Алгоритм синтеза MIMO антенных решеток разрабатывают в НГТУ НЭТИ

Ученые Новосибирского государственного технического университета НЭТИ разрабатывают способы синтеза MIMO антенных решеток с малым количеством элементов и заданными направленными свойствами.

Разработка, которая уже получила поддержку Российского научного фонда и реализуется под руководством заведующего кафедрой радиоприемных и радиопередающих устройств НГТУ НЭТИ доктора технических наук Максима Степанова, позволит увеличить скорость передачи данных для выбранной зоны покрытия базовой станции беспроводной сети, использующей MIMO антенную решетку, содержащую малое количество элементов.

Проект по формированию путей синтеза MIMO антенных решеток с малым количеством элементов, обеспечивающих заданные направленные свойства, позволит улучшить качество связи в выбранной зоне покрытия. По словам участника проекта, доцента кафедры радиоприемных и радиопередающих устройств НГТУ НЭТИ кандидата технических наук Артемия Подкопаева, эффект достигается за счет формирования виртуальной апертуры антенной решетки MIMO со случайным расположением элементов.

«Для этого заданное малое количество приемных и передающих элементов размещается на плоскости таким образом, чтобы они не перекрывались. Координаты элементов подчиняются выбранному закону распределения вероятностей. Виртуальная апертура — конфигурация антенной решетки MIMO — рассчитывается на основе положений реальных приемных и передающих элементов», — рассказал Артемий Подкопаев.

Для определения координат элементов, при которых форма диаграммы направленности оптимальна, используются как классические способы расчета, так и эволюционные алгоритмы: генетический, роя частиц и др. В результате должна получиться антенная система с парой десятков реальных элементов и почти сотней виртуальных. Такой подход позволяет существенно уменьшить количество элементов антенной решетки и снизить ее стоимость.

«Для виртуальной апертуры оцениваются характеристики ее множителя решетки, а именно ширина главного луча и пиковый уровень боковых лепестков. На основе требуемых характеристик множителя решетки оптимизируется размещение приемных и передающих элементов с помощью, например, генетического алгоритма», — отметил ученый.

В настоящее время разработано несколько конфигураций антенн — специально для того, чтобы выбрать лучший вариант алгоритма. Почти все – со случайным расположением элементов. По словам Артемия Подкопаева, качество как связи, так и определения окружающей обстановки автономными интеллектуальными системами от такого способа расстановки, который, кстати, нигде в мире не применялся, от этого только выигрывает.

Напомним, ранее инженеры НГТУ НЭТИ создали компактную Wi-Fi-антенну для мест массового скопления людей с технологией MIMO 4x4 в каждом частотном диапазоне. Ее уникальность в том, что она разработана с учетом достаточно жестких габаритов при высоких технических требованиях к направленности антенны.

Для иллюстрации преимущества случайных конфигураций MIMO антенных решеток над классическими регулярными на рисунке приведены две конфигурации на плоскости MIMO антенных решеток размерами 16х8 реальных элементов и соответствующие им диаграммы направленности, определяющие их направленные свойства.

Первая конфигурация соответствует популярному зарубежному коммерческому образцу, доступному на рынке. Вторая получена путем небольшого случайного изменения координат элементов первой конфигурации. Даже при таких небольших изменениях заметно существенное улучшение направленных свойств антенной решетки.

Иллюстрации предоставлены разработчиком.