Комплекс лабораторных работ по теме «Smart-антенны»

42 Pages·01.339 MB·Russian

by  Диязитдинов Р. Р., Макаров Н. В.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение
высшего профессионального образования

ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ

ЭЛЕКТРОННАЯ
БИБЛИОТЕЧНАЯ СИСТЕМА

Самара
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение
высшего профессионального образования

Поволжский государственный университет телекоммуникаций и
информатики

Кафедра «Системы связи»

КОМПЛЕКС ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ «SMART-АНТЕННЫ»

Методические указания
к лабораторной работе по дисциплине
«Системы связи с подвижными объектами»

Составители: Диязитдинов Р.Р.,
Макаров Н.В.

Самара, 2014 г.

2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Диязитдинов Р.Р., Макаров Н.В. Комплекс лабораторных работ по теме
«Smart-антенны». Методические указания к лабораторным работам по
дисциплине «Системы связи с подвижными объектами» для студентов
специальностей 210404 (Многоканальные телекоммуникационные системы),
210406 (Сети связи и системы коммутации), 090106 (Информационная
безопасность телекоммуникационных систем), 210402 (Средства связи с
подвижными объектами), 210302 (Радиотехника), 210405 (Радиосвязь,
радиовещание и телевидение) – Самара: ПГУТИ, 2014. – 48 с., ил.
Методические указания предназначены для студентов очной формы
обучения специальностей 210404, 210406, 090106, 210402, 210302, 210405
служат руководством для выполнение лабораторных работ по дисциплине
«Системы связи с подвижными объектами».
Методические указания подготовлены на кафедре «Системы связи».

Методические указания рекомендованы
к изданию методическим Советом
ПГУТИ

© ФГОБУ ВПО ПГУТИ
© Диязитдинов Р.Р.
© Макаров Н.В.

2014

3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Содержание

Введение……………………………………4
Лабораторная работа №1.........................5
Лабораторная работа №2.........................23

4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Введение
В последние годы наблюдается существенное развитие беспроводных
технологий широкополосного доступа, направленных на улучшение качества
услуг беспроводного интернета и систем сотовой связи. Огромный рост
нагрузки на линии мобильной и персональной связи обусловлен как ростом
количества пользователей, так и появлением услуг, нуждающихся в
высокоскоростной передаче данных. Рост объема передаваемой информации
требует как от производителей оборудования, так и от поставщиков услуг
обеспечения достаточно высокой пропускной способности сети.
Главной причиной уменьшения пропускной способности являются
межканальные помехи, обусловленные ростом количества пользователей. Во
всем мире проводятся исследования, направленные на улучшение
производительности беспроводных систем. Внедрение современной технологии
Smart-антенн обещает реализацию высокоэффективных сетей с максимальной
пропускной способностью, улучшения качества услуги и расширения зоны
покрытия. Изучению основ построения и функционирования Smart-антенн
посвящен данный учебно-методический комплекс лабораторных работ.
Лабораторный практикум построен таким образом, что большинство
лабораторных работ является частью комплексных лабораторно-практических
занятий. Это способствует не только знакомству студентов с методами
измерений в системах передачи, но и выработке у них навыков проведения
самостоятельных исследований.
Перечень лабораторных работ, порядок их выполнения и объем
отводимого времени устанавливается графиком лабораторного практикума,
составляемым для каждой специальности отдельно. Лабораторные работы
выполняются студентами дневной формы обучения.

Лабораторная работа №1
Определения направления на источник сигнала в
Smart-антеннах

1 Цель работы
Изучение основ приема сигналов Smart-антеннами, определение
зависимостей фазовых задержек от параметров антенны и направления на
источник сигнала, изучения влияния шума на погрешность оценки направления
на источник сигнала.

2 План работы
1. Определить зависимость фазовой задержки для элементов Smart-
антенны для ULA-решеток с 2, 3 и 4 элементами и решетки с элементами,
расположенными в узлах квадрата. По результатам измерений заполнить
таблицы.
2. По таблицам построить графики зависимости и сделать выводы.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

3. Определить погрешности оценки направления на источник сигнала для
различных конфигураций Smart-антенн. По результатам измерений заполнить
таблицы.
4. По таблицам построить графики зависимости и сделать выводы.

3 Литература
1. К.А. Баланис, П.И. Иоанидес – Введение в смарт-антенны. Техносфера,
М.: 2012, с. 200.
2. М.М. Маковеева, Ю.С. Шинаков – Системы связи с подвижными
объектами. Радио и связь, 2002 г, с. 440.
3. В.Л. Гостюхин, В.Н. Трусов, А.В. Гостюхин – Активные фазированные
антенные решетки. Радиотехника. М.: 2011г., с. 304.

4 Подготовка к работе
1. Для подготовки к лабораторной работе и ее успешной защиты
достаточно изучить приложения к настоящей лабораторной работе (П. 1.1-1.3).
Для более детального изучения целесообразно обратиться к описанию
алгоритмов направления на источник сигнала, которые можно найти в
предложенной литературе.
2. Изучение материала рационально строить в соответствии с
приведенными ниже контрольными вопросами.
3. Подготовить бланк отчета по лабораторной работе, требования к
содержанию которого сформулированы в разделе 7.

5 Контрольные вопросы
1. От чего зависит фазовые задержки сигналов, принимаемые различными
элементами Smart-антенн?
2. Напишите общую формулу фазовых задержек для элементов ULA-
решетки.
3. Запишите фазовые задержки для элементов антенной решетки с
30
элементами, расположенными в узлах квадрата, если .
4. Опишите общий принцип оценки направления на источник сигнала для
Smart-антенн.

6 Содержание работы
Вся работа делиться на две части:
1) определение особенностей приема сигнала Smart-антеннами в
зависимости от конфигурации антенны и ее параметров;
2) определение точности оценки направления на источник сигнала при
влиянии шумов.

6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

6.1 Исследование фазовых задержек сигналов, принимаемых Smart-
антеннами
1. Выполнение работы производиться в программе «Matlab». Запустите
эту программу с помощью ярлыка на рабочем столе.
2. Запустите скрипт «pguti_SA_genSignalGUI». В результате откроется
окно (см. рис. 1.1). Справа выведены:
– выпадающий список для возможности выбора конфигурации Smart-
антенны (2ULA, 3ULA, 4ULA – ULA –решетка с 2,3 и 4 элементами, QUADRO
– 4 элемента в узлах квадрата);
– угол Teta, град ( ) – угол, образуемый между нормалью к антенной
решетке и лучом прихода сигнала;
d
– d/lambda ( ) – отношение шага решетки к длине волны;
– вывод лога – окно вывода сопроводительной информации.

Рис. 1.1 – Экранная форма для генерации сигналов, принимаемой Smart-
антенной
В нижней части отображается геометрическая конфигурация Smart-
антенны, где схематически показаны чувствительные элементы.
2. Выберите схему 2ULA, задайте = 10 градусов,
d
= 0,5 и нажмите кнопку . В результате в центральном окне
отобразится два графика: синий график соответствует элементу №1 (который
также выделен синим цветом) и красный график – элементу №2 (который также
выделен красных цветом) (см. рис. 1.2).
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Рис. 1.2 – Сформированные сигналы, принимаемые Smart-антенной

В окне лога появится запись «фаза 2 сигнала: 31.2567». Она показывает
насколько отстает по фазе сигнал 2, относительно сигнала 1.
d
3. Меняя значение , не меняя , заполните табл. 1.1.
Табл. 1.1 – Зависимость фазы
d
2-ого сигнала от угла , =0,5 для 2ULA
, град. 0 10 30 50 70 90 110 130 150 170 180
фаза 2-ого
сигнала, град.

4. Поменяйте конфигурацию Smart-антенны, и заполните табл. 1.2-1.4.

8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Табл. 1.2 – Зависимость фазы
d
сигналов от угла , =0,25 для 3ULA
, град. 0 10 30 50 70 90 110 130 150 170 180
фаза 2-ого
сигнала, град.
фаза 3-его
сигнала, град.

Табл. 1.3 – Зависимость фазы
d
сигналов от угла , =0,16 для 4ULA
, град. 0 10 30 50 70 90 110 130 150 170 180
фаза 2-ого
сигнала, град.
фаза 3-его
сигнала, град.
фаза 4-ого
сигнала, град.

Табл. 1.4 – Зависимость фазы
d
сигналов от угла , = 0,35 для QUADRO
, град. 0 10 30 50 70 90 110 130 150 170 180
фаза 2-ого
сигнала, град.
фаза 3-его
сигнала, град.
фаза 4-ого
сигнала, град.

5. Постройте графики зависимости согласно табл. 1.1 и 1.4. Сделайте
вывод.
d
6. Выберите схему 2ULA, задайте = 60 градусов, меняя значение ,
согласно табл. 1.5, определите зависимость фазовой задержки от данного
параметра.

9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Табл. 1.5 – Зависимость фазы
d
2-ого сигнала от параметра , =60 градусов для 2ULA
d 0,01 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,40 0,45 0,5

фаза 2-ого
сигн., град.
7. Поменяйте конфигурацию Smart-антенны, и заполните табл. 1.6-1.8.

Табл. 1.6 – Зависимость фазы
d
сигналов от параметра , =60 градусов для 3ULA
d 0,01 0,02 0,05 0,07 0,1 0,12 0,15 0,17 0,20 0,22 0,25

фаза 2-ого
сигн.,град.
фаза 3-его
сигн.,град.

Табл. 1.7 – Зависимость фазы
d
сигналов от параметра , =60 градусов для 4ULA
d 0,01 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,11 0,12 0,14 0,15 0,16

фаза 2-ого
сигн.,град.
фаза 3-его
сигн.,град.
фаза 4-ого
сигн.,град.

Табл. 1.8 – Зависимость фазы
d
сигналов от параметра , =60 градусов для QUADRO
d 0,01 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 0,23 0,27 0,3 0,32 0,35

фаза 2-ого
10