移动终端上多天线方向图重构选择算法与基于滑动窗口的加速实现

摘要

天线选择能有效减小信道弱相关所带来的影响，另外它还具有降低硬件成本与实现复杂度的作用，它能从MIMO系统的多个发射天线和多个接收天线中选择出性能最好的一个或几个天线，从而以很小的性能损失换取成本的大幅降低，极大地提高了MIMO系统的性价比。电控可重构天线能够在不改变其机械结构的情况下，通过非机械的手段来改变其关键的特性参数，如辐射方向图，因此可以通过控制天线的辐射结构以减少接收终端中的天线数目，从而解决在个人移动终端中因天线数量过多，接收机过于复杂且天线间距过小等一系列影响个人移动终端的使用和造型设计的重大问题，正是这些问题极大地限制了MIMO技术的发展和推广。
　　 本文的重点就是结合方向图可重构技术，对应用于移动终端的天线选择（方向图选择）算法进行研究，并搭建实验通信机，将算法软件实现，分析实验结果并研究加速算法模型以满足实时性的需要。
　　 首先，本论文针对MIMO中的重构方向图选择技术进行研究，在讨论了天线选择的基本理论和常用算法的基础上，结合方向图可重构技术，考虑基于线性接收机的空间复用系统，通过在已选择的发射天线上采用等功率分配等增益传输以减少反馈信息量。在此条件下，推导出空间相关衰落信道下自适应发射天线选择算法。
　　 其次，提出了基于滑动时间窗的选择算法加速梯度更新估计模型，使自适应多天线方向图选择算法在小型移动终端的应用成为可能，为天线选择和重构算法的研究提供了一种有效的实验手段，也为慢速移动信道条件下天线选择算法提供了一种在高层软实现的快速方法。算法模型极大减少了最优方向图组合选择时间，基本达到了实时性的要求。
　　 最后，将可重构方向图选择算法软件实现，先后基于Intel、Atheros无线网卡的SDK以及微软提供的NativeWiFiDDK上完成了2天线组合及3天线组合版本代码的编写。支持WindowsXPSP2、SP3,Vista，Windows7操作系统平台，其中基于NativeWiFiDDK开发出的软件版本不依赖于具体的无线网卡平台。经过大量的Throughput测试后发现，结合方向图可重构天线的天线选择系统在通信性能上已经接近理想的水平，在配置有我们的可重构选择系统的通信机在QoS上比相同配置的通信机性能有较高的提升，尤其体现在AP的覆盖边缘。