利用動態(tài)天線分集技術(shù)改善接收機(jī)性能

1、利用動態(tài)天線分集技術(shù)改善接收機(jī)性能利用動態(tài)天線分集技術(shù)改善接收機(jī)性能上網(wǎng)時間:2003年04月12日天線分集接收技術(shù)可以增強(qiáng)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(shù)是通過對接收信號強(qiáng)度測量來對無線鏈路進(jìn)行評估，并根據(jù)其結(jié)果動態(tài)地調(diào)整接收天線的連接，達(dá)到降低功耗和提高性能的目的。IEEE802.11a無線局域網(wǎng)(WLAN)標(biāo)準(zhǔn)選擇正交頻分復(fù)用(OFDM)和正交幅度調(diào)制(QAM)，在5GHz頻帶上實(shí)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(yīng)，而采用天線分集可以增強(qiáng)無線連接。但是，在接收機(jī)端結(jié)合相應(yīng)信號處理的天線分集功耗大，因此限制了其廣泛應(yīng)用。而動態(tài)分集等先進(jìn)技術(shù)可以使功耗和性能得到有效的折衷和優(yōu)化，并使該技術(shù)能更廣泛深入地用于WLAN。為了正確實(shí)現(xiàn)動態(tài)分集并發(fā)揮其最大的優(yōu)勢，設(shè)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(shù)條件下，當(dāng)根據(jù)接收端質(zhì)量評估認(rèn)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(jī)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(jìn)行信號處理。在檢測到鏈路質(zhì)量改善后，接收機(jī)就會將其配置重新恢復(fù)到較簡單的分集模式。即只有當(dāng)鏈路的質(zhì)量惡化到無法實(shí)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(diǎn)：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(qiáng)技術(shù)；動態(tài)分集保持了與當(dāng)前使用的無線通信設(shè)備的后向兼容能力和互操作能力，因?yàn)樗且环N只影響接收端的增強(qiáng)技術(shù)。接收機(jī)端鏈路質(zhì)量評估技術(shù)在實(shí)現(xiàn)動態(tài)分集概念中扮演了關(guān)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(jī)端以更高的精確度恢復(fù)發(fā)送信號。然而，天線分集也有缺點(diǎn)：它需要更多的信號處理，這會導(dǎo)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(gòu)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(shù)也可以降低設(shè)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(qiáng)度的一個天線。信噪比或信號強(qiáng)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(jìn)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(qiáng)度期間，必須建立兩個天線的連接

6、。實(shí)際的選擇交換過程也可以在數(shù)據(jù)包接收之間進(jìn)行，可以在逐個數(shù)據(jù)包的基礎(chǔ)上進(jìn)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(kuò)展較大的嚴(yán)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(qiáng)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(yīng)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(jìn)行調(diào)整。當(dāng)信道狀況惡化，如當(dāng)接收站點(diǎn)遠(yuǎn)離發(fā)送站點(diǎn)，或移動站點(diǎn)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(jìn)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(jìn)行接收機(jī)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(jìn)行動態(tài)選擇的一個具體策略。鏈路質(zhì)量惡化時，接收機(jī)從單天線連接轉(zhuǎn)換為完全分集模式，當(dāng)?shù)玫芥溌焚|(zhì)量顯著改善的指示時，又重新恢復(fù)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(jìn)行指示。通常，根據(jù)應(yīng)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(jī)端鏈路質(zhì)量評估基于以下的一個或幾個因素：信