История умных антенн
Первые интеллектуальные антенны были разработаны для военной связи и сбора разведывательной информации. Рост популярности сотовых телефонов в 1980-х годах привлек интерес к коммерческим приложениям. Переход на цифровую радиотехнологию в сфере мобильных телефонов, внутренних беспроводных сетей и спутникового вещания создал в 1990-х годах новые возможности для интеллектуальных антенн, кульминацией которых стало развитие технологии MIMO (множественный вход и несколько выходов), используемой в 4G. беспроводных сетях .
Направленные антенны
[ редактировать ]Самый ранний успех в отслеживании и управлении беспроводными сигналами зависел от физической конфигурации и движения антенн. Немецкий изобретатель и физик Карл Ф. Браун продемонстрировал формирование луча впервые в 1905 году. Браун создал фазированную решетку , разместив три антенны для усиления излучения в одном направлении и уменьшения излучения в других направлениях. [1] Гульельмо Маркони экспериментировал с направленными антеннами в 1906 году. [2] Направленные антенны вращались для обнаружения и отслеживания сил противника во время Первой мировой войны. Британское адмиралтейство использовало гониометры (радиокомпасы) для отслеживания немецкого флота. [3] Эдвин Х. Армстронг изобрел супергетеродинный приемник для обнаружения высокочастотного шума, создаваемого системами зажигания немецких военных самолетов. Война закончилась до того, как творение Армстронга было готово помочь вести прямой зенитный огонь. [4] Несколько элементов (диполь с питанием, директор и отражатели) были собраны в 1920-х годах для создания узких диаграмм направленности передающей и приемной антенны. Массив Яги-Уда, более известный как антенна Яги , до сих пор широко используется. [2] Эдмонд Брюс и Харальд Т. Фриис разработали направленные антенны для коротковолновых и микроволновых частот в 1930-х годах. [2]
Решение AT&T использовать микроволновую печь для передачи междугороднего телефонного трафика привело к первому крупномасштабному коммерческому внедрению направленных антенн (на основе конструкции рупорного отражателя Фрииса). [5] ) в 1947 году. Направленные антенны с переменной поляризацией позволили повторно использовать одну пару частот на многих последовательных скачках. Микроволновые линии связи обходятся дешевле в развертывании и обслуживании, чем линии коаксиального кабеля. [6]
Радар с фазированной решеткой
[ редактировать ]Первый радар с фазированной решеткой с механическим сканированием (с использованием вращающейся антенны Яги) был продемонстрирован в 1930-х годах. [7] Первые радары с электронным сканированием использовали электромеханические устройства (такие как механические тюнеры или переключатели) для управления лучом антенны.
Германия построила круговую решетку Вулленвебера для пеленгации в первые годы Второй мировой войны. [8] «Вулленвебер» мог электронно сканировать горизонт на 360° и определять направление любого сигнала с достаточно хорошей точностью. Во время холодной войны круговые антенны были усовершенствованы для целей подслушивания. [9] Американский физик Луис Уолтер Альварес разработал первую систему наземного захода на посадку (GCA) для посадки самолетов в плохую погоду на основе микроволновой фазированной антенной решетки с электронным управлением. Альварес испытал и применил систему в Англии в 1943 году. [10] Ближе к концу войны немецкая компания GEMA построила радиолокационную систему раннего предупреждения с фазированной решеткой (PESA Mammut 1) для обнаружения целей на расстоянии до 300 км. [11] Полистержневая антенна управления огнем была разработана Bell Laboratories в 1947 году с использованием каскадных фазовращателей, управляемых поворотным переключателем (вращающимся со скоростью десять оборотов в секунду) для создания непрерывного сканирующего луча. [2]
Серьезным толчком к обеспечению требований национальной безопасности к времени реагирования и зоне покрытия стала разработка полностью электронного управляемого плоского радара с фазированной антенной решеткой. [12] Запуск СССР спутника в 1957 году показал необходимость создания наземных систем спутникового наблюдения. Корпорация Bendix отреагировала на это созданием своего радара с электронно-управляемой решеткой (ESAR) в 1960 году. Для обнаружения и отслеживания объектов в космосе были разработаны усовершенствованные методы формирования луча, такие как многолучевые матрицы Батлера. [12]
Запуск «Эксплорера-1» Соединенными Штатами в 1958 году предложил другое применение: космические радиолокационные системы для обнаружения и слежения за самолетами, кораблями, бронетехникой, баллистическими и крылатыми ракетами. Эти системы потребовали разработки специальных методов устранения радиолокационных помех, видимых из космоса, обнуления наземных помех и компенсации доплеровских сдвигов, испытываемых быстродвижущимися спутниками. [12]
Радиолокационные системы космического базирования стимулировали разработку более мелких, легких и менее дорогих компонентов: монолитных микроволновых интегральных схем ( ММИЦ ) для работы на частотах от 1 до 30 ГГц (микроволны) и от 30 до 300 ГГц (миллиметровые волны). диапазоны. Высокие уровни мощности, необходимые для обнаружения, легче достичь на микроволновых частотах. Узкие лучи, необходимые для сопровождения целей с высоким разрешением, лучше всего достигаются на частотах миллиметровых волн. Такие компании, как Texas Instruments , Raytheon , RCA , Westinghouse , General Electric и Hughes Electronics , участвовали в ранней разработке MMIC. [12]
Первый твердотельный радар был построен для морской пехоты США в 1972 году компанией General Electric. Это была мобильная трехмерная радиолокационная система с антенной решеткой, установленной на вращающейся платформе для сканирования горизонта. [2] Первым полностью твердотельным радаром с фазированной решеткой был радар УВЧ PAVE PAWS (система предупреждения о приближении к транспортному средству с фазированной решеткой), построенный в 1978 году для ВВС США. [13] Антенны с фазированной решеткой также используются в радиоастрономии. Карл Янский , первооткрыватель радиоволн, исходящих из галактики Млечный Путь, использовал решетку Брюса для экспериментов, которые он провел в 1931 году. [14] Современные радиотелескопы с фазированной решеткой обычно состоят из ряда небольших соединенных между собой антенн, таких как Murchison Widefield Array в Австралии, построенная в 2012 году. [15]
Адаптивные антенные решетки
[ редактировать ]Л.К. ван Атта был первым, кто в своем патенте 1959 года описал ретронаправленную антенну, решетку Ван Атта , которая перенаправляет (а не отражает) сигнал обратно в том направлении, откуда он пришел. [16] Сигнал может модулироваться перенаправляющим хостом для таких целей, как радиочастотная идентификация и управление трафиком (усиление эхо-сигнала радиолокационной цели). [17] Первая адаптивная решетка, подавитель боковых лепестков, была разработана Полом Хауэллсом и Сидом Эпплбаумом из General Electric в 1959 году для подавления сигналов радиолокационных помех. [18] Основываясь на Норберта Винера работе с аналоговыми фильтрами, в 1960 году профессор Стэнфордского университета Бернард Уидроу и аспирант Тед Хофф разработали алгоритм наименьших средних квадратов (LMS), который автоматически регулирует диаграмму направленности антенны для усиления полезных сигналов. [19] Тед Комптон из Университета штата Огайо разработал метод адаптивной антенны для восстановления сигналов с расширенным спектром прямой последовательности в присутствии узкополосных внутриканальных помех. Метод Комптона, о котором сообщалось в 1974 году, требует только знания псевдослучайного шумового (ПШ) кода желаемого сигнала, а не направления его прибытия. [20] В конце 1970-х годов Кеш Бахру и Дон Торриери разработали максимин-алгоритм для восстановления сигналов со скачкообразной перестройкой частоты в присутствии узкополосных внутриканальных помех. [21] В статье 1977 года исследователей Bell Labs Дугласа О. Ройдинка и Ю С. Йе описаны преимущества сканирования точечными лучами для спутников. По оценкам авторов, сканирующие точечные лучи могут сэкономить 20 дБ бюджета линии, что, в свою очередь, может быть использовано для снижения мощности передачи, увеличения пропускной способности связи и уменьшения размера антенн земных станций. [22] Спутниковые точечные лучи сегодня используются в спутниковых системах прямого вещания, таких как DirecTV и Dish Network .
Стратегическая оборонная инициатива (СОИ), предложенная в 1983 году, стала основным источником финансирования технологических исследований в нескольких областях. Алгоритмы, разработанные для отслеживания межконтинентальных баллистических ракет и рентгеновского лазерного оружия прямого действия, были особенно актуальны для интеллектуальных антенн.
Цифровые антенные решетки
[ редактировать ]Это антенные решетки с многоканальным цифровым формированием диаграммы направленности , обычно с использованием БПФ .
Теория «цифровых антенных решеток» (DAA) начала превращаться в теорию многоканального оценивания. Его истоки идутВернемся к методам, разработанным в 1920-х годах и использовавшимся для определения направления прихода радиосигналов по наборудве антенны на основе разности фаз или амплитуд их выходных напряжений. Таким образом, оценка направленийприход одиночного сигнала осуществлялся по показаниям индикатора острого типа или по кривым Лиссажу,нарисованный лучом на экране осциллографа. [23]
В конце 1940-х годов этот подход стал причиной появления теории трехканальных антенных анализаторов, обеспечившихрешение задачи разделения сигналов воздушной цели и «антипода», отраженных от подстилающей поверхности, путем решениясистему уравнений, которые были получены с помощью комплексных напряжений трехканальной смеси сигналов. [23]
Растущая сложность решения таких радиолокационных задач, а также необходимость реализации эффективной обработки сигналов с помощьюКонец 1950-х годов предопределил использование в этой области электронно-вычислительных машин. Например, в 1957 году Бен С. Мелтонти Лесли Ф. Бэйли опубликовали очень важную статью в этой области: [24] где авторы предложили варианты реализации алгебраических операций обработки сигналов с помощью электронных схем, их эквивалентов, с целью разработки коррелятора сигналов на базе некой аналоговой вычислительной машины. [23]
Замена аналоговых вычислительных средств цифровыми технологиями три года спустя, в 1960 г., воплотилась видея использования высокоскоростных компьютеров для решения задач пеленгации, первоначально для определения местоположения эпицентра землетрясения. БА Болтбыл одним из первых, кто реализовал эту идею на практике, [25] он разработал программу для IBM 704 для сейсмопеленгации на основе метода наименьших квадратов. [23] Почти одновременно аналогичный подход использовал Флинн, научный сотрудник Австралийского национального университета. [23] [26]
Несмотря на то, что в упомянутых экспериментах интерфейс между датчиками и компьютером был реализован с помощью карт ввода данных, такое решение стало решающим шагом на пути появления ДАА. Тогда оставалось только решить проблему прямого ввода цифровых данных, полученных с чувствительных элементов, в компьютер, исключив этап подготовки перфокарты и помощь оператора как лишнее звено. [23]
По-видимому, именно Поликарпов Б.И. первым обратил внимание на потенциальные возможности многоканальных анализаторов вбывший СССР [27] Поликарпов Б.И. показывает принципиальную возможность источников сигналов.разрешающая способность при угловом расстоянии меньше угла раскрытия антенной системы. [23]
Однако конкретное решение проблемы сверхрэлеевского разрешения источников излучения было предложено Варюхиным В.А. и Заблоцким М.А. лишь в 1962 году, они изобрели соответствующий метод измерения направлений на источники электромагнитного поля. [28] Этот метод основан на обработке информации, содержащейся в распределении комплексных амплитуд напряжения на выходах амплитудных, фазовых и фазо-амплитудных многоканальных анализаторов, и позволяет определять угловые координаты источников в пределах ширины главного лепестка приемного сигнала. антенная система.
Далее Варюхин В.А. разработал общую теорию многоканальных анализаторов, основанную на обработке информации, содержащейся в распределении комплексных амплитуд напряжения на выходах цифровой антенной решетки. Важной вехой в признании научных результатов Варюхина В.А. стала защита докторской диссертации, состоявшаяся в 1967 году. [23]
Отличительной особенностью разработанных им теоретических основ является максимальная автоматизация процесса оценки координат и параметров сигналов, тогда как подход, основанный на формировании функции отклика сейсмического многоканального анализатора и оценке его разрешающих возможностей на основе зрительных впечатлений только зародилось в то время. [23] Здесь имеется в виду метод Кейпона. [29] и разработал дальнейшую классификацию множественных сигналов (MUSIC), оценку параметров сигналов с помощью методов вращательной инвариантности (ESPRIT) и другие проекционные методы спектральной оценки.
Конечно, неблагодарно делать вывод о приоритете и важности различных альтернативных научных направлений.подходов в процессе разработки общей теории ДАА с учетом засекреченного характерабольшинства работ и отсутствие возможности изучения научного наследия того времени, даже с учетомИнтернет. Предлагаемое здесь историческое путешествие лишь слегка приоткрыло завесу времени над истинным развитием научной мысли.исследования и его основная цель состояла в том, чтобы указать общую нишу и временные рамки зарождения теории многоканального анализа.сквозь призму исторического фона. Отдельного рассмотрения заслуживает подробное изложение исторических этапов развития теории ДАА.
Передовые методы обработки
[ редактировать ]В статье 1979 года Ральфа О. Шмидта из Лаборатории электромагнитных систем (ESL, поставщик систем стратегической разведки) описан алгоритм классификации множественных сигналов (MUSIC) для оценки угла прихода сигналов. [30] Шмидт использовал метод подпространства сигнала , основанный на геометрическом моделировании, для получения решения, предполагающего отсутствие шума, а затем расширил метод, чтобы обеспечить хорошее приближение в присутствии шума. [31] Статья Шмидта стала наиболее цитируемой, а его метод сигнального подпространства стал предметом текущих исследований.
Джек Уинтерс показал в 1984 году, что сигналы, полученные от нескольких антенн, можно комбинировать (используя метод оптимального объединения), чтобы уменьшить внутриканальные помехи в цифровых мобильных сетях. [32] До этого времени разнесение антенн использовалось только для уменьшения замираний из-за многолучевого распространения. Однако цифровые мобильные сети станут обычным явлением только через десять лет.
Ричард Рой разработал алгоритм оценки параметров сигнала с помощью методов вращательной инвариантности (ESPRIT) в 1987 году. ESPRIT является более эффективным алгоритмом с более высоким разрешением, чем MUSIC, для оценки угла прихода сигналов. [33] Брайан Эйджи и Джон Трейхлер разработали алгоритм постоянного модуля (CMA) для слепой коррекции аналоговых FM и телефонных сигналов в 1983 году. [34] CMA полагается на знание формы сигнала, а не на информацию о состоянии канала или обучающие сигналы. В течение следующих нескольких лет Эйджи расширил CMA до адаптивных антенных решеток. [35] [36]
В 1990-х годах такие компании, как Applied Signal Technology (AST), разработали бортовые системы для перехвата цифровых звонков и текстовых сообщений по сотовым телефонам для нужд правоохранительных органов и национальной безопасности. Хотя бортовая система может подслушивать мобильного пользователя в любой точке сотовой сети, она будет принимать все мобильные станции, повторно использующие одного и того же пользователя, и управлять частотами примерно на одном и том же уровне мощности. Методы адаптивного формирования диаграммы направленности антенны и подавления помех используются для фокусировки на целевом пользователе. [37] AST была приобретена Raytheon в 2011 году. [38]
Множественный доступ с пространственным разделением каналов (SDMA)
[ редактировать ]В 1947 году Дуглас Х. Ринг написал внутренний меморандум Bell Laboratories, описывающий новый способ увеличения пропускной способности городских радиосетей. [39] Ринг предложил разделить город на географические ячейки, использовать передатчики малой мощности со всенаправленными антеннами и повторно использовать частоты в несмежных ячейках. Ринга Схема сотовой радиосвязи не стала практичной до появления интегральных схем в 1970-х годах.
По мере роста числа абонентов мобильных телефонов в 1980-х и 1990-х годах исследователи искали новые способы увеличения пропускной способности сети мобильной связи. Для разделения ячеек на сектора использовались направленные антенны. В 1989 году Саймон Свейлс из Бристольского университета в Великобритании предложил методы увеличения количества одновременных пользователей на одной и той же частоте. Принимаемые сигналы можно отличить по различиям в направлении их прибытия на антенную решетку сотовой станции. Сигналы передачи могут быть направлены на предполагаемого получателя с помощью формирования луча. [40] В следующем году Сорен Андерсон из Швеции представил аналогичную схему, основанную на компьютерном моделировании. [41] Ричард Рой и Бьорн Оттерстен из Arraycomm запатентовали метод множественного доступа с пространственным разделением каналов для систем беспроводной связи в начале 1990-х годов. Эта технология использовалась в линейке продуктов IntelliCell компании Arraycomm. [42]
Первые коммерческие интеллектуальные антенны
[ редактировать ]Ричард Рой и французский предприниматель Арно Саффари основали ArrayComm в 1992 году и наняли Марти Купера , который возглавлял группу Motorola , разработавшую первый портативный сотовый телефон, возглавить компанию. Интеллектуальные антенны ArrayComm были разработаны для увеличения пропускной способности беспроводных сетей, использующих дуплекс с временным разделением каналов (TDD), таких как сети PHS ( Personal Handy-phone System ), которые были развернуты по всей Азии. [43] Исследователь Bell Labs Дуглас О. Рьюдинк в 1995 году основал Metawave Communications, производителя антенн с переключаемым лучом для сотовых телефонных сетей. Metawave утверждала, что, сосредоточив внимание на областях с наибольшим трафиком, можно увеличить пропускную способность соты до 75%. Хотя Metawave удалось продать антенны с переключаемым лучом как минимум одному крупному оператору связи, в 2004 году компания обанкротилась. [44] В 1997 году AT&T Wireless Group объявила о планах предложить услуги фиксированной беспроводной связи на скорости до 512 кбит/с. Project Angel обещал покрытие вне прямой видимости (NLOS) с использованием формирования диаграммы направленности и мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM). Услуга была запущена в десяти городах в 2000 году. Однако к 2002 году AT&T продала свой бизнес по предоставлению услуг фиксированной беспроводной связи Netro Corp. [45]
Развитие 4G MIMO
[ редактировать ]Исследования умных антенн привели к разработке 4G MIMO. Традиционные методы интеллектуальных антенн (такие как разнесение и формирование диаграммы направленности) обеспечивают дополнительный выигрыш в спектральной эффективности. 4G MIMO использует естественное многолучевое распространение для увеличения спектральной эффективности.
Исследователи, изучающие передачу нескольких сигналов по разным проводам в одном пучке кабелей, помогли создать теоретическую основу для 4G MIMO. В частности, были исследованы методы подавления эффектов перекрестных помех с использованием знания исходных сигналов. Среди исследователей «проводного MIMO» были Лейн Х. Бранденбург и Аарон Д. Винер (1974), [46] Вим ван Эттен (1970-е), [47] Джек Солт (1985), [48] и Александра Дуэль-Халлен (1992). [49] Хотя оптимизация передачи нескольких потоков данных по разным парам проводов в одном жгуте требует компенсации перекрестных помех, передача нескольких потоков данных по разным беспроводным путям из-за многолучевого распространения представляет собой гораздо более сложную задачу, поскольку сигналы смешиваются во времени и пространстве. и частота.
В статье Грега Рэли 1996 года впервые был предложен метод увеличения пропускной способности беспроводных линий связи «точка-точка» с использованием нескольких совмещенных антенн на каждом конце линии связи в условиях многолучевого распространения. В документе представлено строгое математическое доказательство возможностей MIMO, основанное на точной модели канала, и определено OFDM как наиболее эффективный радиоинтерфейс для использования с MIMO. Документ был представлен IEEE в апреле 1996 года и представлен в ноябре на конференции по глобальным коммуникациям 1996 года в Лондоне. [50] В августе того же года Рэли также подал две заявки на патент на MIMO.
Рэли обнаружил, что многопутевое распространение можно использовать для увеличения пропускной способности канала после разработки улучшенной модели канала, которая показала, как многопутевое распространение влияет на форму сигнала. Модель учитывала такие факторы, как геометрия распространения радиосигнала (природные и искусственные объекты, служащие «локальными отражателями» и «доминирующими отражателями»), управление антенной решеткой, угол прихода и разброс задержек. [51] В статье исследователя Bell Labs Джерарда Дж. Фоскини , представленной в сентябре 1996 года и опубликованной в октябре того же года, также высказывалась теория, что MIMO можно использовать для значительного увеличения пропускной способности беспроводных соединений «точка-точка». [52] Bell Labs продемонстрировала прототип системы MIMO, основанной на своей технологии BLAST ( Bell Laboratories Layered Space-Time ). В конце 1998 года [53] Блочный пространственно-временной код (также известный как код Аламути) был разработан Сиавашем Аламути и широко используется в системах MIMO-OFDM . В статье Аламути 1998 года показано, что преимущества разнесения приема также могут быть достигнуты с использованием комбинации разнесения передачи и пространственно-временных блочных кодов. [54] Ключевым преимуществом разнесения передачи является то, что оно не требует использования нескольких антенн и радиочастотных цепей в мобильных телефонах.
Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM)
[ редактировать ]OFDM появился в 1950-х годах, когда инженеры Collins Radio Company обнаружили, что ряд несмежных подканалов менее уязвимы к межсимвольным помехам (ISI). [55] OFDM более систематически изучался Робертом Чангом в 1966 году. [56] Чанг использовал преобразования Фурье, чтобы обеспечить ортогональность. Сидни Дарлингтон предложил использовать дискретное преобразование Фурье (ДПФ) в 1970 году. [55] Стивен Б. Вайнштейн и Пол М. Эберт использовали дискретное преобразование Фурье (ДПФ) для модуляции и демодуляции основной полосы частот в 1971 году. [56] Модемы коммутируемого доступа, разработанные Gandalf Technologies и Telebit в 1970-х и 1980-х годах, использовали OFDM для достижения более высоких скоростей. [57] Amati Communications Corp. использовала свою дискретную многотональную (DMT) форму OFDM для передачи данных на более высоких скоростях по телефонным линиям, а также для передачи телефонных вызовов в приложениях цифровой абонентской линии (DSL). [58] OFDM является частью цифрового аудиовещания (DAB). [59] и цифровое видеовещание (DVB) [60] стандарты, разработанные в Европе. OFDM также используется в 802.11a. [61] и 802.11г [62] стандарты беспроводной локальной сети.
Коммерциализация 4G MIMO
[ редактировать ]Грег Рэли, В.К. Джонс и Майкл Поллак основали Clarity Wireless в 1996 году. Компания построила прототип фиксированной беспроводной линии связи MIMO-OFDM со скоростью 100 Мбит/с в диапазоне 20 МГц в диапазоне 5,8 ГГц и продемонстрировала безошибочную работу в течение шести миль при мощности передачи в один ватт. [63] Cisco Systems приобрела Clarity Wireless в 1998 году из-за ее векторной технологии OFDM (VOFDM) вне прямой видимости. [64] Форум индустрии широкополосной беспроводной связи (BWIF) был создан в 1999 году для разработки стандарта VOFDM. [65] Арогьясвами Паульрадж основал компанию Iospan Wireless в конце 1998 года для разработки продуктов MIMO-OFDM. Iospan была приобретена Intel в 2003 году. Ни Clarity Wireless, ни Iospan Wireless не поставляли продукты MIMO-OFDM до их приобретения. [66]
Грег Рэли и В.К. Джонс основали Airgo Networks в 2001 году для разработки наборов микросхем MIMO-OFDM для беспроводных локальных сетей. В 2004 году Airgo стала первой компанией, поставляющей продукцию MIMO-OFDM. [67] Qualcomm приобрела Airgo Networks в конце 2006 года. [68] Сурендра Бабу Мандава и Арогьясвами Паульрадж основали компанию Beceem Communications в 2004 году для производства наборов микросхем MIMO-OFDM для WiMAX. Компания была приобретена Broadcom в 2010 году. [69] В конце 2003 года Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) создал рабочую группу для разработки стандарта беспроводной локальной сети, обеспечивающего пропускную способность пользовательских данных не менее 100 Мбит/с. Было два основных конкурирующих предложения: TGn Sync поддерживали такие компании, как Intel и Philips, а WWiSE поддерживали такие компании, как Airgo Networks, Broadcom и Texas Instruments. Обе группы согласились, что стандарт 802.11n будет основан на MIMO-OFDM с вариантами каналов 20 МГц и 40 МГц. [70] TGn Sync, WWiSE и третье предложение (MITMOT, поддержанное Motorola и Mitsubishi) были объединены в так называемое Совместное предложение. [71] Окончательный стандарт 802.11n поддерживал скорость до 600 Мбит/с (с использованием четырех одновременных потоков данных) и был опубликован в конце 2009 года. [72] WiMAX был разработан как альтернатива стандартам сотовой связи, основан на стандарте 802.16e и использует MIMO-OFDM для обеспечения скорости до 138 Мбит/с. Более продвинутый стандарт 802.16m обеспечивает скорость загрузки до 1 Гбит/с. [73] Общенациональная сеть WiMAX была построена в США компанией Clearwire , дочерней компанией Sprint-Nextel , и к середине 2012 года охватывала 130 миллионов точек. [74] Впоследствии Clearwire объявила о планах развернуть LTE (стандарт сотовой связи 4G), охватывающий 31 город, к середине 2013 года. [75] Первый стандарт сотовой связи 4G был предложен NTT DoCoMo в 2004 году. [76] Долгосрочное развитие (LTE) основано на MIMO-OFDM и продолжает развиваться в рамках Проекта партнерства третьего поколения ( 3GPP ). LTE определяет скорость нисходящей линии связи до 300 Мбит/с, скорость восходящей линии связи до 75 Мбит/с и параметры качества обслуживания, такие как низкая задержка. [77] В LTE Advanced добавлена поддержка пикосот, фемтосот и каналов с несколькими несущими шириной до 100 МГц. LTE используется как операторами GSM /UMTS, так и CDMA . [78]
Первые услуги LTE были запущены компанией TeliaSonera в Осло и Стокгольме в 2009 году. [79] Наиболее развито развертывание в США, где все четыре оператора уровня 1 имеют или строят общенациональные сети LTE. В настоящее время действуют более 222 сетей LTE в 83 странах с примерно 126 миллионами подключений (устройств). [80]
Новые стандарты 5G MIMO-OFDM
[ редактировать ]Стандарт беспроводной локальной сети 802.11ac был предложен для обеспечения скорости 1 Гбит/с и выше. Разработка спецификации началась в 2011 году и, как ожидается, будет завершена к 2014 году. 802.11ac использует диапазон 5 ГГц, определяет каналы шириной до 160 МГц, поддерживает до 8 одновременных потоков данных MIMO и обеспечивает скорость передачи необработанных данных почти до 7 Гбит/с. [81] В настоящее время доступен ряд продуктов, основанных на проектах спецификаций 802.11ac.
Концепции мобильных сетей пятого поколения ( 5G ) находятся на стадии исследования. Коммерциализация ожидается к началу 2020-х годов. В марте 2013 года компания NTT DoCoMo протестировала восходящий канал связи 10 Гбит/с на частоте 400 МГц в диапазоне 11 ГГц. В мае 2013 года компания Samsung объявила, что экспериментирует в диапазоне 28 ГГц, используя базовые станции с числом антенн до 64, и достигла скорости 1 Гбит/с на расстоянии до 2 километров. [82] Samsung утверждает, что эта технология может обеспечить скорость в десятки Гбит/с при благоприятных условиях. [83] Исследования показывают, что сети 5G, скорее всего, будут состоять из небольших распределенных ячеек, работающих на частотах до 90 ГГц с использованием «массивного MIMO». По словам Якоба Хойдиса из Bell Laboratories, Alcatel-Lucent , Германия, «уплотнение сети — единственное решение проблемы нехватки мощностей». Это может включать в себя двухуровневые сети («HetNets») с использованием существующих базовых станций сотовой связи для обеспечения широкого покрытия и высокой мобильности, а также перемежающихся небольших сот для обеспечения пропускной способности и обслуживания внутри помещений. Массивный MIMO также будет использоваться в высокоскоростных транспортных каналах. [84]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Браун, Карл Фердинанд (11 декабря 1909 г.). «Нобелевская лекция: электрические колебания и беспроводная телеграфия» . Нобелевская премия.org . Нобель Медиа АБ 2013 . Проверено 21 октября 2013 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Майу, Роберт Дж. (2006). «Глава 17: История антенн с фазированной решеткой». В Саркаре, Тапан К .; и др. (ред.). История беспроводной связи . Джон Уайли и сыновья. стр. 567 –603. ISBN 978-0-471-71814-7 .
- ^ Хагилл, Питер Дж. (1999). Глобальные коммуникации с 1844 года: геополитика и технологии . Издательство Университета Джонса Хопкинса. п. 143. ИСБН 978-0-8018-6039-3 .
- ^ Дуглас, Алан (1990). «Наследие Эдвина Говарда Армстронга» . Труды Радиоклуба Америки . 64 (3) . Проверено 21 октября 2013 г.
- ^ Уилсон, Роберт В. (1991). «Глава 1: Открытие космического микроволнового фона». В Бланшаре, Ален; и др. (ред.). Физическая космология . Издания Frontieres. п. 3. ISBN 978-2-86332-094-5 .
- ^ «История сетевой передачи» . О сайте ATT.com . Проверено 21 октября 2013 г.
- ^ «Ранние экспериментальные радары ВМС США» . История.Военно-Морской Флот.Мил . Департамент Военно-морского флота — Военно-морской исторический центр . Проверено 23 октября 2013 г.
- ^ Кларк, Роберт М. (2011). Технический сборник разведывательных данных . CQ Пресс. п. 179. ИСБН 978-1-483-30495-3 .
- ^ Шонауэр, Скотт (5 февраля 2003 г.). «В Роте демонтируют реликвию холодной войны «Ринг для боя быков»» . Звезды и полосы . Проверено 21 октября 2013 г.
- ^ Макалир, Нил (2013). Сэр Артур Кларк: Одиссея провидца: Биография . РозеттаКниги. ISBN 978-0-795-33297-5 .
- ^ Копп, Карло (август 2012 г.). «Эволюция радиолокационной технологии AESA» . Микроволновой журнал, Приложение по военным микроволновым печьм . Проверено 23 октября 2013 г.
- ^ Jump up to: а б с д Фенн, Алан Дж.; и др. (август 2000 г.). «Развитие радиолокационной техники с фазированной решеткой» . Журнал лаборатории Линкольна . 12 (2) . Проверено 23 октября 2013 г.
- ^ Джон Пайк (6 марта 2000 г.). «РЛС AN/FPS-115 PAVE PAWS» . ФАС.org . Федерация американских ученых . Проверено 23 октября 2013 г.
- ^ «Янский, Карл (1905–1950)» . ScienceWorld.Wolfram.com . Вольфрам Исследования . Проверено 23 октября 2013 г.
- ^ Джейми Ригг (9 июля 2013 г.). «Murchison Widefield Array заработает и будет изучать Солнце, космический мусор, раннюю Вселенную и многое другое» . Engadget.com . АОЛ Инк . Проверено 23 октября 2013 г.
- ^ Патент США 2908002 , Лестер К. ван Атта, «Электромагнитный отражатель», опубликован 10 июня 1959 г.
- ^ Ито, Тацуо; и др., ред. (2001). Радиочастотные технологии для маломощной беспроводной связи . Джон Уайли и сыновья. стр. 341–342. ISBN 978-0-471-38267-6 .
- ^ Дин Чепмен. «Из первых рук: подавители боковых лепестков и тому подобное» . Сеть глобальной истории IEEE . ИИЭЭ . Проверено 23 октября 2013 г.
- ^ Эндрю Гольдштейн (1997). «Устная история Бернарда Уидроу» . Сеть глобальной истории IEEE . ИИЭЭ . Проверено 24 октября 2013 г.
- ^ Комптон, RT (март 1978 г.). «Адаптивный массив в системе связи с расширенным спектром». Учеб. ИИЭЭ . 66 (3): 289–298. Бибкод : 1978IEEP..66..289C . дои : 10.1109/PROC.1978.10901 . S2CID 23829075 .
- ^ Торриери, Дон; Кеш, Бахру (сентябрь 1984 г.). «Максимин-алгоритм для адаптивных массивов и связи со скачкообразной перестройкой частоты». Транзакции IEEE по антеннам и распространению . 32 (9): 919. Бибкод : 1984ITAP...32..919B . дои : 10.1109/TAP.1984.1143440 .
- ^ Реудинк, DO; Да, Ю.С. (октябрь 1977 г.). «Сканирующая спутниковая система с точечным лучом» (PDF) . Технический журнал Bell System . 56 (8): 1549–1560. дои : 10.1002/j.1538-7305.1977.tb00576.x . S2CID 39106176 . Проверено 18 октября 2013 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Слюсарь В.И. Истоки теории цифровых антенных решеток.// Международная конференция по теории и технике антенн, 24–27 мая 2017, Киев, Украина. – Пс. 199 - 201 [1]
- ^ Бен С. Мелтонт и Лесли Ф. Бэйли, Корреляторы множественных сигналов. // Геофизика. - Июль 1957. - Том. XXII, № 3. - С. 565-588. - DOI: 10.1190/1.1438390
- ^ Б. А. Болт. Проверка эпицентров, глубины очага и времени возникновения землетрясений с помощью высокоскоростного компьютера.//Геофизический журнал. - 1960, Том. 3, Выпуск 4. - С. 433 — 440. — DOI: 10.1111/j.1365-246X.1960. tb01716.x.
- ^ Э. А. Флинн. Локальное землетрясение с помощью электронного компьютера.//Бюллетень Сейсмологического общества Америки. - Июль 1960. - Вып. 50, № 3. – С. 467 - 470
- ^ Поликарпов Б.И. О некоторых возможностях применения независимых каналов приема сигналов и использованияЭлектроника и компьютерные технологии для повышения помехозащищенности и разрешающих характеристик радиолокационных измерений//Экспресс-информация, БНТ, № 23, 1961.
- ^ АС СССР № 25752. Метод измерения направлений на источники электромагнитного поля. // Варюхин В.А., Заблоцкий М.А. – 1962 г.
- ^ Дж. Капон, «Анализ частотно-волнового спектра высокого разрешения», Труды IEEE, 1969, Vol. 57, стр. 1408–1418.
- ^ Шмидт, Ральф О. (1979). Расположение нескольких излучателей и оценка параметров сигнала . Семинар по оценке спектра RADC. 3–5 октября 1979 г. База ВВС Гриффисс, Нью-Йорк.
- ^ Шмидт, Ральф О. (март 1986 г.). «Расположение нескольких излучателей и оценка параметров сигнала». Транзакции IEEE по антеннам и распространению . 34 (3): 276–280. Бибкод : 1986ITAP...34..276S . дои : 10.1109/TAP.1986.1143830 . S2CID 31251598 .
- ^ Уинтерс, Джек Х. (июль 1984 г.). «Оптимальное объединение цифровой мобильной радиосвязи с внутриканальными помехами» (PDF) . Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций . 2 (4): 528–539. CiteSeerX 10.1.1.457.2966 . дои : 10.1109/JSAC.1984.1146095 . S2CID 2352962 .
- ^ Рой, Ричард Х.; Кайлат, Томас (июль 1989 г.). «ESPRIT — оценка параметров сигнала с помощью методов вращательной инвариантности» (PDF) . Транзакции IEEE по акустике, речи и обработке сигналов . 37 (7): 984–995. дои : 10.1109/29.32276 . S2CID 14254482 .
- ^ Трейхлер, Джон Р.; Эйджи, Брайан (апрель 1983 г.). «Новый подход к коррекции многолучевого распространения сигналов постоянного модуля». Транзакции IEEE по акустике, речи и обработке сигналов . 31 (2): 459–472. дои : 10.1109/ТАССП.1983.1164062 .
- ^ Эйджи, Брайан Г. (апрель 1986 г.). «CMA по методу наименьших квадратов: новый метод быстрой коррекции сигналов с постоянным модулем». ИКАССП '86. Международная конференция IEEE по акустике, речи и обработке сигналов . Том. 2. С. 953–956. дои : 10.1109/ICASSP.1986.1168852 . S2CID 123033333 .
- ^ Эйджи, Брайан Г. Слепое разделение и захват сигналов связи с использованием многоцелевого формирователя луча с постоянным модулем . Конференция IEEE по военной связи. Бостон, Массачусетс, 15–18 октября 1989 г. Материалы конференции IEEE по военной связи . Том. 2. С. 340–346. дои : 10.1109/MILCOM.1989.103951 .
- ^ Лам, Закари (1998). «КОМИНТ попадает в сотовый ад. Революция сотовой связи привела к контрреволюции в области коммуникационной разведки» (PDF) . Журнал электронной защиты . 21 (6): 35–42 . Проверено 18 октября 2013 г.
- ^ Хаблер, Дэвид (20 декабря 2010 г.). «Raytheon покупает Applied Signal Technology» . Вашингтонские технологии . 1105 Медиа Инк . Проверено 24 октября 2013 г.
- ^ «Технический меморандум: Мобильная телефония – глобальное покрытие» (PDF) . Телефонные лаборатории Белла. 11 декабря 1947 года. Архивировано из оригинала (PDF) 7 февраля 2012 года . Проверено 24 октября 2013 г.
- ^ Суэйлс, Саймон К.; Бич, Марк А.; Эдвардс, Дэвид Дж. (1989). Многолучевые адаптивные антенны базовых станций для систем сотовой наземной мобильной радиосвязи (PDF) . Конференция IEEE по автомобильным технологиям. 1–3 мая 1989 г. Сан-Франциско, Калифорния.
- ^ Андерсон, Сорен; и др. (1991). «Адаптивный массив для систем мобильной связи» (PDF) . Транзакции IEEE по автомобильным технологиям . 40 (1): 230–236. дои : 10.1109/25.69993 . Архивировано из оригинала (PDF) 20 ноября 2010 года . Проверено 25 октября 2013 г.
- ^ Патент США 5642353 , Ричард Х. Рой III и Бьорн Оттерстен, «Системы беспроводной связи множественного доступа с пространственным разделением», опубликован 6 апреля 1997 г.
- ^ Гросс, Нил (18 июня 2000 г.). «Противоположник Телекома» . БизнесУик . Блумберг ЛП. Архивировано из оригинала 4 декабря 2013 года . Проверено 25 октября 2013 г.
- ^ «Метаволновые коммуникации» . Манта.com . Проверено 23 октября 2013 г.
- ^ Соломон, Дебора (15 января 2002 г.). «AT&T Wireless продаст компании Netro активы фиксированной беспроводной связи за 45 миллионов долларов наличными и акциями» . Уолл Стрит Джорнал . Доу Джонс и Ко . Проверено 25 октября 2013 г.
- ^ Бранденбург, Лейн Х.; Винер, Аарон Д. (май – июнь 1974 г.). «Пропускная способность гауссовского канала с памятью: многомерный случай». Технический журнал Bell System . 53 (5): 745–778. дои : 10.1002/j.1538-7305.1974.tb02768.x .
- ^ Ван Эттен, В. (август 1975 г.). «Оптимальный линейный приемник для многоканальных систем цифровой передачи» (PDF) . Транзакции IEEE по коммуникациям . 23 (8): 828–834. дои : 10.1109/TCOM.1975.1092893 .
- ^ Зальц, Джек (июль – август 1985 г.). «Цифровая передача по линейным каналам с перекрестной связью». Технический журнал AT&T . 64 (6): 1147–1159. Бибкод : 1985ATTTJ..64.1147S . дои : 10.1002/j.1538-7305.1985.tb00269.x . S2CID 10769003 .
- ^ Дуэль-Халлен, Александра (апрель 1992 г.). «Эквалайзеры для нескольких входных/несколько выходных каналов и систем PAM с циклостационарными входными последовательностями». Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций . 10 (3): 630–639. дои : 10.1109/49.127784 .
- ^ Рэли, Грегори; Чоффи, Джон М. (1996). Пространственно-временное кодирование для беспроводной связи (PDF) . Глобальная конференция по телекоммуникациям, 1996 г. Лондон, Великобритания, 18–22 ноября 1996 г.
- ^ Рэли, Грегори; и др. (1994). Характеристика векторных каналов с быстрым замиранием для многоантенных систем связи . Протокол конференции двадцать восьмой асиломарской конференции по сигналам, системам и компьютерам. Пасифик Гроув, Калифорния, 31 октября – 2 ноября 1994 г., стр. 853–857, том. 2. дои : 10.1109/ACSSC.1994.471582 .
- ^ Фоскини, Джерард. Дж. (1996). «Многослойная пространственно-временная архитектура для беспроводной связи в условиях замирания при использовании многоэлементных антенн» (PDF) . Технический журнал Bell Labs . Октябрь: 41–59 . Проверено 25 октября 2013 г.
- ^ «ВЗРЫВ: многослойное пространство-время лаборатории Белла» . Bell-Labs.com . Архивировано из оригинала 5 декабря 2013 года . Проверено 25 октября 2013 г.
- ^ Аламути, Сиаваш М. (октябрь 1998 г.). «Простой метод разнесения передачи для беспроводной связи» (PDF) . Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций . 16 (8): 1451–1458. дои : 10.1109/49.730453 . Проверено 25 октября 2013 г.
- ^ Jump up to: а б ЛаСорт, Ник; и др. (2008). История мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (PDF) . Конференция IEEE GLOBECOM 2008. дои : 10.1109/GLOCOM.2008.ECP.690 .
- ^ Jump up to: а б Вайнштейн, Стивен Б. (ноябрь 2009 г.). «История мультиплексирования с ортогональным частотным разделением [История связи]». IEEE-коммуникации . 47 (11): 26–35. дои : 10.1109/MCOM.2009.5307460 . S2CID 29001312 .
- ^ Чимини-младший, Леонард Дж.; Ли, Йе (Джеффри) (1998). «Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов для беспроводных каналов» (PDF) . IEEE Глобеком . 98 . Проверено 28 октября 2013 г.
- ^ Акансу, Али Н.; Линь, Сюэмин (1998). «Сравнительная оценка характеристик систем связи DSL на базе DMT (OFDM) и DWMT (DSBMT) для одно- и многотональных помех». Материалы Международной конференции IEEE по акустике, речи и обработке сигналов 1998 г., ICASSP '98 (Кат. № 98CH36181) (PDF) . Том. 6. С. 3269–3272. дои : 10.1109/ICASSP.1998.679562 . ISBN 978-0-7803-4428-0 . S2CID 17845207 . Проверено 28 октября 2013 г.
- ^ Ганди, К. (2003). «DAB: введение в систему Eureka DAB и руководство по ее работе» (PDF) . Технический отчет WHP-061, Британская радиовещательная корпорация . Проверено 27 октября 2013 г.
- ^ Ян, XD; и др. (2004). «Анализ производительности схемы OFDM в DVB-T». Материалы 6-го симпозиума IEEE по схемам и системам по новым технологиям: границы мобильной и беспроводной связи (IEEE Cat. No.04EX710) . Том. 2. С. 489–492. дои : 10.1109/CASSET.2004.1321932 . ISBN 978-0-7803-7938-1 . S2CID 19698932 .
- ^ Дуфекси, Анджела; и др. (2002). «Сравнение стандартов беспроводной локальной сети HIPERLAN/2 и IEEE 802.11» (PDF) . Журнал коммуникаций IEEE . 40 (5): 172–180. дои : 10.1109/35.1000232 . HDL : 1983/129 . Архивировано из оригинала (PDF) 3 декабря 2013 года . Проверено 27 октября 2013 г.
- ^ Вассис, Димитрис; и др. (2005). «Стандарт IEEE 802.11 g для сетей WLAN с высокой скоростью передачи данных». Сеть IEEE . 19 (3): 21–26. CiteSeerX 10.1.1.131.8843 . дои : 10.1109/MNET.2005.1453395 . S2CID 9141921 .
- ^ Джонс, В.К.; Роли, GG GLOBECOM, 1998 г., Труды: Мост к глобальной интеграции . Конференция IEEE GLOBECOM 1998. Сидней, Австралия, 8 ноября 1998 г. – 12 ноября 1998 г. Том. 2. С. 980–985. дои : 10.1109/GLOCOM.1998.776875 .
- ^ Джуннаркар, Сандип (15 сентября 1998 г.). «Cisco купит Clarity Wireless» . CBS Interactive Inc. Проверено 28 октября 2013 г.
- ^ Эндер Аяноглу; и др. (25 сентября 2001 г.). «BWIF — обеспечение широкополосного беспроводного доступа в помещении». Форум широкополосного беспроводного Интернета. CiteSeerX 10.1.1.28.5703 .
{{cite journal}}
: Для цитирования журнала требуется|journal=
( помощь ) - ^ Сампат, Хемант; и др. (2002). «Широкополосная беспроводная система MIMO-OFDM четвертого поколения: конструкция, производительность и результаты полевых испытаний». Журнал коммуникаций IEEE . 40 (9): 143–149. CiteSeerX 10.1.1.4.7852 . дои : 10.1109/MCOM.2002.1031841 .
- ^ Прасад, Рамджи; и др., ред. (2011). Глобализация мобильной и беспроводной связи: сегодня и в 2020 году . Спрингер. стр. 115 . ISBN 978-9-400-70106-9 .
- ^ «Qualcomm покупает Airgo, подразделение RFMD по Bluetooth» . ЭЭ Таймс . УБМ Тех. 4 декабря 2006 г. Проверено 28 октября 2013 г.
- ^ Гарднер, В. Дэвид (13 октября 2010 г.). «Broadcom приобретет Beceem за 316 миллионов долларов» . Информационная неделя . УБМ Тех. Архивировано из оригинала 28 ноября 2013 года . Проверено 28 октября 2013 г.
- ^ Кокс, Джон (8 февраля 2005 г.). «Обновление 802.11n: TGn Sync против WWiSE» . Сетевой мир . ИДГ . Проверено 28 октября 2013 г.
- ^ Смит, Тони (1 августа 2005 г.). «Конкуренты 802.11n согласились объединиться» . Регистр Великобритании . Проверено 28 октября 2013 г.
- ^ Нго, Донг (11 сентября 2009 г.). «Стандарт Wi-Fi 802.11n наконец одобрен» . CNET . CBS Interactive Inc. Проверено 28 октября 2013 г.
- ^ «WiMAX и стандарт радиоинтерфейса IEEE 802.16m» (PDF) . WiMAXforum.org . WiMAX-форум. Апрель 2010 г. Архивировано из оригинала (PDF) 7 декабря 2013 г. . Проверено 28 октября 2013 г.
- ^ «Годовой отчет и анализ условий конкурентного рынка в отношении мобильной беспроводной связи, включая коммерческие мобильные услуги» . FCC.gov . Федеральная комиссия по связи. 21 марта 2013 г. с. 8 . Проверено 28 октября 2013 г.
- ^ Кевин Фитчард (13 декабря 2011 г.). «Clearwire дает зеленый свет строительству LTE, привлекая 734 миллиона долларов» . ГИГАОМ.com . ГИГАОМ . Проверено 28 октября 2013 г.
- ^ Алебастр, Джей (20 августа 2012 г.). «Японская NTT DoCoMo регистрирует 1 миллион пользователей LTE в месяц, а общее число достигло 5 миллионов» . Сетевой мир . ИДГ . Проверено 29 октября 2013 г.
- ^ Магдалена Норборг. «ЛТЕ» . 3GPP.org . Партнерский проект «Третье поколение» . Проверено 29 октября 2013 г.
- ^ Жанетт Ваннстрем (май 2012 г.). «LTE Расширенный» . 3GPP.org . Партнерский проект «Третье поколение» . Проверено 29 октября 2013 г.
- ^ Ом Малик (14 декабря 2009 г.). «Стокгольм и Осло первыми получили коммерческую LTE» . ГИГАОМ.com . ГИГАОМ . Проверено 29 октября 2013 г.
- ^ «GSA подтверждает, что на ITU Telecom World запущено 222 сети LTE, основное внимание будет уделено APT700» . Gsacom.com . Глобальная ассоциация поставщиков мобильной связи. 22 октября 2013 года . Проверено 29 октября 2013 г.
- ^ Стивен Дж. Воан-Николс (21 июня 2013 г.). «Гигабитный Wi-Fi: 802.11ac уже здесь: пять вещей, которые вам нужно знать» . ЗДНет . CBS Интерактив . Проверено 29 октября 2013 г.
- ^ Даррен Мерф (1 октября 2013 г.). «Видение NTT DoCoMo беспроводной связи 5G: в 100 раз быстрее, чем LTE, но не раньше 2020 года» . engadget.com . АОЛ Тех . Проверено 29 октября 2013 г.
- ^ Сан-Хун, Чхве (13 мая 2013 г.). «Samsung продвигается к сетям 5G» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 29 октября 2013 г.
- ^ Хойдис, Якоб. О дополнительных преимуществах Massive MIMO, малых сот и TDD (PDF) . Семинар по теории связи IEEE. Пхукет, Таиланд, 23–26 июня 2013 г. Проверено 29 октября 2013 г.