کردن فضا متمرکز شده است.

فیلتر کردن در حوزه فضا، بین کاربرهایی که از یک کانال رادیویی مشترک استفاده می‌کنند، تمایز ایجاد می‌کند و در نتیجه می‌توان از فضا به عنوان یک روش دستیابی (access) در ترکیب با روش‌های دستیابی کنونی نظیر FDMA، TDMA و CDMA استفاده کرد.

ذکر این نکته لازم است که در اینجا منظور از کانال، فرکانس کاریر، شیار زمانی و کد است.

در واقع آنتن هوشمند می‌تواند کاربرهایی را که فرکانس، شیار زمانی و کد آنها یکی است، از هم تشخیص دهد.

آغاز تحقیقات گسترده برای استفاده تجاری از آنتن‌های هوشمند، به سال 1994 بر می‌گردد.

این مساله ممکن است این سوال را مطرح سازد که چرا با این همه تأخیر به فکر استفاده از آنتن‌های هوشمند افتاده‌ایم و نه مثلاً بیست سال پیش؟

در پاسخ به این پرسش باید به دو نکته توجه کرد: -1 در حال حاضر نیاز شدیدی به افزایش ظرفیت در شبکه‌های مخابراتی وجود دارد؛ در حالیکه در گذشته چنین نبوده است.

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

طبقه‌بندی آنتن هوشمند بسته به اینکه آنتن‌های هوشمند بیم خود را چگونه تولید می‌کنند، می‌توان آنها را به سه دسته تقسیم کرد.

این تقسیم‌بندی در واقع یک 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 مشترک، بیمی را انتخاب می‌کند که بیشترین مقدار "نسبت سیگنال به نویز ( SNR )" را داشته باشد.

بدین‌ترتیب، توان سیگنال دریافتی افزایش می‌یابد.

این آنتن به سادگی قابل پیاده‌سازی بوده و هم‌اکنون تلاش‌های زیادی جهت استفاده از آن در نسل دوم و سوم شبکه‌های مخابراتی در حال انجام است.

2- tracking beam or dynamically phased array smart antenna TBA در این روش که به نوعی تعمیم روش قبلی است، با در نظر گرفتن "جهت سیگنال دریافتی از مشترک (DoA) " می‌توان مشترک را در محدوده سلول توسط یک بیم ردیابی کرد.

این روش باعث بهبود توان سیگنال دریافتی می‌شود.

در یک آنتن آرایه ‌فازی، در تغذیه هر آرایه از یک شیفت‌دهنده فاز استفاده می‌شود؛ در نتیجه بین هر دو آرایه یک اختلاف فاز به وجود می‌آید که میزان چرخش بیم آنتن را تعیین می‌کند.

با در نظر گرفتن اختلاف فاز بین دو سیگنال دریافتی از دو آرایه مجاور، می‌توان جهت مشترک 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 کردن این سیگنال‌ها در توابع وزن مناسب، می‌توان بیم آنتن را طوری جهت داد که حداکثر سیگنال دریافت شود.

در واقع در این روش، "نسبت سیگنال به مجموع تداخل و نویز (SINR‌) " بهینه می‌شود.

در هرکدام از روش‌های بالا، سیگنال دریافتی از هر المان آرایه در یک بردار وزن ضرب می‌شود.

آنچه که این روش‌ها را از هم متمایز می‌کند، چگونگی محاسبه این بردار وزن و نیز معیارهای لازم برای محاسبه آن است.

وقتی که آنتن هوشمند به یکی از روش‌های فوق به کار گرفته شد، می‌توان یک طبقه‌بندی دیگر نیز بسته به نوع کاربرد برای آن در نظر گرفت: 1 - high sensitivity reciever )HSR) در این الگو، آنتن هوشمند فقط در حالت uplink به‌کار می‌رود.

بنابراین می‌توان با افزایش بهره، حساسیت آن را افزایش داد.

این مفهوم، چیزی غیر از همان مفهوم diversity که در شبکه‌های 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 بهره آنتن در هر دو جهت افزایش می‌یابد.

بدین‌ترتیب، به نوعی فضا را فیلتر می‌کنند.

3- spatial division multiple access )SDMA) این روش، آخرین گام در تکامل آنتن‌های هوشمند است.

به‌طوریکه با استفاده از آن می‌توان با کاربرهای زیادی که از یک کانال مخابراتی مشترک در یک سلول استفاده می‌کنند به طور همزمان ارتباط برقرار کرد.

تنها عامل جداکننده این کاربرها زاویه فضایی است.

این روش باعث افزایش ظرفیت روش‌های دستیابی قبلی می‌شود.

استفاده از SDMA در سیستم‌های نسل دوم که مبتنی بر TDMA ‌ هستند تا حدی مشکل است ولی پیش‌بینی می‌شود که در آینده نزدیک، SDMA یک جزء اساسی در سیستم‌های مخابراتی نسل سوم مبتنی بر CDMA باشد.

فواید استفاده از آنتن‌های هوشمند افزایش ظرفیت: در نواحی پرجمعیت، تداخل عامل مهم محدودکننده ظرفیت است.

آنتن‌های هوشمند به طور همزمان با افزایش سطح سیگنال مفید دریافتی و کاهش اثر تداخل، SIR را افزایش می‌دهند.

درسیستم‌های ‏CDMA ، تداخل عامل مهمی در محدودکردن ظرفیت محسوب می‌شود.

علت این امر، عدم دقت در تعامد کدها است.

بدین‌ترتیب پیش‌بینی می‌شود که بهبود ظرفیت در سیستم CDMA ‌ خیلی بیشتر از سایر روش‌های دستیابی باشد.

نتایج تجربی برای سیستم CDMA‌ افزایش ظرفیتی از مرتبه 5 و برای سیستم TDMA‌ افزایش ظرفیتی از مرتبه 3 را نشان می‌دهند.

افزیش محدوه تحت پوشش: در نواحیی که توزیع جمعیت پراکنده باشد، با توجه به اینکه می‌توان پ?تِرن آنتن را سمت‌گراتر کرد، با استفاده از سیستم‌های هوشمند می‌توان آنتن‌ها را خیلی دورتر نسبت به هم قرار داد که این امر به معنی افزایش محدوده تحت پوشش شبکه بدون سیم است.

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

ارایه سرویس‌های جدید: با استفاده از آنتن‌های هوشمند، اطلاعات مفیدی درباره موقعیت مکانی مشترکان در اختیار خواهیم داشت.

از این اطلاعات می توان جهت ارایه سرویس‌های جدید به مشترکین بهره جست.

افزایش امنیت مکالمات: از آنجا که برای استراق سمع یک ارتباط باید مشترک مزاحم دقیقاً در همان زاویه فضایی که آنتن BS ، مشترک مورد نظر را می‌بیند قرار داشته باشد، استراق سمع هنگام استفاده از آنتن‌های هوشمند بسیار مشکل است.

کاهش انتشار multi-path : با استفاده از یک بیم باریک در BS ‌ برای ارتباط با مشترک، انتشار multi-path در BS کاهش می‌یابد.

البته این کاهش انتشار خیلی چشمگیر نیست.

هزینه‌ها و معایب استفاده از آنتن‌های هوشمند پیچیدگی تجهیزات فرستنده و گیرنده: با توجه به مباحث قبلی، تجهیزات به‌کاررفته در یک آنتن هوشمند خیلی پیچیده‌تر از آنتن‌های فعلی است.

علاوه‌بر این، الگوریتم‌های تشکیل بیم نیاز به محاسبات پیچیده دارند.

به این معنی که BS ‌های آنتن‌های هوشمند نیاز به پردازنده‌های قدرتمند و سریع دارند.

در نتیجه، هزینه آنها خیلی بیشتر از BS ‌های آنتن‌های امروزی است.

پیچیدگی مدیریت منابع رادیویی: علیرغم آنکه آنتن هوشمند یک تکنولوژی رادیویی است، ولی استفاده از آن تقاضاهای جدیدی را از مدیریت شبکه، مدیریت حرکت و مدیریت منابع (عملیاتی که عمدتاً در لایه سوم و اندکی در لایه چهارم صورت می‌گیرند) درخواست می‌کند که این مساله حجم پردازشی را که مدیریت شبکه باید انجام دهد به‌شدت افزایش می‌دهد.

در نتیجه، مدیریت منابع رادیویی پیچیده‌تر می‌شود.

هنگامی که باید تماس جدیدی برقرار شود و یا تماس فعلی از یک 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 که در BS ‌ یک بیم به طور دائم فضا را جاروب کند تا ببیند که آیا مشترک دیگری برای برقراری تماس، درخواست داده است یا نه.

این بیم را اصطلاحا tracking beam می‌نامند.

روش دومی نیز با استفاده از یک سیستم موقعیت‌یابی خارجی نظیر GPS وجود دارد.

در حالتی‌که عمل handover لازم باشد، علاوه‌بر روش‌های فوق، روش سومی نیز وجود دارد.

بدین‌ترتیب که برای حدس زدن سلولی که موبایل قصد رفتن به آن را دارد از اطلاعات زاویه‌ای و فضایی موبایل استفاده کنیم.

همانطوریکه که گفتیم، در سیستم SDMA ، کاربرهای مختلف در درون یک سلول از یک کانال مخابراتی مشترک استفاده می‌کنند و تنها زاویه فضایی‌شان باهم فرق دارد.

حال اگر بین این کاربرها تصادم زاویه‌ای رخ دهد، برای اینکه ارتباط ادامه داشته باشد یکی از آنها باید بلافاصله به کانال دیگری فرستاده شود.

این بدین معنی است که در این سیستم، علاوه بر آن handover ی که در سیستم‌های قبلی نظیر CDMA و TDMA داشتیم به یک intracell handover هم نیاز داریم.

بزرگی اندازه فیزیکی: برای اینکه آنتن هوشمند بهره 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.

فاصله این المان‌ها از هم حدود 4/0 الی 6/0 طول‌موج است.

با این توصیف، یک آنتن آرایه‌ای مشتمل بر 8 المان در فرکانس MHz 900 ، حدود m 2/1 و در فرکانس GHz 2 ، حدود cm 60 طول دارد.

با توجه به تمایل عمومی برای استفاده از BS ‌هایی با ابعاد کوچک که غیر قابل رویت باشند، این ابعاد خیلی مناسب نمی‌باشند.

electronvanic: 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.

• 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.

• 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.

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.