Antenas

RESUMEN

Los Sistemas de múltiples antenas, también conocidos como múltiple-entrada de radio de varias salidas, pueden mejorar la capacidad y fiabilidad de la comunicación de radio. Sin embargo, las múltiples cadenas de RF asociados con múltiples antenas son costosas en términos de tamaño, poder, y hardware. La Selección de antena es una alternativa bajo costo y de baja complejidad para capturar muchas de las ventajas de los sistemas MIMO. Este artículo revisa los resultados clásicos sobre la diversidad de selección, seguido por una discusión de los algoritmos de selección de antenas en las partes de transmisión y recepción. La extensión de los resultados clásicos de la antena subconjunto se presentan selección. Por último, varios abiertos problemas en esta área se señalan.

INTRODUCCION

Mejoras impresionantes en la capacidad y la tasa de error de bit (BER) han motivado el reciente interés en los sistemas de radio de múltiples antenas, también conocido como de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO). Además del beneficio, sin embargo, llega un valor en la complejidad del hardware. El extremo delantero de radio tiene una complejidad, el tamaño, y valor que escala con el número de antenas. Es posible aliviar este costo y al mismo tiempo captura muchas de las ventajas de MIMO sistemas conocidos como selección de antena. Este artículo está dedicado a un tutorial de una visión general de los métodos de selección de antena MIMO.

MIMO señalización puede mejorar la comunicación inalámbrica de dos maneras diferentes: métodos de diversidad y multiplexado espacial. Métodos de Diversidad mejora la robustez del sistema de comunicación en términos de BER explotando los múltiples caminos entre las antenas de transmisión y recepción. El lado de recepción, esta diversidad es similar a la proporcionada por el receptor RAKE. La diversidad puede también ser obtenido con múltiples antenas de transmisión, pero entonces se debe hacer frente a la interferencia mutua de transmitir simultáneamente antenas. Esto conduce a un cuerpo de trabajo conocido como el espacio-tiempo de codificación. Definiendo orden de diversidad como la pendiente de la Relación -BER- señal-ruido (SNR) curva, los códigos de espacio son capaces de entregar la diversidad orden de Mr, Mt, donde Mr y Mt son el número de antenas de recepción y transmisión, respectivamente.

Otra técnica MIMO, la multiplexación espacial, surgido del hecho de que en una rica dispersión medio ambiente es posible para que el receptor descodificar las señales que se transmiten de forma simultánea a partir de múltiples antenas; por lo tanto , uno es capaz para enviar flujos de datos independientes y paralelas alcanzar las capacidades generales del sistema que se escalan con min (Sr. , Mt) . La posibilidad de una capacidad lineal crecimiento con el número de antenas ha sido deslumbrante, sobre todo sabiendo que el aumento de potencia ( SNR) sólo conduce a mejoras logarítmicas en la capacidad . Estos logros se deben a la resolución de trayectorias espaciales paralelos en el canal , por lo tanto el nombre de multiplexado espacial. Ejemplos de espacial multiplexación incluye el Laboratorios Bell Espacio Tiempo ( BLAST ), la arquitectura y sus variantes.

A continuación , presentamos una visión general de la selección de antena en sistemas MIMO , en el contexto de la diversidad / SNR , así como la capacidad del sistema .

SNR Y DIVERSIDAD

Esta sección revisa los métodos de selección de antena que la diversidad de captura y mejorar la relación señal ruido del sistema. La diversidad se refiere a la existencia de dos o más rutas de señal que se desvanecen de forma independiente. Esto sucede cuando el canal de radio consiste de varios caminos que se separan lo suficiente en espacio, el tiempo, la frecuencia, o (a veces) la polarización. La idea clave es que si tienen varios caminos coeficientes de canal que son estadísticamente independientes, es poco probable que se desvanecen juntos, por lo que la probabilidad es pequeña que las intensidades de señal caerá por debajo del umbral de detección.

RECIBIR LA ANTENA DE SELECCIÓN

Diversidad a través de múltiples antenas de recepción es un directo extensión de las ideas tradicionales de recepción de diversidad, y muchos de los resultados en múltiples antenas de recepción la diversidad son similares a los de la literatura en Receptores RAKE.

Considere la posibilidad de una recepción de la diversidad generalizada sistema tal como se representa en la figura . 1 . El receptor ve varias versiones de la señal de transmisión, cada una experimentar un desvanecimiento valor complejo – diferente coeficiente hi (t) y ni el ruido (t). Para explotar la diversidad, estas señales se deben combinar en un remunerado manera.

La combinación de diversidad se pueden clasificar en tres categorías. La diversidad de selección elige el camino con la SNR más alta , y realiza la detección basándose en la señal de la path.1 seleccionada Combinación de relación máxima (MRC ) toma decisiones basado en una combinación lineal óptima de la señales de trayecto . Igualdad de ganancia combinando ( EGC) simplyadds las señales de trayectoria después de haber sido cophased. Un resumen y análisis de estos métodos se da en un artículo clásico de Brennan [ 1 ] .

Suponga que los coeficientes de trayectoria son independientes, idénticamente distribuidas , con Rayleigh magnitud y fase uniforme , con el camino medio SNR de G. Para nuestros propósitos, son principalmente interesado en el promedio reciben SNR resultante desde la selección óptima de uno de cada M. ruta:

Por lo tanto, la adición de caminos de diversidad lleva a la disminución devuelve en SNR. Para ser más específicos, el armónico suma conduce a un crecimiento logarítmico de SNR a medida que aumenta el número de caminos. En comparación, el MRC y EGC tienen media recibir SNR que aumentan linealmente con el número de caminos, pero MRC tiene un SNR medio superior (hasta 1,05 dB más en Rayleigh fading ) [ 1 ] .

La aplicación de selección la combinación de a recibir la selección de antena se muestra en la figura . 2 , donde se elige una sola antena de recepción de entre todas las antenas . Puesto que solamente una rama de RF es disponible , nos enfrentamos a un dilema : tenemos que saber todas las relaciones SNR de ramificación para la selección óptima , pero ¿cómo podemos saber todo SNRs simultáneamente cuando sólo hay una cadena de RF ? Hay varios maneras de abordar este problema en base a la quasistationarity de las ganancias de canal . Por ejemplo , se puede utilizar una señal de la formación en un preámbulo datos transmitidos . Durante este preámbulo, la receptor escanea las antenas , se encuentra la antena con la ganancia del canal más alto y lo selecciona para recibir la siguiente ráfaga de datos .

Hay muchas consideraciones prácticas en la selección de antena . Por ejemplo , la óptima elección debe basarse en la SNR de la recibida señales , pero en la práctica es más fácil de usar un sobre detector y seleccionar la rama con la señal más alta y el ruido. La decisión también puede hacerse sobre la base de cualquiera predetección o postdetection señales. Supone que la discusión anterior que el receptor sólo tiene una cadena de RF . Es muy posible que la número de cadenas de RF disponibles puede ser más que uno , pero menos de Sr. En ese caso , un subconjunto de la antenas receptoras deben ser seleccionados y sus señales combinado . Esto se conoce como la selección generalizada, y las ganancias resultantes como la selección generalizada la diversidad (Fig. 3 ) . También se conoce como selección de híbridos /combinación de relación máxima [ 2 ] . La combinación de las rutas seleccionadas se puede realizar a través de ya sea MRC o EGC. MRC da un mejor rendimiento, pero requiere la multiplicación por complejo números. EGC es más fácil, pero es menos eficiente .

Por la diversidad de selección generalizada, óptima la selección de antena se consigue por la elección de la Lr ramas que tienen el mayor SNR. Esto es cierto independientemente de si MRC o EGC se utiliza para la combinación.

La SNR equivalente de selección generalizado combinando con MRC se ha calculado como:

No tenemos conocimiento de un correspondiente cerrados Forma de expresión para la selección igual ganancia generalizada la combinación.

TRANSMISIÓN DE LA ANTENA DE SELECCIÓN

Transmitir la selección de antena, a diferencia de recibir la selección, requiere una ruta de realimentación desde el receptor al transmisor (fig. 4). Este tipo de reacción es más bien pequeño, especialmente para la selección de antena única. Aparte de esa diferencia, sin embargo, transmitir selección de la antena es muy similar a recibir la selección de antena; se selecciona la antena que proporciona la mayor equivalente recibir SNR. Por lo tanto, poco más hay que decir acerca de un solo transmitir la selección de antena.

Para estudiar la selección de antena de transmisión múltiple, asumen que hay cadenas RF Lt y Mt antenas (Mt> Lt) en el transmisor, y una de antena en el receptor. Entonces nos enfrentamos a la tarea de elegir el más adecuado Lt de antenas de transmisión Mt. A continuación, la fase y la amplitud de las señales de transmisión (sujeto al poder limitaciones) deben ser tales que su superposición en los resultados del receptor en máxima reciben SNR. En este caso, se debe optar por el Lt antenas de transmisión con la ganancia del canal más alto.

Este método, que es equivalente a la formación

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