Способ увеличения пропускной способности радиолинии

Изобретение относится к области радиотехники и может быть применимо для разработки систем беспроводного доступа, в частности для организации сотовых систем связи. Технический результат - повышение пропускной способности радиолинии. Для этого используются две группы антенн линейной поляризации. Каждая группа состоит из трех антенн линейной поляризации, антенны расположены по осям прямоугольной декартовой системы координат. Каждая из антенн первой группы совпадает по поляризации с одной из антенн второй группы. Угол между радиолинией и каждой из антенн одинаков и равен $$\alpha =\text{arc cos (1/}\sqrt{\text{3}}\text{)}$$ . Обработка сигналов для данного способа производится одновременно по трем каналам. 2 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть применимо для разработки систем беспроводного доступа.

Известен способ увеличения пропускной способности радиолинии за счет использования передачи сигнала сразу в нескольких ортогональных поляризационных плоскостях (Радиомост Motorola РТР 600, 600.php).

Также известен способ увеличения пропускной способности радиолинии (наиболее близкий аналог) за счет одновременного использования двух ортогональных линейных поляризаций сигналов (Слюсар В.И., Зинченко А.А. Метод N-OFDM с ортогонально поляризованными сигналами. // Материалы международной конференции «Телекоммуникационные технологии и сети (МКТТС 2005)», -Харьков, 19-23 сентября 2005 г. - стр.232-234).

Недостатки этих способов - недостаточная пропускная способность радиолинии. Это особенно важно в случае ограниченного свободного частотного диапазона в ряде регионов страны.

Цель изобретения - увеличение пропускной способности радиолинии и экономия частотного диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в системе передачи и приеме информации вводится третий канал и используются антенны линейной поляризации с дополнительным третьим каналом, ортогональным по линейной поляризации первому и второму (по аналогии с антеннами двойной поляризации XPol, назовем такие антенны тройной поляризации - YPol). Фазовые центры антенн первой и второй группы либо совпадают, либо разнесены на небольшое расстояние меньше, чем λ/10, где λ - длина волны.

Рассмотрим возможность реализации данного способа на примере использования трех диполей Герца, расположенных взаимно перпендикулярно друг другу (Фиг.1). Учитывая, что размер диполя Герца много меньше длины волны, а расстояние между двумя группами диполей много больше длины волны, для простоты анализа примем, что фазовые центры диполей совпадают с точками О₁ и О₂ соответственно.

Как известно, каждый излучатель диполя Герца обладает линейной поляризацией. Поле в дальней зоне каждого такого излучателя определяется по известной формуле (У. Томаси, Электронные системы связи, М., 2007 г., стр.761):

$$E=\frac{60\pi \ell i\sin \alpha }{\lambda R},(1)$$

где

E - напряженность электрического поля, В/м;

l - длина диполя Герца, м;

i - эффективное значение тока, А;

λ - длина волны, м;

R - расстояние, м;

α - угол между осью диполя Герца и направлением излучения, градусов.

Как видно из выражения (1), максимальное излучение диполя направлено под углом 90° к его оси, при этом sin90º=1.

Расположим две группы диполей на расстоянии R друг от друга (Фиг.1) так, что направление радиолинии (прямая O₁O₂) выбрано так, что угол между каждым из диполей (в каждой группе из трех диполей) и направлением радиолинии одинаков.

Рассмотрим прямоугольную декартову систему координат. Пусть проекции вектора ОР (Фиг.2) на положительные направления осей ОХ, OY и OZ равны друг другу a=b=c=d, где d=const. По известным элементарным формулам направляющего косинуса (Г.Корн и Т.Корн, Справочник по математике для научных работников и инженеров, М., 1978, стр.78) определим угол между радиолинией и каждым из диполей:

$$\alpha =\text{arc cos (1/}\sqrt{\text{3}}\text{)}\approx \text{54}\text{,76}°\text{(2)}$$

Подставляя значение найденного угла, определяем sinα≈0,817. Таким образом, в направлении радиолинии сигнал будет ослаблен примерно на величину $$\frac{1}{\mathrm{0,817}}\approx \mathrm{1,22}$$ раз по напряженности электрического поля, что вполне приемлемо.

Из физических соображений понятно, что для реализации предлагаемого способа возможно использование не только диполей Герца, но и любых групп из трех антенн линейной поляризации.

На Фиг.1 показаны две группы диполей Герца (антенн линейной поляризации). Все три диполя имеют общую точку, совпадающую с началом координат прямоугольной Декартовой системы. Каждая из групп состоит из трех взаимно перпендикулярных антенн линейной поляризации, причем направление радиолинии выбрано так, что углы между каждым из диполей в своей группе и радиолинией равны друг другу и составляют величину $$\alpha =\text{arc cos (1/}\sqrt{\text{3}}\text{)}$$ .

Стрелками E1, Е2 и ез на Фиг.1 показаны направления колебаний электрического вектора поля первой группы диполей, а Е4, Е5 и Е6 - второй группы диполей.

Диполи 1, 2 и 3 параллельны в пространстве соответственно диполям 4, 5 и 6. Каждая из групп антенн линейной поляризации находится относительно другой группы в дальней зоне излучения на расстоянии r.

На Фиг.2 показан вектор ρ в прямоугольной декартовой системе координат. Вектор ρ определяет направление радиолинии относительно осей OX, OY и OZ. Для рассматриваемого случая проекции точки ρ на оси ОХ, OY и OZ равны друг другу a=b=c=d, где d=const.

В каждую из трех антенн линейной поляризации, располагаемых в пространстве по осям прямоугольной декартовой системы координат, так, что их фазовые центры либо совмещены, либо разнесены на расстояние меньше длины волны, независимо поступают высокочастотные сигналы, которые возбуждают электрическое поле линейной поляризации. Обе группы антенн направлены друг на друга так, что угол между радиолинией и каждой из антенн линейной поляризации составляет величину $$\alpha =\text{arc cos (1/}\sqrt{\text{3}}\text{)}$$ .

Излучаемое поле каждой из трех антенн на расстоянии R соответствующей дальней зоне антенны совпадающей линейной поляризации наводит на ее клеммах токи, которые являются полезным сигналом.

Радиотехническая система одновременно по трем независимым каналам обрабатывает поступающие сигналы.

Предлагаемый способ примерно в 1,5 раза увеличивает пропускную способность радиолинии по сравнению с известным способом, используемым две ортогональные поляризации сигналов.

Способ повышения пропускной способности радиолинии за счет использования нескольких ортогональных поляризаций и нескольких каналов, отличающийся тем, что в радиолинии используются две антенные системы, каждая из которых состоит из двух групп антенн, каждая группа антенн состоит из трех антенн линейной поляризации, причем антенны расположены по осям прямоугольной декартовой системы координат, каждая из антенн первой группы совпадает по поляризации с одной из антенн второй группы, фазовые центры антенн каждой из двух групп либо совмещены, либо разнесены на величину не более λ/10, где λ - длина волны, а угол между радиолинией и каждой из антенн линейной поляризации одинаков и равен , причем обработка сигналов производится одновременно по трем каналам.