利用动态天线分集技术改善接收机性能

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1、利用动态天线分集技术改善接收机性能上网时间:2003年04月12日天线分集接收技术可以增强接收信号，提高系统性能，但同时会增加成本和功耗。本文介绍的动态天线分集技术是通过对接收信号强度测量来对无线链路进行评估，并根据其结果动态地调整接收天线的连接，达到降低功耗和提高性能的目的。IEEE802.11a无线局域网(WLAN)标准选择正交频分复用(OFDM)和正交幅度调制(QAM)，在5GHz频带上实现54Mbps的数据通信。该方案在本质上具有非常高的鲁棒性，能有效克服多径效应，而采用天线分集可以增强无线连接。但是，在接收机端结合相应信号处理的

2、天线分集功耗大，因此限制了其广泛应用。而动态分集等先进技术可以使功耗和性能得到有效的折衷和优化，并使该技术能更广泛深入地用于WLAN。为了正确实现动态分集并发挥其最大的优势，设计工程师必须全面精确地提取接收信道的特征参数。系统在采用动态分集技术条件下，当根据接收端质量评估认为链路足够可靠时，就采用一种形式相对简单的接收天线分集，可以是交换式分集、选择分集或无分集模式。链路状况变差时，接收机将采用一种鲁棒但功耗更大的完全分集(full-diversity)模式，它在多个接收天线路径上进行信号处理。在检测到链路质量改善后，接收机就会将其配置重

3、新恢复到较简单的分集模式。即只有当链路的质量恶化到无法实现给定的数据率时，才采用完全分集模式。动态分集具有多种优点：它可以提供高吞吐率而无需过高的整体功耗，并且不影响发送器功率控制和数据包重传等传统的发送器端链路增强技术；动态分集保持了与当前使用的无线通信设备的后向兼容能力和互操作能力，因为它是一种只影响接收端的增强技术。接收机端链路质量评估技术在实现动态分集概念中扮演了关键角色，动态模式的选择可以由能够指示通信链路质量变化的各种PHY层及MAC层参数决定。通过天线分集，接收端可以获得对发射端发出的同一信号的多个样本，由此可以在接收机端以

4、更高的精确度恢复发送信号。然而，天线分集也有缺点：它需要更多的信号处理，这会导致更大的功耗，同时，还会增加硬件额外开销。通过在多个信号路径之间共享电路和构建模块可以降低硬件开销，芯片高集成度和高效的封装技术也可以降低设备的成本。信道衰落模型首先来考察一个有代表性的QAM系统，如图1所示。接收到的采样由等式1给出：上式中，gk表示无线介质中的衰落，Ak是QAM符号，nk为加性噪声，所有变量一般都是复数值。这是对在一个被加性噪声破坏的衰减信道上传输的QAM符号的一个概括描述，该等式所表示的模型既可以是一个时域模型也可以是一个频域模型。在一个采

5、用有限数量(如N)固定频率的OFDM系统中，模型(1)假设第(k+iN)个符号占据第k个频率进行传输，此处i为非负整数，k从1到N,即频率是以一种连续性的方式从第一个到最后一个依次被占用，然后又回到第一个，如此反复。现在考察采用一个发射天线和两个接收天线时的信道模型，参见图2。这个模型可以直接推广到与采用多个接收天线(甚至是多个发射天线)相对应的多个信道，该模型没有采用发射天线分集技术。两个天线的接收采样为：式中的双下标用来表示信道衰落参数和噪声，以区别两条接收路径。在图2中，位-符号映射模块将固定数目的位转换成一个QAM符号，非线性处理

6、器通过以某种最优或次优的方法结合这两个接收到的采样，对传送的位数据进行判断。根据对象的复杂度/性能的折衷考虑，该过程可以通过软件或硬件实现。对于802.11a选择的特定OFDM格式，上述接收采样对应着52个子载波之一的幅度的噪声观测值。衰落参数g1,k代表这个信道在一个具体频带上对于一个特定天线的频率响应。对两个天线的信道频率响应进行测量的环境是在一个带铁内壁和干炉渣砖墙的开阔建筑物内。如果没有任何多径延迟扩展，将得到比较平坦的频率响应。实际测试结果显示，频率响应并不平坦，信道的频率选择性很明显。接收分集模式为了清楚起见，本文在讨论各种接

7、收天线分集方案时主要针对两个接收天线的情况，但该结果可以直接推广到多个天线的情况。a.无分集(单天线模式)只有一个接收天线，这是最简单的情况。具有实现简单，功耗最低的特点。b.交换式分集在接收过程中的任意给定时刻只有一个接收天线，它建立在一些规定的选择标准之上。当检测到的链路质量降低到一个规定的阈值以下时，将进行天线连接切换。c.选择分集选择具有较大信噪比(SNR)或信号强度的一个天线。信噪比或信号强度的测量可以在接收到的数据包的起始码期间内进行。因此，大部分时间只有一个天线连接，但在测量信噪比或信号强度期间，必须建立两个天线的连接。实际

8、的选择/交换过程也可以在数据包接收之间进行，可以在逐个数据包的基础上进行，或者每隔若干个数据包后或指定的时间段执行一次。d.完全分集在任何时候两个天线都处于连接状态。由于两条接收路径都必须加电