MForum.ru
29.03.2015,
Цифровая антенная решетка (ЦАР) - это упорядоченная совокупность антенных элементов, совмесное действие которых формирует диаграмму направленности решетки как по форме и направлению главного лепестка диаграммы направленности, так и по числу и уровням боковых лепестков. Решетка может быть пассивной или активной антенная система с поэлементой обработкой сигналов. Сигналы от элементов антенны подвергаются аналого-цифровому преобразованию, с последующей обработкой. В зарубежных публикациях ЦАР обычно именуют smart - антеннами или digital antenna array. Можно говорить также о Adaptive Array Antennas (AAS).
Можно упорядочивать антенные элементы вдоль линии (линейные ЦАР), на плоскости - (двумерные или плоскостные ЦАР), в трехмерном пространстве - на поверхностях определенной формы (цилиндр, конус, полусфера и т.п.). Чем сложнее система, тем больше возможностей она дает в плане управления диаграммой направленности.
Суммирование сигналов, поступающих на разные элементы антенны, с учетом задержек распространения сигнала из-за многолучевости позволяет превратить эффект многолучевости из негативного фактора в позитивный, добиться выигрыша в соотноешнии сигнал / (помехи+шумы). Адаптивная ЦАР автоматически изменяет свои параметры, подстраиваясь под информационную и помеховую обстановку в зоне действия решетки с тем, чтобы наилучшим образом удовлетворять требованиям используемого алгоритма обработки сигнала.

Пример ЦАР Alcatel-Lucent, 2011 год

Планарная антенна 32x32 (возможны и 64х64), 60 ГГц
Адаптивная антенная решетка, 48 элементов, 2 ГГц, источник: Arraycomm.
По мере роста числа базовых станций в системах сотовой связи и мобильного ШПД, ужесточаются требования к помехозащищенности таких систем. Дело в том, что по мере роста уровня помех, связанного с ростом числа пользователей сетями сотовой связи (в том числе IoT-подключений), ухудшается отношение сигнал/помеха в системах сотовой связи. Это снижает потенциальную пропускную способность таких систем. Востребованы системы, которые позволяют снижать уровень активных помех. Кроме того, желательно наращивать число пользователей одной базовой станции, работающих одновременно на одной частоте, т.к. это позволяет снизить необходимое число базовых станций и, тем самым, позволяет снизить операционные затраты оператора, связанные с обустройством площадок и выплатой арендных платежей за эти площадки.
Существующие методы увеличения числа пользователей в системе сотовой связи основаны на их разделении по положению в пространстве, времени работы, частоте и коду. В рамках уплотнения подбираются оптимальные параметры, минимизирующие уровень взаимных помех в системе. Использование ЦАР и цифрового формирования диаграммы направленности позволяет вести пространственную фильтрацию, добиваясь существенного улучшения параметров принимаемых сигналов. Цифровое диаграммообразование (ЦДО) обеспечивает точную селекцию сигналов по направлениям прихода, что позволяет увеличить число каналов связи и емкость сети. В системе связи с адаптивной цифровой антенной решеткой (АЦАР) много пользователей могут работать на одном частотном канале за счет разницы в пространственном положении таких пользователей. Использование многоэлементных АЦАР с числом элементов, измеряемом десятками, появляется возможность формировать лучи диаграммы направленности индивидуально для каждого пользователя системы в реальном врмени. Также в реальном времени строится оптимальная стратегия приема/передачи - отсюда и название "интеллектуальные антенны" (smart antennas), используемое в дападной литературе.
2016 Несмотря на успешное применение активных адаптивных ЦАР с числом элементов порядка сотни, в сотовой связи такие антенны широкого применения пока что не нашли. Это принято объяснять высокой стоимостью элементой базы многоэлементных ААЦАР. По мере снижения цены решения, такие антенны могут заменить существующие, что позволит сократить число площадок базовых станций или существенно повысить плотность сетей сотовой связи при равных затратах. Следует отметить, что переход к LTE активизировал работы в направлении внедрения АЦАР в практику сотовой связи и в ближайшие годы можно ожидать начало внедрения таких систем. Пока что чаще всего речь идет об антенных решетках со сравнительно небольшим числом элементов - от единиц до 1-2 десятков. Дальнейшее повышение эффективности ААЦАР можно ожидать по мере роста числа элементов в антенных решетках.
Нулевые годы. Появились чипсеты (программируемые логические интегральные схемы ПЛИС), быстродействие которых позволяет создавать АЦП-ЦАП с достаточной разрядностью и быстродействием, позволяющим работать с принимаемым и излучаемым сигналом на несущей частоте. Это создало практическую возможность для внедрения ЦАР в практику сотовой связи. Появление систем 4G/LTE также способствовало повышению потребности в АЦАР, т.к. возможности решения проблемы производительности сетей безантенным методом уже были исчерпаны.
Девяностые годы. В конце 90-х годов были проведены многочисленные исследования по применению ЦДО в области сотовой связи, до этого цифровое диаграммообразование применялось преимущественно в радиолокации и спутниковой связи. Несмотря на положительные результаты в тот период серийное использование АЦАР было экономически неоправданным. Прежде всего, не было чипсетов, способных работать на несущей частоте систем сотовой связи, а любые преобразования частот ухудшали получающиеся результаты.
Новости
2023.06.29 В ЛЭТИ тестируют прототип смарт-антенны СВЧ для сетей 5G. Для сетей 5G миллиметрового диапазона нужны антенные устройства с поддержкой формирования луча, в идеале - несколько лучей. Именно такой разработкой занимается кафедра микрорадиоэлектроники и технологии радиоаппаратуры (МИТ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Прототип антенны состоит из трех основных элементов. Первый – это подрешетка излучателей. Она подключается к многоканальному приемопередатчику, который соответственно, передает и принимает радиосигналы. В свою очередь они попадают на второй элемент – проходную антенную решетку, представляющую собой массив из 100 антенных элементов (в форме квадрата 10 на 10 ячеек), который формирует лучи в заданных направлениях. ![]()
Публикации по теме:
26.11.2020. Михаил Филимончик рассказал о новостях Центра инноваций 5G Ericsson в Москве
15.11.2019. Чипсеты: UNISOC успешно испытал работу модуля 5G, работающего в мм диапазоне
23.10.2018. Qualcomm представил новые радиомодули для частот миллиметрового диапазона
26.09.2018.
5G на базе решения Huawei - показ Билайн в Москве. Устройства
22.05.2014.
Конспекты: Вопросы разработки и стандартизации систем 5G в МСЭ-R
18.02.2011.
Alcatel-Lucent показала решение light Radio в Барселоне
14.09. Getmobit запускает производство кастомизируемых российских блоков питания для реестровой продукции
14.09. МегаФон и YADRO запустили 5G на российском оборудовании
14.09. Абоненты МегаФон в дачных товариществах в Чечне получили скорости передачи данных до 75 Мбит/с
14.09. МТС и «ИРТЕЯ» подключили российскую базовую станцию 5G к ядру коммерческой сети LTE в Екатеринбурге
14.09. 6G позволит операторам распределять кинетические токены?
13.09. В Японии успешно испытали беспроводный безбатарейный датчик утечки воды
13.09. Первый серийный фотолитограф ЗНТЦ 350 нм будет использовать компания «Маппер»
12.09. ASML раскрыла дорожную карту литографии: после High-NA последует Hyper-NA с апертурой 0,75
11.09. АО «Трамплин Холдинг» вложилась в дизайн-центр Malt System
11.09. МегаФон запустил в России сеть 5G
11.09. Билайн запустил 5G с увеличением скорости мобильного интернета в зоне покрытия до 30%
11.09. Т2 о запуске сети 5G в России
11.09. МТС открыла абонентам скоростную гигабитную сеть в 5 городах и включила 5G на частотах LTE
11.09. Минцифры объявило о запуске 5G в России в 16 городах
11.09. Сети NTN 5G и спутниковая подключенность - взгляд GSA
15.09. Tecno показала концепт безрамочного смартфона на базе Camon Slim 5G
15.09. Honor Play 11 с АКБ 8300 мАч, защитой IP69K и ценой от $195 представлен в Китае
15.09. Samsung представила OLED-дисплей M16 с яркостью 10 000 нит
14.09. Серия Honor Magic 9 получит 3 модели, в том числе с АКБ до 11 000 мАч
14.09. Samsung начала продавать восстановленные Galaxy S26 и S26 Ultra в Индии
14.09. Vivo Buds с 50 часами работы и 42 мс задержкой за $20 представлены в Индии
11.09. HMD возрождает бренд Asha - представлен бюджетный смартфон Asha 30
11.09. Apple представила AirPods 5 – улучшенное шумоподавление и Live Translation
11.09. Apple представила Watch Series 12 и Watch Ultra 4 – новый чип S11 и рекордная автономность
10.09. Apple представила iPhone 18 Pro и 18 Pro Max: 2-нм чип A20 Pro и камера с переменной диафрагмой
10.09. Apple iPhone Duo – первый складной смартфон Apple оценен в $1999
10.09. Realme представит 16 Pro и Buds T500 Pro в стилистике вселенной Гарри Поттера
10.09. Tecno Camon Slim 5G получил корпус толщиной 6.39 мм, 144 Гц AMOLED-экран и АКБ 6000 мАч
09.09. Xiaomi Pad 9 Pro Max – флагманский планшет на Xring O3 с 13.3" 144 Гц и 12000 мАч
09.09. Oppo A7 Pro с АКБ 8000 мАч, зарядкой 45 Вт и ценой от $330 представлен в Китае
09.09. Infinix Xpad 30 Pro с 2.5K-экраном и АКБ 8200 мАч представлен глобально
08.09. Samsung Galaxy A07s – доступный смартфон с шестью годами обновлений
08.09. Xplora Go Pad – планшет для детей с упором на родительский контроль
08.09. Появилась информация дизайне и характеристиках Poco C95 Pro 4G
07.09. Xiaomi Smart Band 11 стал ярче, тоньше и дольше работает