利用動態(tài)天線分集技術改善接收機性能

1、利用動態(tài)天線分集技術改善接收機性能利用動態(tài)天線分集技術改善接收機性能上網(wǎng)時間:2003年04月12日天線分集接收技術可以增強接收信號，提高系統(tǒng)性能，但同時會增加成本和功耗。本文介紹的動態(tài)天線分集技術是通過對接收信號強度測量來對無線鏈路進行評估，并根據(jù)其結果動態(tài)地調(diào)整接收天線的連接，達到降低功耗和提高性能的目的。IEEE802.11a無線局域網(wǎng)(WLAN)標準選擇正交頻分復用(OFDM)和正交幅度調(diào)制(QAM)，在5GHz頻帶上實現(xiàn)54M

2、bps的數(shù)據(jù)通信。該方案在本質(zhì)上具有非常高的魯棒性，能有效克服多徑效應，而采用天線分集可以增強無線連接。但是，在接收機端結合相應信號處理的天線分集功耗大，因此限制了其廣泛應用。而動態(tài)分集等先進技術可以使功耗和性能得到有效的折衷和優(yōu)化，并使該技術能更廣泛深入地用于WLAN。為了正確實現(xiàn)動態(tài)分集并發(fā)揮其最大的優(yōu)勢，設計工程師必須全面精確地提取接收信道的特征參數(shù)。系統(tǒng)在采用動態(tài)分集技術條件下，當根據(jù)接收端質(zhì)量評估認為鏈路足夠可靠時，就采用一種

3、形式相對簡單的接收天線分集，可以是交換式分集、選擇分集或無分集模式。鏈路狀況變差時，接收機將采用一種魯棒但功耗更大的完全分集(fulldiversity)模式，它在多個接收天線路徑上進行信號處理。在檢測到鏈路質(zhì)量改善后，接收機就會將其配置重新恢復到較簡單的分集模式。即只有當鏈路的質(zhì)量惡化到無法實現(xiàn)給定的數(shù)據(jù)率時，才采用完全分集模式。動態(tài)分集具有多種優(yōu)點：它可以提供高吞吐率而無需過高的整體功耗，并且不影響發(fā)送器功率控制和數(shù)據(jù)包重傳等傳統(tǒng)的

4、發(fā)送器端鏈路增強技術；動態(tài)分集保持了與當前使用的無線通信設備的后向兼容能力和互操作能力，因為它是一種只影響接收端的增強技術。接收機端鏈路質(zhì)量評估技術在實現(xiàn)動態(tài)分集概念中扮演了關鍵角色，動態(tài)模式的選擇可以由能夠指示通信鏈路質(zhì)量變化的各種PHY層及MAC層參數(shù)決定。通過天線分集，接收端可以獲得對發(fā)射端發(fā)出的同一信號的多個樣本，由此可以在接收機端以更高的精確度恢復發(fā)送信號。然而，天線分集也有缺點：它需要更多的信號處理，這會導致更大的功耗，同時

5、，還會增加硬件額外開銷。通過在多個信號路徑之間共享電路和構建模塊可以降低硬件開銷，芯片高集成度和高效的封裝技術也可以降低設備的成本。信道衰落模型信道衰落模型首先來考察一個有代表性的QAM系統(tǒng)，如圖1所示。接收到的采樣由等式1給出：c.選擇分集選擇具有較大信噪比(SNR)或信號強度的一個天線。信噪比或信號強度的測量可以在接收到的數(shù)據(jù)包的起始碼期間內(nèi)進行。因此，大部分時間只有一個天線連接，但在測量信噪比或信號強度期間，必須建立兩個天線的連接

6、。實際的選擇交換過程也可以在數(shù)據(jù)包接收之間進行，可以在逐個數(shù)據(jù)包的基礎上進行，或者每隔若干個數(shù)據(jù)包后或指定的時間段執(zhí)行一次。d.完全分集在任何時候兩個天線都處于連接狀態(tài)。由于兩條接收路徑都必須加電，這種模式產(chǎn)生的功耗最大，但與其它配置相比，尤其是延遲擴展較大的嚴重衰落環(huán)境下，它提供的性能增益最大。采用這種多路徑接收，還可增強數(shù)字前端的性能，如信號檢測、幀同步與載波頻偏估計校正等。鏈路質(zhì)量評估鏈路質(zhì)量評估在一般室內(nèi)WLAN應用中，通常在發(fā)

7、送器端根據(jù)數(shù)據(jù)包傳輸速率的測量值來對給定通信鏈路的數(shù)據(jù)率進行調(diào)整。當信道狀況惡化，如當接收站點遠離發(fā)送站點，或移動站點的天線方向變化時，鏈路數(shù)據(jù)率將向下調(diào)整，此時在原速率下進行可靠通信已不可行。與常規(guī)系統(tǒng)相比，動態(tài)分集在較為不利的信道條件下允許較高的鏈路速率，同時避免收發(fā)器調(diào)制解調(diào)器部件的總體功耗增大。與常規(guī)的基于發(fā)送器端鏈路質(zhì)量評估的WLAN系統(tǒng)相反，動態(tài)分集需要進行接收機端鏈路質(zhì)量測量。圖3中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖顯示了允許在完全分集和無分集

8、之間進行動態(tài)選擇的一個具體策略。鏈路質(zhì)量惡化時，接收機從單天線連接轉(zhuǎn)換為完全分集模式，當?shù)玫芥溌焚|(zhì)量顯著改善的指示時，又重新恢復到單天線連接。轉(zhuǎn)換到單天線配置時，通過兩個天線接收路徑上接收信號的比較很容易得到一個優(yōu)選的天線連接。分集模式和天線連接之間的轉(zhuǎn)換由檢測到的鏈路質(zhì)量水平變化來進行指示。通常，根據(jù)應答數(shù)據(jù)包和重傳的次數(shù)而估計得到丟包率，由此來評估發(fā)送端鏈路的質(zhì)量。不過，動態(tài)分集所需的接收機端鏈路質(zhì)量評估基于以下的一個或幾個因素：信