История умных антенн - History of smart antennas

Первый умные антенны были разработаны для военная связь и сбор разведданных. Рост сотовых телефонов в 1980-х годах вызвал интерес к коммерческим приложениям. Переход к цифровым радиотехнологиям в мобильных телефонах, беспроводных сетях внутри помещений и спутниковом радиовещании создал новые возможности для интеллектуальных антенн в 1990-х годах, что привело к развитию MIMO (несколько входов - несколько выходов) технология, используемая в 4G беспроводные сети.

Направленные антенны

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 фазированная решетка путем размещения трех антенн 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 боевых самолетов. Война закончилась до того, как создание Армстронга было готово помочь наводить 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 антенн. Массив Яги-Уда, более известный как Яги антенна, до сих пор широко используется.[2] Эдмонд Брюс и Харальд Т. Фриис разработал направленные антенны для коротковолновых и микроволновых частот в 1930-е годы.[2]

Решение AT & T для использования микроволновой печи для перевозки между городами телефонного трафика привел к первому крупномасштабного коммерческого развертывания направленных антенн (на основе конструкции рожок отражателя Friis’[5]) в 1947 году. Направленные антенны с переменной поляризацией позволяли повторно использовать одну пару частот на многих последовательных переходах. СВЧ-каналы менее дороги в развертывании и обслуживании, чем коаксиальные кабельные каналы.[6]

Радар с фазированной антенной решеткой

Первый механически сканированный фазированная решетка радар (использующий вращающуюся антенну 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 Wullenweber круговая антенная решетка для пеленгования в первые годы Второй мировой войны.[8] Wullenweber мог электронным образом сканировать горизонт на 360 ° и определять направление любого сигнала с достаточно хорошей точностью. Круглые решетки были усовершенствованы во время холодной войны для подслушивания.[9]Американский физик Луис Вальтер Альварес разработал первый наземный подход (GCA) система для посадки самолетов в плохую погоду на основе управляемой с электронным управлением микроволновой фазированной антенной решетки. Альварес испытал и развернул систему в Англии в 1943 году.[10] Ближе к концу войны немецкое агентство GEMA построило радиолокационную систему раннего предупреждения с фазированной антенной решеткой (PESA Mammut 1) для обнаружения целей на расстоянии до 300 км.[11] Антенна управления огнем polyrod 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]

Для обеспечения соответствия требованиям национальной безопасности к времени реагирования и требованиям к зоне действия была решена разработка полностью электронной управляемой плоской РЛС с фазированной антенной решеткой.[12] Запуск спутника СССР в 1957 году показал необходимость наземных спутниковых систем наблюдения. Bendix Corporation ответила созданием своего радара с электронной 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 Explorer 1 Соединенными Штатами в 1958 году предложил другое применение: космические радарные системы для обнаружения и отслеживания самолетов, кораблей, бронетехники, баллистических ракет и крылатых ракет. Эти системы потребовали разработки специальных методов устранения помех от радара, видимых из космоса, устранения помех от наземных источников и компенсации доплеровских сдвигов, испытываемых быстро движущимися спутниками.[12]

Радиолокационные системы космического базирования стимулировали разработку более компактных, легких и менее дорогих компонентов: монолитных СВЧ-интегральных схем (MMIC ) для работы в диапазонах частот от 1 ГГц до 30 ГГц (микроволновая) и от 30 ГГц до 300 ГГц (миллиметровые волны). На микроволновых частотах легче достичь высоких уровней мощности, необходимых для обнаружения. Узкие лучи, необходимые для отслеживания цели с высоким разрешением, лучше всего достигаются на частотах миллиметрового диапазона. Такие компании как Инструменты Техаса, Raytheon, RCA, Westinghouse, General Electric, и Hughes Electronics участвовал 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 решеткой, установленной на вращающейся платформе для обзора горизонта.[2] Первый твердотельный радар с фазированной антенной решеткой был Проложить лапы (Система высокоточного обнаружения - система предупреждения с фазированной антенной решеткой) УВЧ-радар, 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 массив Брюса для экспериментов, которые он проводил в 1931 году.[14] Современные радиотелескопы с фазированной антенной решеткой обычно состоят из нескольких небольших, соединенных между собой антенн, таких как Мурчисон Уайдфилд Массив в Австралии, построена в 2012 году.[15]

Адаптивные антенные решетки

Л. К. ван Атта был первым, кто описал ретроспективный антенна, которая перенаправляет (а не отражает) сигнал обратно в том направлении, откуда он пришел, в его патенте 1959 года.[16] Сигнал может быть модулирован перенаправляющим хостом для таких целей, как определение радиочастоты и управление движением (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] Опираясь на Норберт Винер Работа с аналоговыми фильтрами, в 1960 году профессор Стэнфордского университета Бернард Видроу и аспирант Тед Хофф разработал наименьшие средние квадраты (LMS) алгоритм, 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 межканальных помех. Метод Комптона, о котором было сообщено в 1974 году, требует только знания псевдослучайного шумового (PN) кода полезного сигнала, а не направления его прихода.[20] В конце 1970-х Кеш Бахру и Дон Торриери разработал алгоритм максимина для восстановления сигналов со скачкообразной перестройкой частоты при наличии узкополосных межканальных помех.[21]В статье 1977 г. исследователей Bell Labs Дугласа О. Рейдинка и Ю. С. Йе описаны преимущества сканирующих точечных лучей для спутников. По оценкам авторов, сканирующие точечные лучи могут сэкономить 20 дБ в бюджете линии связи, что, в свою очередь, может быть использовано для уменьшения мощности передачи, увеличения пропускной способности и уменьшения размера антенн земных станций.[22] Спутниковые точечные лучи сегодня используются в спутниковых системах прямого вещания, таких как DirecTV и Блюдо Сеть.

В Стратегическая оборонная инициатива (SDI), предложенный в 1983 году, стал основным источником финансирования технологических исследований в нескольких областях. Алгоритмы, разработанные для отслеживания межконтинентальных баллистических ракет и лазерного оружия с прямым рентгеновским излучением, были особенно актуальны для интеллектуальных антенн.

Цифровые антенные решетки

Основная статья: Цифровая антенная решетка

Это антенные решетки с многоканальными цифровой формирование луча, обычно с помощью БПФ.

Теория «цифровых антенных решеток» (DAA) начала возникать как теория многоканального оценивания. Его истоки восходят к методам, разработанным в 1920-х годах, которые использовались для определения направления прихода радиосигналов с помощью набора из двух антенн на основе разности фаз или амплитуд их выходных напряжений. Таким образом, оценка направлений прихода одиночного сигнала производилась по показаниям точечного индикатора или по кривым Лиссажу, начерченным лучом на экране осциллографа.[23]

В конце 1940-х годов этот подход вызвал появление теории трехканальных антенных анализаторов, которая позволила решить проблему разделения сигналов воздушной цели и «антипода», отраженного от подстилающей поверхности, путем решения системы уравнений, полученных с помощью комплексные напряжения трехканальной смеси сигналов.[23]

Растущая сложность решения подобных радиолокационных задач, а также необходимость внедрения эффективной обработки сигналов к концу 1950-х годов предопределили использование электронно-вычислительных машин в этой области. Например, в 1957 году Бен С. Мелтонт и Лесли Ф. Бейли опубликовали очень важную статью в этой области:[24] где авторами предложены варианты реализации алгебраических операций обработки сигналов с помощью электронных схем, их эквивалентов, с целью разработки коррелятора сигналов на базе определенного аналогового компьютера.[23]

Замена аналоговых вычислительных средств цифровыми технологиями через три года после того, как в 1960 году была воплощена в идее использования высокоскоростных компьютеров для решения задач пеленгования, первоначально для определения местоположения эпицентра землетрясения. Б. А. Болт был одним из первых, кто реализовал эту идею на практике,[25] он разработал для IBM 704 программу пеленгации сейсмических волн на основе метода наименьших квадратов.[23] Практически одновременно аналогичный подход был использован Флинном, научным сотрудником 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 DAA. Дальше оставалось только решить задачу прямого ввода цифровых данных, полученных с чувствительных элементов, в компьютер, исключая этап подготовки перфокарты и помощи оператора в качестве лишнего звена.[23]

Судя по всему, это был Поликарпов Б.И. кто первым обратил внимание на потенциальные возможности многоканальных анализаторов в бывшем СССР[27] Поликарпов Б.И. показана принципиальная возможность разрешения источников сигналов с угловым расстоянием меньше угла раскрытия антенной системы.[23]

Однако конкретное решение проблемы сверхрэлеевского разрешения источников излучения было предложено Варюхиным В.А. и Заблоцкий М.А. только в 1962 году 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 фазоамплитудных многоканальных анализаторов, и позволял определять угловые координаты источников в пределах ширины главного лепестка приемника. 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. Важная веха в признании научных результатов Варюхина В.А. была защита докторской диссертации, проведенная 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 визуальных впечатлений в то время только зарождалось.[23] Имеется в виду метод Капона.[29] и развился дальше классификация множественных сигналов (МУЗЫКА), Оценка параметров сигнала с помощью методов инвариантности вращения (ESPRIT) и другие проекционные методы спектральной оценки.

Конечно, неблагодарно делать вывод о приоритетности и важности различных альтернативных научных подходов в процессе развития общей теории DAA, учитывая засекреченный характер большинства работ и отсутствие возможности изучения научного наследия. того времени, даже с учетом интернета. Предлагаемое здесь историческое путешествие лишь слегка приподнимало завесу времени над истинным развитием научных исследований, и его главная цель заключалась в том, чтобы указать общую нишу и временные рамки зарождения теории многоканального анализа через призму исторического фона. Подробное изложение исторических этапов развития теории DAA заслуживает отдельного рассмотрения.

Передовые методы обработки

Статья 1979 года Ральфа О. Шмидта из Лаборатория электромагнитных систем (ESL, поставщик систем стратегической разведки) описал классификация множественных сигналов (MUSIC) алгоритм оценки угла прихода сигналов.[30] Шмидт использовал сигнальное подпространство метод, основанный на геометрическом моделировании, для получения решения, предполагающий отсутствие шума, а затем расширил метод, чтобы обеспечить хорошее приближение в присутствии шума.[31] Статья Шмидта стала самой цитируемой, а его метод подпространства сигналов стал центром текущих исследований.

Джек Уинтерс показал в 1984 году, что принятые сигналы от нескольких антенн можно комбинировать (используя метод оптимального комбинирования) для уменьшения межканальных помех в цифровых мобильных сетях.[32] До этого времени разнесение антенн использовались только для уменьшения замирания из-за многолучевого распространения. Однако цифровые мобильные сети не станут обычным явлением в ближайшие десять лет.

Ричард Рой разработал Оценка параметров сигнала с помощью методов инвариантности вращения (ESPRIT) в 1987 году. ESPRIT - более эффективный алгоритм 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 Прикладная сигнальная технология (AST) разработала бортовые системы перехвата цифровых сотовых телефонных звонков и текстовых сообщений для правоохранительных органов и целей национальной безопасности. Хотя бортовая система может подслушивать мобильного пользователя в любом месте сотовой сети, она будет принимать все мобильные станции, повторно использующие одного и того же пользователя и управляющие частотами примерно с одинаковым уровнем мощности. Методы адаптивного формирования луча антенны и подавления помех используются, чтобы сосредоточиться на целевом пользователе.[37] AST была приобретена Raytheon в 2011 году.[38]

Множественный доступ с пространственным разделением каналов (SDMA)

В 1947 г. Дуглас Х. Ринг написал внутренний меморандум Bell Laboratories, описывающий новый способ увеличения пропускной способности городских радиосетей.[39] Кольцо предложило разделить город на географические ячейки, используя маломощные передатчики со всенаправленными антеннами и повторно использовать частоты в несмежных ячейках. Кольцо сотовое радио Схема не использовалась до появления интегральных схем в 1970-х годах.

По мере роста числа абонентов мобильной связи в 1980-х и 1990-х годах исследователи исследовали новые способы увеличения пропускной способности сети мобильной связи. Для разделения ячеек на секторы использовались направленные антенны. В 1989 году Саймон Свалс из Бристольского университета в Соединенном Королевстве предложил методы увеличения числа одновременных пользователей на одной и той же частоте. Принимаемые сигналы можно различить на основе различий в направлении их прихода на антенную решетку сотовой станции. Сигналы передачи могут быть нацелены 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 в Arraycomm запатентовал множественный доступ с пространственным разделением метод для систем беспроводной связи в начале 1990-х гг. Эта технология использовалась в линейке продуктов Arraycomm IntelliCell.[42]

Первые коммерческие интеллектуальные антенны

Основали Ричард Рой и французский предприниматель Арно Саффари ArrayComm в 1992 году и набрал Марти Купер, который руководил Motorola группа, которая разработала первый портативный сотовый телефон, чтобы возглавить компанию. Интеллектуальные антенны ArrayComm были разработаны для увеличения пропускной способности беспроводных сетей, использующих дуплекс с временным разделением (TDD), таких как PHS (Персональная система мобильного телефона ) сети, которые были развернуты по всей Азии.[43]Исследователь Bell Labs Дуглас О. Реудинк основал Metawave Communications, производителя антенн с коммутируемым лучом для сотовых телефонных сетей, в 1995 году. Metawave утверждал, что, сосредоточив емкость на областях с наибольшим трафиком, можно увеличить емкость соты до 75%. Хотя Metawave удалось продать антенны с коммутацией луча как минимум одному крупному оператору связи, в 2004 году компания прекратила свою деятельность.[44]В 1997 году AT&T Wireless Group объявила о планах предложить услуги фиксированной беспроводной связи со скоростью до 512 кбит / с. Project Angel обещал покрытие вне прямой видимости (NLOS) с использованием формирования луча и мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM). В 2000 году услуга была запущена в десяти городах. Однако к 2002 году AT&T продала свой бизнес по предоставлению услуг фиксированной беспроводной связи Netro Corp.[45]

Развитие 4G MIMO

Исследования умных антенн привели к разработке 4G MIMO. Обычные методы интеллектуальных антенн (такие как разнесение и формирование диаграммы направленности) обеспечивают постепенное повышение спектральной эффективности. 4G MIMO использует естественные многолучевое распространение умножить спектральную эффективность.

Исследователи, изучающие передачу нескольких сигналов по разным проводам в одном и том же пучке кабелей, помогли создать теоретическую основу для 4G MIMO. В частности, были исследованы методы подавления эффектов перекрестных помех с использованием информации об источниках сигналов. В число исследователей «проводного MIMO» входили Лейн Х. Бранденбург и Аарон Д. Виннер (1974),[46]Вим ван Эттен (1970-е),[47] Джек Зальц (1985),[48] и Александра Дуэль-Халлен (1992).[49] Хотя для оптимизации передачи нескольких потоков данных по разным парам проводов в одном и том же пучке требуется компенсация перекрестных помех, передача нескольких потоков данных по разным беспроводным путям из-за многолучевого распространения является гораздо более сложной задачей, поскольку сигналы смешиваются во времени, пространстве , и частота.

Грег Рэли В статье 1996 г. впервые был предложен метод увеличения пропускной способности беспроводных каналов связи точка-точка с использованием нескольких совмещенных антенн на каждом конце канала в условиях многолучевого распространения. В документе представлено строгое математическое доказательство пропускной способности MIMO на основе точной модели канала и определено, что OFDM является наиболее эффективным радиоинтерфейсом для использования с MIMO. Статья отправлена ​​в IEEE в апреле 1996 года и представлен в ноябре на конференции по глобальным коммуникациям в Лондоне в 1996 году.[50] Роли также подал две патентные заявки на MIMO в августе того же года.

Рэли обнаружил, что многолучевое распространение может быть использовано для увеличения пропускной способности канала после разработки улучшенной модели канала, которая показала, как многолучевое распространение влияет на формы сигналов. Модель учитывала такие факторы, как геометрия распространения радиоволн (естественные и искусственные объекты, служащие «локальными отражателями» и «доминирующими отражателями»), управление антенной решеткой, угол прихода и разброс задержки.[51]Исследователь Bell Labs Джерард Дж. Фошини В статье, представленной в сентябре 1996 г. 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 на базе BLAST (Многослойное пространство-время Bell Laboratories ) технологии в конце 1998 года.[53]Пространственно-временной блочный код (также известный как код Аламоути) был разработан Сиаваш Аламоути и широко используется в MIMO-OFDM системы. Статья Аламоути 1998 года показала, что преимущества разнесения приема также могут быть достигнуты с использованием комбинации разнесения передачи и пространственно-временных блочных кодов.[54] Ключевым преимуществом разнесения при передаче является то, что оно не требует использования нескольких антенн и радиочастотных цепей в телефонных трубках.

Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM)

Основная статья: OFDM

OFDM возник в 1950-х годах, когда инженеры Коллинз Радио Компания обнаружила, что ряд несмежных подканалов менее уязвим для межсимвольных помех (ISI).[55] OFDM более систематически изучал Роберт В. Чанг в 1966 году.[56] Чанг использовал Преобразования Фурье для обеспечения ортогональности. Сидни Дарлингтон предложил использовать дискретное преобразование Фурье (DFT) в 1970 году.[55] Стивен Б. Вайнштейн и Пол М. Эберт использовали дискретное преобразование Фурье (ДПФ) для выполнения модуляции и демодуляции основной полосы частот в 1971 году.[56]Модемы Dial-up, разработанные Gandalf Technologies и Телебит 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, также выполняя телефонные звонки в цифровая абонентская линия (DSL) приложения.[58] OFDM является частью цифровое аудиовещание (DAB)[59] и цифровое видеовещание (DVB)[60] стандарты, разработанные в Европе. OFDM также используется в 802.11a[61] и 802,11 г[62] стандарты беспроводной локальной сети.

Коммерциализация 4G MIMO

Грег Рэли, В.К. Джонс и Майкл Поллак основали Clarity Wireless в 1996 году. Компания построила прототип фиксированной беспроводной 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 с мощностью передачи в один ватт.[63] Cisco Systems приобрела Clarity Wireless в 1998 году за свою технологию векторного OFDM (VOFDM) вне зоны прямой видимости.[64] Форум индустрии широкополосной беспроводной связи (BWIF) был создан в 1999 году для разработки стандарта VOFDM.[65]Арогьясвами Полрадж основал Iospan Wireless в конце 1998 года для разработки продуктов MIMO-OFDM. Иоспан был приобретен 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 г. - разработка наборов микросхем MIMO-OFDM для беспроводных локальных сетей. В 2004 году Airgo стала первой компанией, которая начала поставлять продукцию MIMO-OFDM.[67] Qualcomm приобрела Airgo Networks в конце 2006 года.[68]Сурендра Бабу Мандава и Арогьясвами Полрадж основали Beceem Communications в 2004 году для производства наборов микросхем MIMO-OFDM для WiMAX. Компания была приобретена Broadcom в 2010.[69]В конце 2003 г. Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) создал рабочую группу для разработки стандарта беспроводной локальной сети, обеспечивающего скорость передачи пользовательских данных не менее 100 Мбит / с. Было два основных конкурирующих предложения: TGn Sync поддержали такие компании, как Intel и Philips, а WWiSE поддержали такие компании, как Airgo Networks, Broadcom и Texas Instruments. Обе группы согласились, что стандарт 802.11n будет основан на MIMO-OFDM с вариантами канала 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 сотовым стандартам, основан на 802.16e стандарт и использует MIMO-OFDM для обеспечения скорости до 138 Мбит / с. Более продвинутый стандарт 802.16m обеспечил скорость загрузки до 1 Гбит / с.[73] Общенациональная сеть WiMAX была построена в США компанией Clearwire, дочерняя компания Спринт-Nextel, охватывая 130 миллионов населения к середине 2012 года.[74] Впоследствии Clearwire объявила о планах развертывания LTE (сотового стандарта 4G) в 31 городе к середине 2013 года.[75]Первый сотовый стандарт 4G был предложен NTT DoCoMo в 2004 году.[76] Долгосрочная эволюция (LTE) основан на MIMO-OFDM и продолжает развиваться в рамках Партнерского проекта третьего поколения (3GPP ). LTE определяет скорость нисходящего канала до 300 Мбит / с, скорость восходящего канала до 75 Мбит / с и параметры качества обслуживания, такие как низкая задержка.[77] LTE Advanced добавляет поддержку пикосот, фемтосот и каналов с несколькими несущими шириной до 100 МГц. LTE приняли оба GSM / UMTS и CDMA операторы.[78]

Первые услуги LTE были запущены в Осло и Стокгольме компанией TeliaSonera в 2009.[79] Наиболее развито развертывание в США, где все четыре оператора уровня 1 имеют или строят общенациональные сети LTE. В настоящее время действует более 222 сетей LTE в 83 странах с примерно 126 миллионами подключений (устройств).[80]

Новые стандарты 5G MIMO-OFDM

В 802.11ac Стандарт беспроводной локальной сети 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 полосу частот 5 ГГц, определяет каналы шириной до 160 МГц, поддерживает до 8 одновременных потоков данных MIMO и обеспечивает скорость необработанных данных почти до 7 Гбит / с.[81] Сейчас доступен ряд продуктов, основанных на черновых спецификациях 802.11ac.

Пятое поколение (5G ) концепции мобильных сетей находятся на стадии исследования. Коммерциализация ожидается к началу 2020-х годов. В марте 2013 г. NTT DoCoMo протестировал восходящий канал 10 Гбит / с с использованием 400 МГц в диапазоне 11 ГГц. В мае 2013 года Samsung объявила, что проводит эксперименты в диапазоне 28 ГГц с использованием базовых станций с 64 антеннами и достигла скорости 1 Гбит / с на расстояниях до 2 км.[82] Samsung утверждает, что при благоприятных условиях технология может обеспечить скорость в несколько десятков Гбит / с.[83]Исследования показывают, что сети 5G, вероятно, будут состоять из небольших распределенных ячеек, работающих на частотах до 90 ГГц с использованием «массивной MIMO». По словам Якоба Хойдиса из Bell Laboratories, Alcatel-Lucent, Германия: «Уплотнение сети - единственное решение проблемы нехватки мощности». Это может включать двухуровневые сети («HetNets»), использующие существующие базовые станции сотовой связи для обеспечения широкого покрытия и высокой мобильности, а также чередование малых сот для обеспечения емкости и обслуживания внутри помещений. Массивный MIMO также будет использоваться в высокоскоростных транзитных каналах.[84]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Браун, Карл Фердинанд (11 декабря 1909 г.). «Нобелевская лекция: электрические колебания и беспроводная телеграфия». Nobelprize.org. Nobel Media AB 2013. Получено 21 октября 2013.
  2. ^ а б c d е Майю, Роберт Дж. (2006). «Глава 17: История антенн с фазированной решеткой». В Саркаре, Тапан К .; и другие. (ред.). История беспроводной связи. Джон Вили и сыновья. стр.567 –603. ISBN  978-0-471-71814-7.
  3. ^ Хагилл, Питер Дж. (1999). Глобальные коммуникации с 1844 года: геополитика и технологии. Издательство Университета Джона Хопкинса. п. 143. ISBN  978-0-8018-6039-3.
  4. ^ Дуглас, Алан (1990). "Наследие Эдвина Ховарда Армстронга". Труды Радиоклуба Америки. 64 (3). Получено Двадцать первое октября, 2013.
  5. ^ Уилсон, Роберт В. (1991). «Глава 1: Открытие космического микроволнового фона». В Бланшар, Ален; и другие. (ред.). Физическая космология. Издания Frontieres. п. 3. ISBN  978-2-86332-094-5.
  6. ^ «История сетевой передачи». About.ATT.com. Получено 21 октября 2013.
  7. ^ «Ранние экспериментальные радары ВМС США». История. ВМФ. Мил.. Департамент военно-морского флота - Военно-морской исторический центр. Получено 23 октября 2013.
  8. ^ Кларк, Роберт М. (2011). Технический сбор разведданных. CQ Press. п. 179. ISBN  978-1-483-30495-3.
  9. ^ Шонауэр, Скотт (5 февраля 2003 г.). «Реликвия холодной войны« Булл Ринг »разбирается в Роте». Звезды и полоски. Получено 21 октября 2013.
  10. ^ МакАлир, Нил (2013). Сэр Артур Кларк: Одиссея провидца: биография. RosettaBooks. ISBN  978-0-795-33297-5.
  11. ^ Копп, Карло (август 2012 г.). «Эволюция радиолокационной технологии AESA». Журнал микроволновых печей, Дополнение к военным микроволновкам. Получено 23 октября, 2013.
  12. ^ а б c d Фенн, Алан Дж .; и другие. (Август 2000 г.). «Развитие технологии РЛС с фазированной антенной решеткой». Журнал лаборатории Линкольна. 12 (2). Получено 23 октября, 2013.
  13. ^ Джон Пайк (6 марта 2000 г.). "Радиолокатор AN / FPS-115 PAVE PAWS". FAS.org. Федерация американских ученых. Получено 23 октября 2013.
  14. ^ "Янский, Карл (1905-1950)". ScienceWorld.Wolfram.com. Wolfram Research. Получено 23 октября 2013.
  15. ^ Джейми Ригг (9 июля 2013 г.). "Murchison Widefield Array будет запущен, он будет изучать Солнце, космический мусор, раннюю Вселенную и многое другое". Engadget.com. AOL Inc. Получено 23 октября 2013.
  16. ^ Патент США 2908002, Лестер К. ван Атта, "Электромагнитный отражатель", опубликовано 1959-16-10. 
  17. ^ Ито, Тацуо; и др., ред. (2001). Радиочастотные технологии для беспроводной связи с низким энергопотреблением. Джон Вили и сыновья. С. 341–342. ISBN  978-0-471-38267-6.
  18. ^ Дин Чепмен. «Из первых рук: средства подавления боковых лепестков и тому подобное». Сеть глобальной истории IEEE. IEEE. Получено 23 октября 2013.
  19. ^ Эндрю Гольдштейн (1997). "Устная история Бернарда Уидроу". Сеть глобальной истории IEEE. IEEE. Получено 24 октября 2013.
  20. ^ Комптон, Р. (Март 1978 г.). «Адаптивный массив в системе связи с расширенным спектром». Proc. IEEE. 66 (3).
  21. ^ Торриери, Дон; Кеш, Бахру (сентябрь 1984 г.). «Максимальный алгоритм для адаптивных массивов и связи со скачкообразной перестройкой частоты». Транзакции IEEE по антеннам и распространению. 32 (9).
  22. ^ Reudink, D. O .; Йе, 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. Получено 18 октября, 2013.
  23. ^ а б c d е ж грамм час я Слюсарь В. И. Истоки теории цифровых антенных решеток .// Международная конференция по теории и технике антенн, 24–27 мая 2017 г., Киев, Украина. - Стр. 199 - 201 [1]
  24. ^ Бен С. Мелтонт и Лесли Ф. Бейли, Корреляторы множественных сигналов .// Геофизика. - Июль, 1957. - Вып. XXII, № 3. - Стр. 565-588. - DOI: 10.1190 / 1.1438390
  25. ^ B.A. Bolt. Уточнение эпицентров землетрясений, глубин очагов и времен возникновения землетрясений с помощью высокоскоростного компьютера .// Геофизический журнал. - 1960, т. 3, Выпуск 4. - Стр. 433 - 440. - DOI: 10.1111 / j.1365-246X.1960.tb01716.x.
  26. ^ Э. А. Флинн. Локализация землетрясения с помощью ЭВМ .// Вестник сейсмологического общества Америки. - июль 1960. - Т. 50, № 3. - Стр. 467–470
  27. ^ Поликарпов Б.И. О некоторых возможностях применения независимых каналов приема сигналов и использования электроники и компьютерных технологий для улучшения помехозащитных возможностей и разрешающей способности радиолокационных измерений // Экспресс-информация, БНТ, № 23, 1961.
  28. ^ В КАЧЕСТВЕ. СССР № 25752. Способ измерения направлений на источники электромагнитного поля. // Варюхин В.А., Заблоцкий М.А. - 1962 г.
  29. ^ Дж. Капон, «Анализ частотно-волнового числа с высоким разрешением», Труды IEEE, 1969, Vol. 57, с. 1408–1418.
  30. ^ Шмидт, Ральф О. (1979). Расположение нескольких излучателей и оценка параметров сигнала. Семинар по оценке спектра RADC. 3–5 октября 1979 года. База ВВС США Гриффисс, штат Нью-Йорк.
  31. ^ Шмидт, Ральф О. (март 1986 г.). «Определение местоположения нескольких излучателей и оценка параметров сигнала». Транзакции IEEE по антеннам и распространению. 34 (3): 276–280. Дои:10.1109 / TAP.1986.1143830.
  32. ^ Уинтерс, Джек Х. (июль 1984 г.). «Оптимальное сочетание в цифровом мобильном радио с коканальными помехами» (PDF). Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций. 2 (4): 528–539. CiteSeerX  10.1.1.457.2966. Дои:10.1109 / JSAC.1984.1146095.
  33. ^ Рой, Ричард Х .; Кайлат, Томас (июль 1989 г.). «ESPRIT - Оценка параметров сигнала с помощью методов инвариантности вращения» (PDF). Транзакции IEEE по акустике, речи и обработке сигналов. 37 (7): 984–995. Дои:10.1109/29.32276.
  34. ^ Treichler, John R .; Эйджи, Брайан (апрель 1983 г.). «Новый подход к коррекции многолучевого распространения сигналов с постоянным модулем». Транзакции IEEE по акустике, речи и обработке сигналов. 31 (2): 459–472. Дои:10.1109 / ТАССП.1983.1164062.
  35. ^ Эйджи, Брайан Г. (апрель 1986 г.). "CMA методом наименьших квадратов: новый метод быстрой коррекции сигналов постоянного модуля". Материалы Международной конференции по акустике, обработке речи и сигналов. 2: 953–956. Дои:10.1109 / ICASSP.1986.1168852.
  36. ^ Эйджи, Брайан Г. Слепое разделение и захват коммуникационных сигналов с помощью формирователя луча с постоянным модулем для нескольких целей. Конференция IEEE по военной связи. Бостон, Массачусетс, 15–18 октября 1989 г. Труды конференции IEEE по военной связи. 2. С. 340–346. Дои:10.1109 / MILCOM.1989.103951.
  37. ^ Лам, Захари (1998). «COMINT отправляется в ад - клеточная революция привела к контрреволюции коммуникационной разведки» (PDF). Журнал электронной защиты. 21 (6): 35–42. Получено 18 октября, 2013.
  38. ^ Хаблер, Дэвид (20 декабря 2010 г.). «Raytheon покупает Applied Signal Technology». Вашингтон Технологии. 1105 Media Inc. Получено 24 октября 2013.
  39. ^ «Технический меморандум: Мобильная телефония - Глобальное покрытие» (PDF). Bell Telephone Laboratories. 11 декабря 1947 года. Архивировано с оригинал (PDF) 7 февраля 2012 г.. Получено 24 октября 2013.
  40. ^ Swales, Саймон С .; Пляж, Марк А .; Эдвардс, Дэвид Дж. (1989). Многолучевые адаптивные антенны базовых станций для сотовых наземных мобильных радиосистем (PDF). Конференция IEEE по автомобильным технологиям. 1–3 мая 1989 г. Сан-Франциско, Калифорния.
  41. ^ Андерсон, Сорен; и другие. (1991). «Адаптивный массив для систем мобильной связи» (PDF). IEEE Transactions по автомобильной технологии. 40 (1): 230–236. Дои:10.1109/25.69993. Архивировано из оригинал (PDF) 20 ноября 2010 г.. Получено 25 октября, 2013.
  42. ^ Патент США 5642353, Ричард Х. Рой III и Бьорн Оттерстен, "Системы беспроводной связи множественного доступа с пространственным разделением", опубликовано 24 июня 1997 г. 
  43. ^ Гросс, Нил (18 июня 2000 г.). "Телеком противоположный". BusinessWeek. Bloomberg LP. Получено 25 октября 2013.
  44. ^ "Metawave Communications". Manta.com. Получено 23 октября 2013.
  45. ^ Соломон, Дебора (15 января 2002 г.). «AT&T Wireless продаст Netro активы фиксированной беспроводной связи за 45 миллионов долларов наличными и акциями». Wall Street Journal. Доу Джонс и Ко. Получено 25 октября 2013.
  46. ^ Бранденбург, переулок H .; Уайнер, 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.
  47. ^ Ван Эттен, В. (август 1975 г.). «Оптимальный линейный приемник для многоканальных цифровых систем передачи». Транзакции IEEE по коммуникациям. 23 (8): 828–834. Дои:10.1109 / TCOM.1975.1092893.
  48. ^ Зальц, Джек (июль – август 1985 г.). «Цифровая передача по кросс-связанным линейным каналам». Технический журнал AT&T. 64 (6): 1147–1159. Дои:10.1002 / j.1538-7305.1985.tb00269.x.
  49. ^ Дуэль-Халлен, Александра (Апрель 1992 г.). «Эквалайзеры для каналов с несколькими входами / выходами и систем PAM с циклическими входными последовательностями». Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций. 10 (3): 630–639. Дои:10.1109/49.127784.
  50. ^ Роли, 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.
  51. ^ Роли, Грегори; и другие. (1994). Определение характеристик векторных каналов с быстрым замиранием для многоантенных систем связи. Записи конференции Двадцать восьмой конференции Asilomar по сигналам, системам и компьютерам. Пасифик Гроув, Калифорния, 31 октября - 2 ноября 1994 г., стр. 853–857, т. 2. Дои:10.1109 / ACSSC.1994.471582.
  52. ^ Фошини, Жерар. Дж. (1996). «Многоуровневая пространственно-временная архитектура для беспроводной связи в условиях замирания при использовании многоэлементных антенн» (PDF). Технический журнал Bell Labs. Октябрь: 41–59. Получено 25 октября, 2013.
  53. ^ "BLAST: Многослойное пространство-время Bell Labs". Bell-Labs.com. Архивировано из оригинал 5 декабря 2013 г.. Получено 25 октября 2013.
  54. ^ Аламоути, 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. Получено 25 октября 2013.
  55. ^ а б ЛаСорте, Ник; и другие. (2008). История мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (PDF). Конференция IEEE GLOBECOM 2008. Дои:10.1109 / GLOCOM.2008.ECP.690.
  56. ^ а б Вайнштейн, Стивен Б. (ноябрь 2009 г.). «История мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов [История коммуникаций]». IEEE Communications. 47 (11): 26–35. Дои:10.1109 / MCOM.2009.5307460.
  57. ^ Чимини младший, Леонард Дж .; Ли, Е (Джеффри) (1998). «Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов для беспроводных каналов» (PDF). IEEE Globecom. 98. Получено 28 октября 2013.
  58. ^ Акансу, Али Н .; Линь, Сюэмин (1998). Сравнительная оценка производительности систем связи DSL на основе DMT (OFDM) и DWMT (DSBMT) для одно- и многотональных помех (PDF). Труды Международной конференции IEEE 1998 г. по акустике, речи и обработке сигналов. 6. С. 3269–3272. Дои:10.1109 / ICASSP.1998.679562. ISBN  978-0-7803-4428-0. Получено 28 октября 2013.
  59. ^ Ганди, К. (2003). «DAB: введение в систему Eureka DAB и руководство по ее работе» (PDF). Технический отчет WHP-061, British Broadcasting Corp.. Получено 27 октября 2013.
  60. ^ Ян, X. D .; и другие. (2004). Анализ производительности схемы OFDM в DVB-T. Материалы 6-го симпозиума IEEE по схемам и системам по новым технологиям: рубежи мобильной и беспроводной связи. 2. С. 489–492. Дои:10.1109 / CASSET.2004.1321932. ISBN  978-0-7803-7938-1.
  61. ^ Дофекси, Анджела; и другие. (2002). «Сравнение стандартов беспроводной локальной сети HIPERLAN / 2 и IEEE 802.11 a» (PDF). Журнал IEEE Communications. 40 (5): 172–180. Дои:10.1109/35.1000232. Архивировано из оригинал (PDF) 3 декабря 2013 г.. Получено 27 октября 2013.
  62. ^ Васис, Димитрис; и другие. (2005). «Стандарт IEEE 802.11 g для высокоскоростных сетей WLAN». Сеть IEEE. 19 (3): 21–26. CiteSeerX  10.1.1.131.8843. Дои:10.1109 / MNET.2005.1453395.
  63. ^ Джонс, В.К .; Роли, Г. GLOBECOM 1998 Proceedings: The Bridge to Global Integration. Конференция IEEE GLOBECOM 1998. Сидней, Австралия, 8 ноября 1998 г. - 12 ноября 1998 г. 2. С. 980–985. Дои:10.1109 / GLOCOM.1998.776875.
  64. ^ Джуннаркар, Сандип (15 сентября 1998 г.). «Cisco купит Clarity Wireless». CBS Interactive Inc. Получено 28 октября 2013.
  65. ^ Эндер Аяноглу; и другие. (25 сентября 2001 г.). «BWIF - Широкополосный беспроводной доступ внутри помещений». Форум по широкополосному беспроводному Интернету. CiteSeerX  10.1.1.28.5703. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  66. ^ Сампат, Хемант; и другие. (2002). «Широкополосная беспроводная система MIMO-OFDM четвертого поколения: конструкция, производительность и результаты полевых испытаний». Журнал IEEE Communications. 40 (9): 143–149. CiteSeerX  10.1.1.4.7852. Дои:10.1109 / MCOM.2002.1031841.
  67. ^ Прасад, Рамджи; и др., ред. (2011). Глобализация мобильной и беспроводной связи: сегодня и в 2020 году. Springer. стр.115. ISBN  978-9-400-70106-9.
  68. ^ «Qualcomm покупает Airgo, бизнес RFMD по Bluetooth». EE Times. UBM Tech. 4 декабря 2006 г.. Получено 28 октября 2013.
  69. ^ Гарднер, В. Дэвид (13 октября 2010 г.). "Broadcom приобретает Beceem за 316 миллионов долларов". Информационная неделя. UBM Tech. Архивировано из оригинал 28 ноября 2013 г.. Получено 28 октября 2013.
  70. ^ Кокс, Джон (8 февраля 2005 г.). «Обновление 802.11n: TGn Sync против WWiSE». Сетевой мир. IDG. Получено 28 октября 2013.
  71. ^ Смит, Тони (1 августа 2005 г.). «Соперники 802.11n соглашаются на слияние». Регистр Великобритании. Получено 28 октября 2013.
  72. ^ Нго, Донг (11 сентября 2009 г.). «Стандарт Wi-Fi 802.11n окончательно утвержден». CNET. CBS Interactive Inc. Получено 28 октября 2013.
  73. ^ «WiMAX и стандарт радиоинтерфейса IEEE 802.16m» (PDF). WiMAXforum.org. Форум WiMAX. Апрель 2010. Архивировано с оригинал (PDF) 7 декабря 2013 г.. Получено 28 октября 2013.
  74. ^ «Годовой отчет и анализ условий конкурентного рынка в отношении мобильной беспроводной связи, включая коммерческие мобильные услуги». FCC.gov. Федеральная комиссия связи. 21 марта 2013. с. 8. Получено 28 октября 2013.
  75. ^ Кевин Фитчард (13 декабря 2011 г.). «Clearwire дает зеленый свет для создания LTE за счет привлечения 734 миллионов долларов». GIGAOM.com. GIGAOM. Получено 28 октября 2013.
  76. ^ Алебастр, Джей (20 августа 2012 г.). «Японская NTT DoCoMo регистрирует 1 миллион пользователей LTE в месяц, всего 5 миллионов». Сетевой мир. IDG. Получено 29 октября 2013.
  77. ^ Магдалена Норборг. «LTE». 3GPP.org. Партнерский проект третьего поколения. Получено 29 октября 2013.
  78. ^ Жанетт Ваннстрем (май 2012 г.). «LTE Advanced». 3GPP.org. Партнерский проект третьего поколения. Получено 29 октября 2013.
  79. ^ Ом Малик (14 декабря 2009 г.). «Стокгольм и Осло первыми внедряют коммерческую сеть LTE». GIGAOM.com. GIGAOM. Получено 29 октября 2013.
  80. ^ «GSA подтверждает запуск 222 сетей LTE, основное внимание будет уделено APT700 на ITU Telecom World». Gsacom.com. Глобальная ассоциация поставщиков мобильной связи. 22 октября 2013 г.. Получено 29 октября 2013.
  81. ^ Стивен Дж. Воан-Николс (21 июня 2013 г.). «Гигабитный Wi-Fi: 802.11ac уже здесь: пять вещей, которые вам нужно знать». zdnet.com. CBS Interactive. Получено 29 октября 2013.
  82. ^ 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. AOL Tech. Получено 29 октября 2013.
  83. ^ Санг-Хун, Чхве (13 мая 2013 г.). «Samsung продвигается к сетям 5G». Нью-Йорк Таймс. Компания New York Times. Получено 29 октября 2013.
  84. ^ Хойдис, Якоб. О дополнительных преимуществах Massive MIMO, Small Cells и TDD (PDF). Семинар IEEE по теории коммуникации. Пхукет, Таиланд, 23–26 июня 2013 г.. Получено 29 октября 2013.