Antena inteligente

Las antenas inteligentes (también conocidas como antenas de matriz adaptativa, matrices de antenas digitales , antenas múltiples y, más recientemente, MIMO ) son conjuntos de antenas con algoritmos de procesamiento de señal inteligentes que se utilizan para identificar características espaciales de la señal, como la dirección de llegada (DOA), y calcular vectores de formación de haces que se emplean para rastrear y localizar el haz de la antena en el dispositivo móvil o el objetivo. Las antenas inteligentes no deben confundirse con las antenas reconfigurables , que tienen capacidades similares pero son antenas de un solo elemento y no matrices de antenas.

Las técnicas de antenas inteligentes se utilizan notablemente en el procesamiento de señales acústicas, radar de seguimiento y escaneo , radioastronomía y radiotelescopios , y sobre todo en sistemas celulares como W-CDMA , UMTS , LTE y 5G-NR. ^{[ 1 ]}

Las antenas inteligentes tienen muchas funciones: estimación de la dirección de llegada (DOA), formación de haces , anulación de interferencias y preservación del módulo constante.

El sistema de antena inteligente estima la dirección de llegada de la señal mediante técnicas como MUSIC (Clasificación de Señales Múltiples), algoritmos ESPRIT ( Estimación de Parámetros de Señal mediante Técnicas de Invariancia Rotacional ), el método Matrix Pencil o alguna de sus variantes. Estas técnicas implican la obtención de un espectro espacial del conjunto de antenas y sensores , y el cálculo de la dirección de llegada a partir de los picos de dicho espectro. Estos cálculos requieren una gran capacidad de procesamiento.

Matrix Pencil es muy eficiente en el caso de sistemas en tiempo real y bajo fuentes correlacionadas.

La formación de haces es el método utilizado para crear el patrón de radiación del conjunto de antenas mediante la suma constructiva de las fases de las señales en la dirección de los objetivos/móviles deseados y la anulación del patrón de los objetivos/móviles no deseados/que interfieren. Esto se puede hacer con un filtro de línea de retardo con derivaciones de respuesta de impulso finito (FIR) simple . Los pesos del filtro FIR también se pueden cambiar de forma adaptativa y se utilizan para proporcionar una formación de haces óptima, en el sentido de que reduce el error cuadrático medio mínimo entre el patrón de radiación deseado y el real formado. Los algoritmos típicos son el de descenso más pronunciado y el de mínimos cuadrados medios . En conjuntos de antenas digitales con múltiples canales, se utiliza la formación de haces digital, generalmente mediante DFT o FFT .

Dos de los principales tipos de antenas inteligentes son las antenas inteligentes de haz conmutable y las antenas inteligentes de matriz adaptativa. Los sistemas de haz conmutable disponen de varios patrones de haz fijos. En función de los requisitos del sistema, se decide qué haz utilizar en cada momento. Las matrices adaptativas permiten que la antena dirija el haz hacia cualquier dirección de interés, anulando simultáneamente las señales interferentes. ^{[ 2 ]} La dirección del haz se puede estimar mediante los métodos de estimación de la dirección de llegada (DOA). ^{[ 3 ]}

En 2008, la NTIA de Estados Unidos inició una importante iniciativa para ayudar a los consumidores a adquirir decodificadores de televisión digital . ^{[ 4 ]} Gracias a esta iniciativa, muchas personas conocieron por primera vez el concepto de antenas inteligentes. En el ámbito de la electrónica de consumo, una "antena inteligente" es aquella que cumple con la interfaz estándar EIA/ CEA-909 .

En 2017, la empresa Israeli Aerospace Industries presentó una antena de matriz adaptativa llamada ADA , y declaró que ya estaba operativa y que se instalaría en las "principales plataformas" utilizadas por las Fuerzas de Defensa de Israel .

Antes de la transición definitiva a la televisión digital ATSC en Estados Unidos, el 11 de junio de 2009, se lanzaron al mercado dos modelos de antenas inteligentes:

• RCA ANT2000 – ya no está disponible en tiendas.
• DTA-5000 – fabricado por Funai Electric , comercializado bajo la marca "DX Antenna", a veces asociado con la marca Sylvania ; ya no está disponible en tiendas.

Y dos modelos están causando confusión entre los consumidores:

• Aunque el Apex SM550 es capaz de conectarse a un puerto CEA-909 para obtener energía eléctrica, no es una verdadera antena inteligente. ^{[ 5 ]}
• Las series Channel Master 3000A y CM3000HD SMARTenna son antenas omnidireccionales amplificadas convencionales, no antenas inteligentes orientables. ^{[ 6 ]}
• ADA - Una antena adaptativa producida por la fábrica MLM de Israel Aerospace Industries ^{[ 7 ]}

• Antena (de radio) – Dispositivo que transmite y recibe ondas de radio. 
• Procesamiento de matrices : área de investigación en el procesamiento de señales. 
• Historia de las antenas inteligentes
• Conjunto de antenas en fase: Conjunto de antenas que crean un haz orientable. 
• CEA-909 – Norma ANSI para antenas inteligentes 8VSB/ATSC 
• WiMAX : estándar de banda ancha inalámbrica 
• La diversidad combina
• Antena activa – Antenas eléctricas 
• Antena reconfigurable : Antena capaz de modificar dinámicamente su frecuencia y propiedades de radiación. 
• Conjunto de antenas digitales : antena inteligente con formación de haces digitales multicanal. 

• Sun, Chen; Cheng, Jun; Ohira, Takashi (2008). Manual sobre avances en tecnologías de antenas inteligentes para redes inalámbricas . Fuente de referencia principal (1.ª  ed.). IGI Global . ISBN 978-1599049885.(584 páginas)

• Grupo de Investigación de Antenas Inteligentes. Archivado el 20 de octubre de 2013 en la Wayback Machine de Stanford.
• Grupo de investigación sobre dispositivos móviles, portátiles y radio de Virginia Tech