スマートアンテナ

スマートアンテナ(アダプティブアレイアンテナ、デジタルアンテナアレイ、マルチアンテナ、最近ではMIMOとも呼ばれる) は、信号の到来方向(DOA)などの空間信号シグネチャを識別し、それを使用してモバイル/ターゲット上のアンテナビームを追跡して位置を特定するためのビーム形成ベクトルを計算するために使用されるスマート信号処理アルゴリズムを備えたアンテナアレイです。スマートアンテナを再構成可能アンテナと混同しないでください。再構成可能アンテナは同様の機能を備えていますが、単一要素アンテナであり、アンテナアレイではありません。

スマートアンテナ技術は、音響信号処理、追跡・走査レーダー、電波天文学、電波望遠鏡などで特に利用されており、 W-CDMA、UMTS、LTE 、5G-NRなどの携帯電話システムでも主に利用されています。^[1]

スマートアンテナには、DOA 推定、ビームフォーミング、干渉ゼロ化、一定係数の維持など、多くの機能があります。

到来方向（DOA）の推定

スマートアンテナシステムは、MUSIC (MUltiple SIgnal Classification)、回転不変技術 (ESPRIT) アルゴリズムによる信号パラメータの推定、マトリックスペンシル法、またはその派生法などの技術を使用して、信号の到来方向を推定します。これには、アンテナ/センサーアレイの空間スペクトルの検出と、このスペクトルのピークから DOA の計算が含まれます。これらの計算には、計算負荷がかかります。

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ビームフォーミング

ビームフォーミングは、望ましいターゲット/モバイルの方向に信号の位相を建設的に加算し、望ましくない/干渉するターゲットであるターゲット/モバイルのパターンをゼロにすることによって、アンテナアレイの放射パターンを作成するために使用される方法です。これは、単純な有限インパルス応答 (FIR)タップ付き遅延線フィルタを使用して実行できます。FIR フィルタの重みは適応的に変更することもでき、望ましいビームパターンと実際に形成されたビームパターン間の最小平均二乗誤差を減らすという意味で、最適なビームフォーミングを提供するために使用できます。一般的なアルゴリズムは、最急降下法と最小平均二乗法アルゴリズムです。マルチチャネルのデジタルアンテナアレイでは、通常、DFT またはFFTによるデジタルビームフォーミングを使用します。

スマートアンテナの種類

スマートアンテナの主なタイプには、スイッチビームスマートアンテナとアダプティブアレイスマートアンテナの2つがあります。スイッチビームシステムには、いくつかの固定ビームパターンがあります。システムの要件に基づいて、任意の時点でどのビームにアクセスするかが決定されます。アダプティブアレイを使用すると、アンテナはビームを任意の方向に向けると同時に、干渉信号をゼロにすることができます。^[2]ビーム方向は、いわゆる到来方向（DOA）推定方法を使用して推定できます。^[3]

2008年、米国NTIAは消費者のデジタルテレビコンバータボックスの購入を支援するための大規模な取り組みを開始しました。^{[4]この取り組みを通じて、多くの人が初めてスマートアンテナの概念に触れました。民生用電子機器の文脈では、「スマートアンテナ」とは、EIA /}CEA-909標準インターフェースに準拠したアンテナです。

2017年、イスラエル航空宇宙産業はADAと呼ばれるアダプティブアレイアンテナを発表し、すでに運用されており、イスラエル国防軍が使用する「主要プラットフォーム」に搭載される予定であると述べた。

市場におけるEIA/CEA-909Aスマートアンテナの選択肢が限られている

2009 年 6 月 11 日に米国で ATSCデジタルテレビへの最終的な移行が行われる前に、次の 2 つのスマートアンテナモデルが市場に投入されました。

RCA ANT2000 – 小売店では販売終了
DTA-5000 –船井電機が製造し、「DXアンテナ」のブランド名で販売され、シルバニアのブランド名と関連付けられることもありますが、小売店では販売されていません。

そして、2 つのモデルが消費者の混乱を引き起こしています。

Apex SM550は電力供給の目的でCEA-909ポートに接続できますが、真のスマートアンテナではありません。 ^[5]
Channel Master 3000AおよびCM3000HD SMARTennaシリーズは、ステアリング可能なスマートアンテナではなく、従来の増幅型全方向性アンテナです。^[6]
ADA -イスラエル航空宇宙産業のMLM工場で製造されたアダプティブアンテナ^[7]

参照

アンテナ（ラジオ） - 電気機器
アレイ処理 – 信号処理の研究分野
スマートアンテナの歴史
フェーズドアレイ – 操作可能なビームを作成するアンテナのアレイ
CEA-909 – 8VSB/ATSC スマートアンテナの ANSI 規格
WiMAX – 無線ブロードバンド規格
ダイバーシティ合成 – 複数の受信信号を1つの改善された信号に結合すること
アクティブアンテナ – 電気アンテナ
再構成可能なアンテナ – 周波数と放射特性を動的に変更できるアンテナ
デジタルアンテナアレイ - マルチチャンネルデジタルビームフォーミングを備えたスマートアンテナ

参考文献

^ “StackPath”. 2019年3月. 2023年12月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年4月8日閲覧。
^ Gross, Frank (2005).無線通信用スマートアンテナ: MATLAB を使用. Professional Engineering (第 1 版). McGraw-Hill Professional . ISBN 978-0071447898。（288ページ）
^ 「配列処理チュートリアル」(PDF)。テキサス大学オースティン校。 2021年12月2日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。2019年11月25日閲覧。
^ 「Microsoft Redirect」www.dtv2009.gov。2007年12月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2022年5月22日閲覧。
^ 公式 AVS「スマートアンテナ」トピック - ページ 4 2018-07-01 にWayback Machineにアーカイブされています。AVS フォーラム。
^ Channel Master CM 3000 郊外型屋外増幅型全方向性 SMARTenna TV アンテナ (CM3000A)、Wayback Machine より。
^ 「ADA GNSS Anti-Jamming System」。2017年6月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年6月27日閲覧。

さらに読む

Sun, Chen; Cheng, Jun; Ohira, Takashi (2008)。ワイヤレスネットワーク向けスマートアンテナ技術の進歩に関するハンドブック。Premier Reference Source (第 1 版)。IGI Global。ISBN 978-1599049885。（584ページ）

外部リンク

スマートアンテナ研究グループスタンフォードのWayback Machineに 2013-10-20 にアーカイブ
バージニア工科大学、モバイルおよびポータブル＆ラジオ研究グループ

[1] “StackPath”. 2019年3月. 2023年12月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年4月8日閲覧。

[2] Gross, Frank (2005).無線通信用スマートアンテナ: MATLAB を使用. Professional Engineering (第 1 版). McGraw-Hill Professional . ISBN 978-0071447898。（288ページ）

[3] 「配列処理チュートリアル」(PDF)。テキサス大学オースティン校。 2021年12月2日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。2019年11月25日閲覧。

[4] 「Microsoft Redirect」www.dtv2009.gov。2007年12月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2022年5月22日閲覧。

[5] 公式 AVS「スマートアンテナ」トピック - ページ 4 2018-07-01 にWayback Machineにアーカイブされています。AVS フォーラム。

[6] Channel Master CM 3000 郊外型屋外増幅型全方向性 SMARTenna TV アンテナ (CM3000A)、Wayback Machine より。

[7] 「ADA GNSS Anti-Jamming System」。2017年6月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年6月27日閲覧。