Smart Antennas

Was ist die Smart Antenna?

Eine intelligente Antenne ist ein Array aus mehreren Antennen mit eng gekoppelten Signalprozessoren. Sie kann ihr Strahlungsmuster automatisch anpassen oder adaptieren. Eine intelligente Antenne umfasst häufig ein System mit umschaltbaren Strahlen und ein adaptives Strahlformungssystem. Das System mit umschaltbaren Strahlen verfügt über mehrere verfügbare feste Strahlungsmuster, deren Zugriff durch die Systemanforderungen bestimmt wird. Das adaptive Strahlformungssystem ermöglicht es der Antenne, den Strahl in Zielrichtung anzupassen, um Störsignale auszublenden.

Was ist Smart-Antenna-Technologie?

Die branchenführende Smart-Antennen-Technologie umfasst hauptsächlich Antennenarrays und Antennenauswahlalgorithmen. Das Antennenarray definiert das Design der Antennenhardware selbst, und der Antennenauswahlalgorithmus bezieht sich darauf, wie Antennen aus dem Antennenarray ausgewählt werden.

Das Antennenarray wird durch Beam-Switching-Technologie realisiert, die intelligent mehrere Antennenelemente zum Senden und Empfangen von Signalen auswählt. Unterschiedliche Antennenkombinationen bilden unterschiedliche Signalabstrahlrichtungen, um die optimale Antenne für STA an verschiedenen Positionen auszuwählen, die Signalempfangsqualität zu verbessern und den Systemdurchsatz zu steigern. 

Der Auswahlalgorithmus für intelligente Wi-Fi-Antennen ist für die adaptive WLAN-Link-Funktion unerlässlich. Über das übertragene Datenpaket wird die geeignete Antennenkombination aus dem Antennenarray entsprechend dem Standort der Endgeräte ausgewählt, um die Netzwerkleistung zu verbessern. Dabei wird der herkömmliche omnidirektionale Strahl durch einen Richtstrahl ersetzt, um die Energie zu bündeln, die Qualität des Signalempfangs zu verbessern und den Systemdurchsatz zu erhöhen.

Warum ist eine Smart Antenna notwendig?

Erstens bewältigen intelligente Antennen drei schwierige Herausforderungen, denen gewöhnliche Antennen gegenüberstehen. 

Schlechte Randabdeckung: Gewöhnliche Rundstrahlantennen können Benutzern im Nahbereich ein gutes Wi-Fi-Erlebnis bieten. Sie können jedoch die Anforderungen von Hochleistungsnetzwerken nicht erfüllen, da die Signalstärke bei weit entfernten AP-Benutzern aufgrund des begrenzten Gains deutlich abfällt, was zu niedriger Verbindungsgeschwindigkeit und sogar zu Verbindungsabbrüchen führt. 

Geringe Cross-Obstacle-Abdeckung: In der tatsächlichen Nutzung werden Signale beim Durchdringen von Hindernissen wie Wänden und Glas stark gedämpft, wodurch die Signalqualität abnimmt. Insbesondere in Szenarien mit physischer Abschattung ist es für gewöhnliche Antennen schwierig, stabile Wi-Fi-Dienste bereitzustellen.

Schwerwiegende Interferenzen in Szenarien mit hoher Dichte: In Szenarien mit hoher Benutzerverteilung kann die Gleichzeitigkeit mehrerer Benutzer leicht zu Signalstörungen führen, wodurch die Gesamtleistung des Netzwerks abnimmt. Selbst mit der Einführung von MU-MIMO- und OFDMA-Technologien in modernen Wi-Fi-Standards ist es nicht einfach, die Benutzererfahrung am Rand der Abdeckung letztlich zu verbessern.

Zweitens bietet die intelligente Antenne gegenüber der herkömmlichen Antenne die folgenden Vorteile:

Abdeckungsreichweite erweitern: Durch die flexible Anpassung der Strahlrichtung können intelligente Antennen die Signalstärke verbessern, die Reichweite erweitern und die Kosten für die AP-Bereitstellung senken.

Verbesserung der Abdeckungserfahrung über Hindernisse hinweg: Intelligente Antennen können die Signalstärke in Richtung vorhandener Hindernisse erhöhen. Bei Hindernissen, die nicht durchdrungen werden können, kann die Antennenkombination angepasst werden, um die Barrieren durch Mehrwegeverfahren wie Reflexion und Beugung von Funksignalen zu umgehen.

Interferenzen in Szenarien mit hoher Dichte reduzieren: Die Samart-Antenne kann die Richtungen des Signalstrahls entsprechend dem Standort des Benutzers anpassen, um Störungen aus verschiedenen Richtungen zu reduzieren und dadurch die Benutzererfahrung zu verbessern.

Welche Anwendungsszenarien gibt es für Smart Antenna?

Im Folgenden werden drei typische Anwendungsszenarien für eine intelligente Antenne dargestellt:

Abdeckung über mittlere bis lange Distanzen

Wenn der AP Daten an Endgeräte sendet, wählt der Smart-Antennen-Algorithmus entsprechend dem Standort des Endgeräts den am besten geeigneten Richtstrahl aus. Der Richtstrahl, der den omnidirektionalen Strahl ersetzt, hat einen hohen Gain, wodurch die Abdeckungsfähigkeit für Benutzer im mittleren bis langen Entfernungsbereich und am Rand verbessert wird. 

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Strahlauswahl der intelligenten Antenne in Szenarien mittlerer bis großer Reichweite

Komplexe Wi-Fi-Abdeckung mit Hindernissen

Die intelligente Antenne kann die AP-Abdeckung in Bereichen mit Trennwänden verbessern, z. B. in Besprechungsräumen und Teeräumen mit Trennwänden oder halbhohen Trennwänden. Die intelligente Antenne mit einem hochverstärkenden Richtstrahl bietet erhebliche Vorteile in Szenarien, in denen Signale Wände oder Böden durchdringen müssen. In Szenarien mit undurchdringlichen Hindernissen kann die intelligente Antenne andere Richtstrahlen auswählen, um die Barrieren mithilfe von Mehrwegeverfahren wie Reflexion und Beugung zu überwinden.

Abbildung 2: Schematische Darstellung der Strahlauswahl der intelligenten Antenne in Szenarien mit Hindernissen

High-Density-Szenarien mit Mehrbenutzer-Parallelität

In Szenarien mit hoher Dichte senden mehrere Benutzer im Downlink gleichzeitig. MU-MIMO kann aktiviert werden, um die Effizienz der Datenübertragung zu verbessern. Die Smart-Antenne verwendet identische gerichtete Strahlen für Benutzer in derselben Richtung, wodurch die Empfangsstärke des Endgerätesignals erhöht und die Interferenzen zwischen Endgerätedaten in verschiedenen Richtungen verringert werden können.

Abbildung 3: Schematische Darstellung der Strahlauswahl der intelligenten Antenne im Hochdichteszenario, in dem mehrere Benutzer im Downlink gleichzeitig übertragen