Las antenas inteligentes (también conocidas como antenas de matriz adaptativa, matrices de antenas digitales , antenas múltiples y, recientemente, MIMO ) son matrices de antenas con algoritmos de procesamiento de señales inteligentes que se utilizan para identificar firmas de señales espaciales, como la dirección de llegada (DOA) de la señal, y usarlas para calcular vectores de formación de haz que se utilizan para rastrear y ubicar el haz de la antena en el móvil/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 especialmente en el procesamiento de señales acústicas, radares de seguimiento y escaneo , radioastronomía y radiotelescopios , y principalmente en sistemas celulares como W-CDMA , UMTS , LTE y 5G-NR. [1]
Las antenas inteligentes tienen muchas funciones: estimación de DOA, formación de haz , anulación de interferencias y preservación de módulo constante.
El sistema de antena inteligente estima la dirección de llegada de la señal, utilizando técnicas como MUSIC (Multiple SIgnal Classification), algoritmos de estimación de parámetros de señal mediante técnicas de invariancia rotacional (ESPRIT), método Matrix Pencil o uno de sus derivados. Estos implican encontrar un espectro espacial del conjunto de antenas/sensores y calcular la DOA a partir de los picos de este espectro. Estos cálculos requieren un gran esfuerzo computacional.
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 de la red de antenas mediante la adición constructiva de las fases de las señales en la dirección de los objetivos/móviles deseados y la anulación del patrón de los objetivos/móviles que son objetivos no deseados/interferentes. Esto se puede hacer con un simple filtro de línea de retardo con tomas de respuesta de impulso finito (FIR) . Los pesos del filtro FIR también se pueden cambiar de forma adaptativa y se pueden utilizar para proporcionar una formación de haces óptima, en el sentido de que reduce el error cuadrático medio mínimo entre el patrón de haz deseado y el real formado. Los algoritmos típicos son el de descenso más empinado y el de mínimos cuadrados medios . En las redes de antenas digitales con múltiples canales, se utiliza la formación de haces digital, normalmente mediante DFT o FFT .
Dos de los principales tipos de antenas inteligentes son las antenas inteligentes de haz conmutado y las antenas inteligentes de matriz adaptativa. Los sistemas de haz conmutado tienen varios patrones de haz fijo disponibles. Se toma una decisión sobre a qué haz acceder, en un momento dado, en función de los requisitos del sistema. Las matrices adaptativas permiten que la antena dirija el haz hacia cualquier dirección de interés y, al mismo tiempo, anule las señales interferentes. [2] La dirección del haz se puede estimar utilizando los llamados métodos de estimación de dirección de llegada (DOA). [3]
En 2008, la NTIA de los Estados Unidos inició una importante iniciativa para ayudar a los consumidores a comprar decodificadores de televisión digital . [4] Gracias a esta iniciativa, muchas personas han conocido por primera vez el concepto de antenas inteligentes. En el contexto de la electrónica de consumo, una "antena inteligente" es aquella que cumple con la interfaz estándar EIA/ CEA-909 .
En 2017, la Industria Aeroespacial de Israel presentó una antena de matriz adaptativa llamada ADA y afirmó que ya está operativa y se instalará en las "plataformas principales" 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 antena inteligente:
Y dos modelos están causando confusión en los consumidores: