Inverkan av signal/brusförhållande och multipla antenner på DL fart

Vad för slags 2600 yagis och vilket gain?

Citat

"Dubbla antenner monteras korspolariserade eller monteras i samma polarisation men i ca 15 graders vinkel" eller som i figur 3(b) där antennerna är i vinkel 45 grader, dvs 90graders vinkel mellan antenner.

Det där med 15 graders vinkel hoppas jag att jag inte skrivit.

Grunden är denna: Linjärt polariserade radiovågor är det enda vi diskuterar här. Det finns också höger- eller vänsterskruvad cirkulär polarisation som används i radiostyrt flyg och i GPS men det behöver vi inte gå in på. En linjärt polariserad radiovåg i fri rymd har lika kraftig polarisationsverkan som polariserat ljus, t ex reflekterat ljus från en vattenyta. Ta två polarisationsfilter för kameror eller solglasögon. Vrid ena filtret så att mesta möjliga reflekterat polariserat ljus släpps igenom. Testa sedan att vrida det andra filtret. Det går då att släcka ut ljuset genom att vrida det andra filtrets polarisationsplan 90 grader i förhållande till det första. För det finns bara ljus med ett huvudsakligt polarisationsplan från den reflekterande ytan.

En radiovåg har ett bestämt polarisationsplan då den lämnar en mobilmast. Om man tar emot den med en antenn som är vriden 45 grader i förhållande till det ursprunglia planet förloras 3dB i signalstyrka. Vrider man mottagarantennen än mer så blir signalen starkare igen för förutseende nog har sändaren alltid två antenner vilka är vinklade 90 grader i förhållande till varandra. Därför kan polarisationsfelet bli maximalt 45 grader om jag t ex snurrar på en gammal GSM telefon som bara har ett antennspröt - och förlusten pga vridning max 3 dB.

Annorlunda vid satellit-TV om inte har antenner som inte sänder samma signal över två vinkelställa antenner.  Om jag vrider huvudet 90 grader kan dämpningen bli uppmot 28-29 dB, vilket gör att signalen försvinner. Bra, för då kan jag sända en signal med polarisationsplanet V grader och en annan signal med V+90 grader.

Vid MIMO-mottagning sänder antenn A med vinkeln V en dataström till mottagarantennen A1 som bör stå i samma vinkel. Den andra dataströmmen går över antenn B med vinklen V+90 grader till B1 som ocskså står i V+90 grader. Under optimala förhållanden läcker inte dataströmmen från A över till  B1 pga polarisationseffekten. Men ju längre signalerna går genom skog, studsar och har sig desto mer pajar polarisationsåtskillnaden ihop. Sedan finns det också en s.k. Faradayeffekt som gör att polarisationsplanet vrids mer och mer då en polariserad signal inte går genom vakuum utan genom luft.

Så långt bort från masten kommer inte MIMO med dubbla dataströmmar att funka - och man når inte upp till operatörens glädjesiffra på fart. Mottagaren meddelar sändaren att det inte funkar med dubbla dataströmmar och systemet slår om till diversitet, dvs mottagaren vet att det är en och samma signal som sänds över båda antennerna på basstationen men mottagaren kan plocka den av de båda som funkar bäst i närvarande millisekundstund.

Men det är ändå vits med antenner som är polarisationsåtskilda 90 grader för vi vet ju inte längre vilket polarisationsplan den ankommande signalen har. Dessutom kan det löna sig att flytta isär antennerna vilket kallas spatial diversitet. Ser man till en given punkt varierar alltid radiosignalen i styrka pga snabba växlingar i vågutbredningen och interferens mellan direkta signaler och reflekterade signaler (Raleigh-fading>wikipedia). Men när signalen är svag i punkt 1 kan den istället vara stark i punkt 2. Om då motagaren får välja kan den plocka den starkaste signalen.

Om man nu ska helgardera sig skulle man vilka ha dubbla, vinkelställda antenner både i punkt 1 och 2. Det används dock inte. Har man dubbla antenner antar jag med enfaldig logik att det kan vara bra att ha en vinklad +45 grader på en punkt och en annan vinklad -45 grader på en annan punkt. Men det är uppenbart att det kan bli helt fel också om signalen växlar både i styrka och i polarisationsplan samtidigt mellan punkt 1 och 2.

Sändarantennerna står +/- 45 grader. Sätter jag mottagarantennerna 0 resp 90 grader i punkt 1 respektive 2 kan jag förlora max 3 dB i vardera punkten eftersom vridningsfelet blir max 45 grader.

Alltså: Om jag befinner mig på nära håll från masten, helst med direktsikt så kan jag hoppas på MiMO och testa med +/- 45 grader. Jmf Fujitsus bild b). Men om jag är långt bort från masten är det bättre att köra med en horisontell och en vertikal antenn om de är åtskilda för då får jag diversitetsvinst med max 3 dB vridningsförlust. Sämst är Fujitu a), båda antennerna i samma plan.

Om antennerna sitter ihop som i MIMO panelantenner har man avstått från lägesåtskillnad och då kan de ingående antennerna lika gärna stå +/-45 grader som t ex flera tyska panelantenner har det. I bästa fall MIMO, annars vinst genom att signalen tas emot utan alltför mycket förlust genom att max-förlusten blir högst 3 dB.

När man sedan går upp till antennarrangemang med 4x4 eller till och med 8x8 antenner handlar det om mycket subtilare skillnader mellan signalerna på de 4 eller åtta signalingångarna. Genom jämförelser kan man vaska fram multipla samtidiga dataströmmar som medger farter upp till 1 Gbit/s. Det dröjer några år innan vi konsumenter berörs och man får hoppas att ingenjörerna till dess också kommit på ïckematematiska analogier för att beskriva överföringen.   

För att komma ifrån nackdelen med polarisationsplan använder man cirkulär polarisation i modellflyg och för det ändamålet antenner som skickar cirkulärt polarisrade radiovågor. Man skulle kunna använda cirkulärt polariserade antenner för 3G och 4G ocksp men då utan chans till MIMO.

Rättelser och synpunkter är välkomna.