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Algorithmen zur Strahlformung und –steuerung

Antennendiagramm nach Anwendung eines LCMV Algorithmus zur Ausblendung von Störern und Steuerung der Hauptkeule auf das Nutzsignal

Zur effizienten und störungsfreien Übertragung hoher Datenraten werden Antennen benötigt, die sich auf die Einfallsrichtung des Nutzsignals ausrichten und Störer wirksam unterdrücken. Hierbei kommen Gruppenantennen (auch als Arrayantennen bezeichnet) zum Einsatz. Sie bestehen aus mehreren Elementen denen jeweils das gleiche Signal zugeführt wird. Neben einer Erhöhung des Antennengewinns führen Gruppenantennen bei Verwendung von Algorithmen zur Strahlformung zu einer erheblichen Steigerung an Flexibilität, da das Antennendiagramm gezielt an das aktuelle Szenario angepasst werden kann. Im Vordergrund stehen die Formung der Antennenkeule und deren Ausrichtung auf das gewünschte Ziel während des laufenden Betriebs. Zudem ist es möglich, ebenfalls auf die Antenne treffende Störsignale und Mehrwegekomponenten zu unterdrücken. Grundsätzlich müssen für die Strahlformung die Signale der einzelnen Antennenelemente in Amplitude und Phase gewichtet werden. Bei der digitalen Strahlformung, die den effizienten Einsatz derartiger Algorithmen erst möglich macht, erfolgt diese Wichtung bei der Prozessierung der digitalen Daten.

In der Fachgruppe Antennen wird eine Vielzahl an Verfahren zur Strahlformung und -steuerung untersucht und weiterentwickelt. Dabei kann zwischen zwei Klassen von Algorithmen unterschieden werden. Zum einen gibt es deterministische, d. h. datenunabhängige Verfahren. Hierbei werden die oben erwähnten Gewichtungskoeffizienten auf der Basis von Zusatzinformationen und gewünschten Charakteristika des Diagramms eingestellt. Dazu gehören klassische Antennendiagramm-Syntheseverfahren.

In der zweiten Klasse, den statistischen Verfahren, werden die aktuell vorliegenden Antennensignale mit in die Berechnung der Gewichte durch die Algorithmen einbezogen. Aus diesem Grund sind statistische Verfahren auf digitale Strahlformungssysteme im Empfangsfall beschränkt. Der Vorteil besteht darin, dass mit Hilfe mathematischer Verfahren Informationen aus den empfangenen Signalen extrahiert werden können, die zur Bestimmung eines nach gewissen Kriterien im statistischen Sinn optimalen Antennendiagramms benutzt werden. Als Beispiel sei die Bestimmung der Einfallsrichtung von Störern mit anschließender Minimierung des Rauschens bei ungestörtem Empfang in Richtung des Nutzsignals und gleichzeitiger Ausblendung der detektierten Störer genannt. In der Abbildung ist ein Antennendiagramm dargestellt, bei dem dieses sogenannte Linear Constrained Minimum Variance (LCMV) Prinzip angewendet wurde.