एलटीई नेटवर्क के लिए स्मार्ट एंटीना

वर्तमान में, कई एलटीई इंटरनेट का उपयोग करते हैं। हालांकि, अगर बड़े शहरों में पहले से ही नेटवर्क कवरेज और इंटरनेट की गति में कोई समस्या नहीं है, तो उपनगरों में, ग्राहकों को खराब रिसेप्शन की समस्या का सामना करना पड़ता है। इसका कारण केवल कमजोर सिग्नल ही नहीं है, बल्कि बेस स्टेशन (बीएस) से सब्सक्राइबर तक के रास्ते में कई सिग्नल रिफ्लेक्शन की घटना भी है। यह लेख एक स्मार्ट एंटीना के विकास का वर्णन करता है जो सिग्नल रिसेप्शन की स्थितियों के लिए अनुकूल है।

इंटरनेट पर, 4 जी मोडेम से जुड़ने के लिए बाहरी एंटेना की बिक्री के लिए कई प्रस्ताव हैं। हालांकि मोबाइल ऑपरेटरों इसकी सलाह नहीं देते और यहां तक ​​कि, मॉडेम एक गारंटी को हटाने की धमकी के रूप में मोडेम पर कनेक्टर्स विशेष रूप से सेवा माना जाता है, बाहरी एंटेना काफी अच्छी तरह से बेच रहे हैं। कुछ साल पहले, जब सैमसंग से पहला Yota Wimax मोडेम दिखाई दिया, उस नेटवर्क का कवरेज शहर में भी बहुत अच्छा नहीं था। उसी समय, चीनी और एक रूसी निर्माता, कंपनी अनुनाद के पहले बाहरी एंटेना बाजार पर दिखाई दिए। Wimax मानक को अब LTE से बदल दिया गया है, और सभी सेलुलर ऑपरेटर पोर्टेबल मोडेम बेच रहे हैं। बाहरी एंटेना के लिए बाजार में काफी विस्तार हुआ है, इंटरनेट पर दर्जनों विभिन्न प्रकार पाए जा सकते हैं। कुछ कंपनियां सिग्नल के स्थानीय वितरण के लिए घर के अंदर स्थापित सक्रिय एम्पलीफायरों और अतिरिक्त एंटेना का उपयोग करके देश के घरों के लिए टर्नकी स्थापना और पूरे सिस्टम के निर्माण की पेशकश करती हैं। लेकिन अधिकांश मामलों में, बेस स्टेशन के साथ संचार करने के लिए अत्यधिक दिशात्मक एंटेना का उपयोग किया जाता है, सबसे अधिक बार मुद्रित ऐन्टेना एरेज़ और ऊंचाई दोनों में लगभग 20 डिग्री के बीम की चौड़ाई होती है। दिशात्मक एंटेना की मुख्य समस्या यह है कि उन्हें मैन्युअल रूप से एक विशिष्ट बीएस में एक बार भेजा जाता है और, इस बीएस से सिग्नल के नुकसान की स्थिति में, संचार बाधित हो जाएगा। इस समस्या का समाधान स्मार्ट एंटेना है, जो खुद को बिना किसी मानवीय हस्तक्षेप के बेस स्टेशन पर बांधा जाता है। सबसे अधिक बार, वे कारों और अन्य मोबाइल ऑब्जेक्ट्स (रूस में नहीं) पर स्थापित करने या अस्थायी संचार चैनल बनाने के लिए उपयोग किए जाते हैं जहां आवश्यक हो और संचार को जल्दी से स्थापित करने के लिए कोई अन्य तरीके नहीं हैं।


स्मार्ट एंटेना दो प्रकार में आते हैं: अनुकूली और स्विचिंग। एक अनुकूली एंटीना, वास्तव में, एक एंटीना सरणी है जिसमें मनमाने दिशाओं में तात्कालिक बीम संश्लेषण की संभावना होती है। एक स्विचिंग एंटीना में विभिन्न दिशाओं में (आमतौर पर एक सर्कल में) कई एंटेना होते हैं, और सिग्नल किस दिशा में मजबूत होता है, इस पर निर्भर करता है कि यह एंटीना चालू है या नहीं, शेष एंटेना निष्क्रिय हैं और या तो सब्सक्राइबर की स्थिति में बदलाव का इंतजार करते हैं या दूसरे बेस स्टेशन पर स्विच करते हैं, अगर उससे सिग्नल किसी कारण से मजबूत हो गया। इस प्रकार, एक स्मार्ट ऐन्टेना ज्ञात प्रणालियों से भिन्न होता है जिसमें यह बदलती रिसेप्शन स्थितियों के लिए अनुकूल है। अक्सर विभिन्न बेस स्टेशनों से संकेत दिन के समय या वर्ष के समय के आधार पर भिन्न हो सकते हैं। और फिर भी, इस लाभ के लिए, ऐसे एंटीना का उपयोग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, लंबी पैदल यात्रा या मोटर घरों में।

इस तरह के एंटीना वास्तविक परिस्थितियों में कैसे काम करेंगे, यह परीक्षण करने के लिए, लेखकों की टीम ने सबसे सरल और सबसे सस्ता स्मार्ट एंटीना विकसित किया और फील्ड परीक्षण किया।


यह ज्ञात है कि एलटीई के लिए आवंटित आवृत्ति रेंज 200 मेगाहर्ट्ज है - फिर 2.5 से 2.7 गीगाहर्ट्ज़ है। इसे नेत्रहीन रूप से सत्यापित करने के लिए, एक सर्वदिशात्मक एंटीना स्पेक्ट्रम विश्लेषक से जुड़ा था, विश्लेषक खुद को संचय मोड में बदल दिया गया था और लंबे समय तक छोड़ दिया गया था। परिणाम ऊपर ग्राफ में दिखाए गए हैं। वहां, विभिन्न ऑपरेटरों के उप-बैंड को ग्राफ़ पर प्लॉट किया जाता है (ऑपरेटरों की आवृत्तियों पर जानकारी इंटरनेट पर पाई जाती है)। अतिरिक्त टिप्पणियों की आवश्यकता नहीं है, सिवाय इसके कि ऊपरी वाई-फाई चैनल भी चार्ट पर कैप्चर किए जाते हैं।


प्रस्तावित डिजाइन 8 चेहरों का एक ड्रम है और इसमें एक माइक्रोवेव स्विच और एक नियंत्रण बोर्ड शामिल है। प्रत्येक चेहरा एक अलग एंटीना है, जो 4x1 मुद्रित ग्रिड है। ताकि किरणें ओवरलैप न हों, लेकिन "अंधा" क्षेत्र नहीं हैं, उच्च लाभ प्राप्त करने के लिए अज़ीमुथ में बीम की चौड़ाई 65 डिग्री और ऊंचाई में 19 डिग्री है (यह लगभग 12 डीबीआई निकला)। निर्माण में आसानी के लिए, एक झरझरा, लेकिन पर्याप्त रूप से कठोर, माइक्रोस्ट्रिप पैच के लिए सब्सट्रेट के रूप में 5 मिमी मोटी इन्सुलेशन का उपयोग किया गया था। ऐसी सामग्री का ढांकता हुआ निरंतरता एकता के करीब है, और सम्मिलन नुकसान नगण्य है, जिसे विशेष रूप से एकल पैच पर परीक्षण किया गया था। पट्टी लाइनों, साथ ही एंटीना स्क्रीन, एक पतली डैक्रॉन पर जमा तांबे की पन्नी से बाहर काट दिया गया था और सब्सट्रेट को चिपकने वाली टेप के साथ चिपकाया गया था। एंटेना 2.6 गीगाहर्ट्ज की आवृत्ति के लिए डिज़ाइन किया गया था, केंद्रीय आवृत्ति पर एसडब्ल्यूआर 1 के करीब निकला, रेंज के किनारों पर 2 हो गया, जो संचार उपकरणों के एंटेना के लिए काफी स्वीकार्य है।

एक आठ-चैनल स्विच को अलग से निर्मित किया गया था, मॉडेम इनपुट को आठ एंटेना में से एक से जोड़ते हुए, बीएस को सबसे अच्छे संकेत के साथ लक्षित किया गया था। Infineon pin diodes को नियंत्रित तत्वों के रूप में उपयोग किया गया था, और नियंत्रण, लेखकों के इरादे के अनुसार, एक नियंत्रण बोर्ड द्वारा नियंत्रित किया जाना चाहिए, जो मॉडेम से जानकारी प्राप्त करता है, यह चुनता है कि कौन सा पक्ष प्राप्त करना सबसे अच्छा है, और वह चैनल भी चालू करता है। ऐसा सर्वेक्षण (सभी एंटेना के संकेतों की जांच) प्रति मिनट कई बार होना चाहिए। इस प्रकार, बीएस से जैमिंग वातावरण या सिग्नल की ताकत में बदलाव के साथ, स्मार्ट ऐन्टेना एक अलग दिशा चुन सकता है। नीचे दी गई तस्वीरों में 2 कैनवस के साथ स्विच और स्मार्ट एंटीना को दिखाया गया है।


लेनिनग्राद क्षेत्र में स्मार्ट एंटीना परीक्षण किए गए, जहां सभी ऑपरेटरों का कवरेज बल्कि कमजोर है। दो ऑपरेटरों के संकेतों की जाँच की गई - मेगाफोन और टेली 2। परीक्षण के लिए, Huawei E8372 मॉडेम का उपयोग किया गया था, जिसमें बाहरी एंटेना को जोड़ने के लिए "वैध" कनेक्टर हैं। Speedtest.net का उपयोग करते हुए, दोनों ऑपरेटरों की इंटरनेट गति को ऐन्टेना से कनेक्ट किए बिना मापा जाता था, और फिर एक एंटीना के साथ और सभी 8 पक्षों के बीच स्विच किया जाता था। परिणाम नीचे दी गई तस्वीर में दिखाए गए हैं।



नक्शा निकटतम बेस स्टेशनों (इंटरनेट से डेटा के अनुसार) की स्थितियों को दिखाता है, साथ ही फोन द्वारा मेगाफोन सिम कार्ड (नेटवर्क सेल इन्फो एप्लिकेशन के साथ वर्तमान और कई बीएस के आस-पास का स्थान दिखा रहा है)। "मेगाफोन मॉडेम" और "टेली 2 मॉडेम" लाइनें बिना ऐन्टेना को कनेक्ट किए बिना इंटरनेट की गति को दर्शाती हैं, अर्थात, मॉडेम में निर्मित सर्वदिशात्मक एंटीना का उपयोग करते समय। इस तरह के एक एंटीना को सभी तरफ से सिग्नल मिलते हैं और यह न केवल बेस स्टेशन से सीधे सिग्नल को देखता है (या यह बिल्कुल भी सीधी रेखा में नहीं हो सकता है), बल्कि सभी दिशाओं से परिलक्षित सिग्नल भी। एक निश्चित दिशा में प्रवर्धन वाला एक दिशात्मक एंटीना सर्वव्यापी एंटीना की तुलना में अधिक कुशलता से काम करेगा, भले ही संकेत एक प्रवर्धक द्वारा प्रवर्धित हो, क्योंकि शोर भी प्रवर्धित होगा।

मेगाफोन और टेली 2 लाइनें मॉडेम से जुड़े एंटीना के साथ इंटरनेट की गति को प्रदर्शित करती हैं। यह स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है कि कुछ दिशाओं में संकेत काफी कमजोर हो गया था, दूसरों में यह प्रवर्धित किया गया था, जो स्मार्ट एंटीना की स्थानिक चयनात्मकता को इंगित करता है। दुर्भाग्य से, इंटरनेट की गति एक रेडियो तकनीकी विशेषता नहीं है, जैसे सिग्नल की शक्ति या सिग्नल-टू-शोर अनुपात, हालांकि, लेखक उपयोग किए गए मॉडेम से कम से कम कुछ "सेवा" जानकारी प्राप्त करने में सक्षम नहीं थे। संभवतः, अन्य मॉडेम का सॉफ्टवेयर रेडियो सूचना तक पहुंच प्रदान कर सकता है, लेकिन हमारा नहीं।

पहले चरण में, लेखकों की रुचि काफी संतुष्ट है, भविष्य में बैंड-ऑफ फिल्टर को जोड़ने के लिए एंटेना के बाद बैंड-ऑफ फिल्टर के अलावा, आउट-ऑफ-बैंड संकेतों से हस्तक्षेप को कम करने, ट्रांस-पृथक्करण के साथ द्वि-दिशात्मक कम-शोर एम्पलीफायर के अलावा और आवृत्तियों को प्राप्त करने की योजना है।