ВЛИЯНИЕ  АДАПТИВНОЙ  АНТЕННЫ  НА  ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  СИСТЕМ  СВЯЗИ  С  ПОДВИЖНЫМИ  ОБЪЕКТАМИ

Берлёв  Сергей  Викторович

преподаватель  ВИ  МВД  РФ  г.  Воронеж

Е-mail:  avenismail@mail.ru

Инфраструктура  крупного  города  включает  в  себя  как  жизненно  необходимую  составную  часть  систему  связи.  Необходимость  в  оперативном  обмене  информацией  привела  к  быстрому  развитию  систем  радиосвязи  с  подвижными  объектами.  Наиболее  часто  связь  осуществляется  между  неподвижным  центром  связи  и  подвижным  объектом.

В  настоящее  время  имеются  совершенные  комплексы  цифровой  системы  радиосвязи.  Однако  в  качестве  антенны  радиостанции  подвижного  объекта,  как  правило,  традиционно  используется  обычный  несимметричный  вибратор.

Антенна  в  виде  одиночного  несимметричного  вибратора  не  дает  возможности  эффективно  решить  проблемы  радиосвязи  с  подвижными  объектами,  которые  обусловлены  особенностями  распространения  радиоволн  в  городе.  Эти  проблемы  связаны  с  эффектами  затенения,  рассеяния  радиоволн,  многолучевости  и  быстрым  изменением  направления  прихода  лучей,  амплитуд  и  фаз  сигналов  при  движении  объекта.

Большинство  отмеченных  выше  проблем  удается  решить,  если  в  качестве  антенны  радиостанции  подвижного  объекта  использовать  антенную  решетку  с  системой  обработки  сигналов  от  ее  элементов,  позволяющей  адаптироваться  к  постоянно  изменяющейся  радиообстановке  по  критериям  качества  принимаемого  сигнала.

  Очевидно,  что  для  мобильных  систем  связи  разработка  низкопрофильных  излучателей  и  конформных  антенных  решеток  на  их  основе,  обладающих  повышенной  помехозащищенностью,  тактико-технической  надежностью,  управляемой  диаграммой  направленности  с  возможностью  пространственно-поляризационной  селекции  полезных  сигналов  на  фоне  помех,  является  актуальной  задачей.

Известно  [1,  с.  348],  что  преимуществом  адаптивных  антенн  (АА)  является  их  способность  бороться  с  внутрисистемными  помехами  за  счет  формирования  узкого  главного  лепестка  диаграммы  направленности  (ДН)  в  направлении  обслуживаемого  абонентским  терминалом  (AT),  и  ориентирования  «нулей»  ДН  в  направлении  других  AT,  находящихся  в  зоне  действия  БС  и  использующих  тот  же  частотный  и  временной  каналы.  В  соответствии  с  этим,  основной  характеристикой  АА  считается  выигрыш    в  отношении  сигнал/помеха  (ОСП),  достигаемый  использованием  АА.

Величина    определяется  коэффициентом  усиления    АА  в  главном  лепестке  ДН  и  коэффициентом    пространственной  режекции  сигналов  мешающих  AT  (рис.  1).    определяется  отношением:

                                                                                                (1)

где    и    -  мощности  помех  на  выходах,  соответственно,  ненаправленной  антенны  и  АА.

Рисунок  1.  ДН  ИА,  усиливающей  полезный  сигнал  и  режектрирующей  помеху.

С  учетом  (1)  выигрыш  АА  в  ОСП  равен

,                                                                                    (2)

где    и    -  значения  ОСП  при  приеме  сигналов,  соответственно,  АА  и  ненаправленной  антенной;    и  -  мощность  сигнала  и  спектральная  плотность  мощности  шума  на  выходе  ненаправленной  антенны,  W-  ширина  спектра  сигнала.

Преобразование  (2)  приводит  к  выражению

.                                                                                                              (3)

Если  мощность  внутрисистемных  помех  много  больше  мощности  шума  ,  то,  как  следует  из  (3),  выигрыш  от  использования  АА  равен  .

С  другой  стороны,  в  ситуации  доминирования  шумов  над  помехами  ,    определяется  только  коэффициентом  усиления  АА  .

Значения    и    зависят  от  числа  элементов  АР    и  числа  источников  помех  [2,  с.  101].  Максимальное  значение  ,  равное  ,  достигается  при  использовании  АА  в  качестве  пространственного  фильтра,  согласованного  с  сигналом  обслуживаемого  AT.  Тем  не  менее,  при  наличии  помех,  максимизация  ,  как  правило,  не  приводит  к  максимизации    (2),  поскольку  такой  вариант  использования  АА  не  предполагает  целенаправленной  режекции  помех  и,  соответственно,  влечет  за  собой  низкое  значение  .

Степень  свободы  при  выборе  весового  вектора  антенной  решетки  (АР)  определяется  разностью  М-К  между  числом  элементов  АР  и  числом  рассматриваемых  AT,  включая  обслуживаемый  AT  и  помеховые  AT.  Чем  больше  К  -  тем  меньше  степень  свободы  и,  соответственно,  ниже  .  При    АА  способна  как  режектировать  помеховые  сигналы,  так  и  ориентировать  максимум  главного  лепестка  ДН  в  направлении  обслуживаемого  AT  (рис.  2,  3).

Рисунок  2.  ДН  ИА  с  круговой  АР,  , 

Рисунок  3.  ДН  ИА  с  круговой  АР,  , 

  В  случае  АА  еще  способна  режектировать  все  помехи,  однако  уже  не  в  состоянии  управлять  ориентацией  максимума  ДН.  Если  ,  АА  не  позволяет  осуществлять  пространственную  режекцию  всех  источников  помех.

Таким  образом,  увеличение  числа  помех,  подлежащих  режекции,  приводит,  с  одной  стороны,  к  росту  ,  а  с  другой  стороны,  вызывает  снижение  .  Оптимальное  соотношение  между    и  ,  соответствующее  максимуму  (2,  с.  361),  зависит  от  баланса  мощностей  помех  и  шума.  Чем  мощнее  помеха  -  тем  больше  должен  быть  коэффициент  ,  тогда  как  максимизация    соответствует  случаю  преобладания  шумов  над  помехами.

Выводы.  Принципы  использования  АА  в  прямом  и  обратном  каналах  связи  не  имеют  принципиальных  отличий  и,  в  случае  временного  разделения  этих  каналов,  величина    оказывается  одинаковой  в  обоих  направлениях.  В  ситуации  с  частотным  разделением  прямого  и  обратного  каналов  связи  возникает  проблема  оценки  направлений  с  базовой  станции  на  AT.  В  этом  случае  значение    для  прямого  канала  связи  оказывается  на  3-4  дБ  ниже,  чем  для  обратного  канала  связи.

Список  литературы:

1.Монзиго  Р.Л.  Адаптивные  антенные  решетки  /  Р.Л.  Монзиго,  Т.У.  Миллер;  пер.  с  англ.-  М.:  Радио  и  связь,  2003.-  466  с.

2.Устройства  СВЧ  и  антенны.  Проектирование  фазированных  антенных  решеток:  учеб.  пособие  для  вузов  /  под  ред.  Д.И.  Воскресенского  -  М.:  Радиотехника,  2003.  –  632  с.