一種無線分集接收方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無線分集接收方法，接收端利用兩副或多副天線同時(shí)接收不同路徑的信號(hào)，各路徑信號(hào)分別經(jīng)低噪聲放大器放后，輸入混頻器，再經(jīng)過混頻器下變頻為中頻信號(hào)，輸入中頻放大器，中頻放大器將中頻信號(hào)放大后，分兩路中頻信號(hào)輸出；一路輸入解調(diào)器，解調(diào)器解調(diào)出來的數(shù)據(jù)經(jīng)打包，送給MCU選擇器；另一路輸入ADC，轉(zhuǎn)換為RSSI參數(shù)；將多條路徑輸出的RSSI數(shù)據(jù)送給MCU的比較器，比較確定RSSI參數(shù)最好的那一路路徑信號(hào)，MCU選擇器選擇該RSSI參數(shù)最好的那路的路徑信號(hào)的打包數(shù)據(jù)作為信號(hào)輸出。減輕信號(hào)衰落的影響，提高了信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量，克服在無線通訊中出現(xiàn)聲音與視頻斷斷續(xù)續(xù)和丟失數(shù)據(jù)包等不良現(xiàn)象。
【專利說明】一種無線分集接收方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及高頻通信接收【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種適用于無線局域網(wǎng)
2.4GHz的無線麥克風(fēng)、移動(dòng)視頻、移動(dòng)廣播電視、藍(lán)牙、WiFi等無線接收的無線分集接收方法。
【背景技術(shù)】
[0003]無線分集接收方法，是指接收端對(duì)它收到的多個(gè)互相獨(dú)立(攜帶同一信息)的衰落特性信號(hào)進(jìn)行特定的選擇處理，以降低信號(hào)電平起伏的辦法。發(fā)射端發(fā)送信號(hào)在空間中分散傳輸，而接收端利用雙天線或多天線同時(shí)接收不同路徑的信號(hào)，只要幾個(gè)信號(hào)之間是相互獨(dú)立，然后將這些信號(hào)選擇最大增益的總信號(hào)，以減輕信號(hào)衰落的影響。
[0004]在無線領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用已經(jīng)深入了人們的生活方式和工作當(dāng)中，而人們對(duì)無線通訊的要求也越來越高，特別是通訊質(zhì)量和通訊距離的要求也越來越高，在平常的生活中，無線麥克風(fēng)、手機(jī)電視、地鐵電視等戶內(nèi)外廣播領(lǐng)域的發(fā)展，人們對(duì)聲音與視頻的質(zhì)量要求越來越高，而在高數(shù)據(jù)量的無線傳輸過程中，發(fā)射設(shè)備向空間發(fā)送信號(hào)，當(dāng)?shù)孛娌ㄐ盘?hào)在傳輸途徑當(dāng)中受到高樓、丘陵、運(yùn)動(dòng)車輛等多個(gè)障礙物的阻擋時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反射或散射，形成多路信號(hào)到達(dá)接收天線，由于到達(dá)接受天線的時(shí)間不同、相位不同，相反相位的不同信號(hào)因疊加而相互消弱，從而產(chǎn)生信號(hào)的衰落，如圖1所示，而接收到信號(hào)很弱，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失，聲音與視頻會(huì)斷斷續(xù)續(xù)。當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，他接收到的信號(hào)頻率就高于發(fā)射頻率，相反，當(dāng)他們發(fā)生相背運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收的信號(hào)頻率就低于發(fā)射頻率，產(chǎn)生了多普勒頻移，如圖2所示，它產(chǎn)生的衰落會(huì)對(duì)使接收機(jī)很難準(zhǔn)確的解出信號(hào)。
[0005]在上述中，多徑衰落和多普勒頻移導(dǎo)致的小范圍衰落對(duì)移動(dòng)接收設(shè)備的接收信號(hào)破壞力極強(qiáng)，能引起較大的碼間干擾和頻率的矢量變化，從而導(dǎo)致接收機(jī)丟失數(shù)據(jù)包，聲音與視頻斷斷續(xù)。這樣多徑衰落、多普勒頻移等小范圍衰落是不可避免的問題，而現(xiàn)在有的接收機(jī)都是單通道接收機(jī)，大數(shù)據(jù)量傳輸，經(jīng)常出現(xiàn)信號(hào)弱，丟失數(shù)據(jù)包，聲音與視頻不通暢等不良現(xiàn)象。
[0006]當(dāng)前各種無線通訊中，隨著DVB-T在手機(jī)電視、車載電視、樓宇電視、地鐵電視、無線麥克風(fēng)等無線領(lǐng)域的發(fā)展，在這些接收范圍內(nèi)，多徑衰落、多普勒頻移等小范圍衰落是不可避免的問題，衰落降低了信號(hào)傳輸質(zhì)量，從而導(dǎo)致接收設(shè)備接收到的聲音一會(huì)強(qiáng)，一會(huì)弱，或者斷斷續(xù)續(xù)，視頻也會(huì)斷斷續(xù)續(xù)，甚至無法接收信號(hào)等不良現(xiàn)象，而當(dāng)今現(xiàn)有的接收設(shè)備普遍采用單通道接收，受衰落的影響較大，所以很容易產(chǎn)生以上現(xiàn)不良現(xiàn)象。如何解決這些衰落和干擾成為倍受關(guān)注的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種無線分集接收方法，用于減少衰落帶來的不良影響，改善無線傳輸中接收信號(hào)的質(zhì)量。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種無線分集接收方法，信號(hào)在傳輸過程中因干擾產(chǎn)生多徑分量信號(hào)，接收端利用兩副或多副天線同時(shí)接收不同路徑的信號(hào)，各路徑信號(hào)分別經(jīng)低噪聲放大器放后，輸入混頻器，再經(jīng)過混頻器下變頻為中頻信號(hào)，輸入中頻放大器，中頻放大器將中頻信號(hào)放大后，分兩路中頻信號(hào)輸出；
一路輸入解調(diào)器，解調(diào)器解調(diào)出來的數(shù)據(jù)經(jīng)打包，送給MCU選擇器；
另一路輸入ADC，轉(zhuǎn)換為RSSI參數(shù)；
將多條路徑輸出的RSSI數(shù)據(jù)送給MCU的比較器，比較確定RSSI參數(shù)最好的那一路路徑信號(hào)，MCU選擇器選擇該RSSI參數(shù)最好的那路的路徑信號(hào)的打包數(shù)據(jù)作為信號(hào)輸出。
[0009]無線分集接收方法包括空間分集與選擇式合并兩個(gè)步驟:
O空間分集
空間分集接收是利用不同高度的兩副天線，接收同一頻率的微波信號(hào)以達(dá)到克服衰落的目的。由于衰落因子與反射波和直射波的行程差有關(guān)，當(dāng)采用不同高度的天線接收同一信號(hào)時(shí)，電波到達(dá)不同天線的行程差不一樣。因此當(dāng)某一副天線收到的電波發(fā)生衰落時(shí)，另一副天線收到的電波不一定同時(shí)發(fā)生衰落，采用信號(hào)選擇的方法就可以克服衰落的影響?？臻g分集必須是不同天線的接收信號(hào)相互獨(dú)立。
[0010]空間分集分為空間分集發(fā)送和空間分集接收兩個(gè)系統(tǒng)。其中空間分集接收是在空間不同的垂直高度上設(shè)置幾副天線，它是利用多副接收天線來實(shí)現(xiàn)的。在發(fā)射端采用一副天線發(fā)射，而在接收端采用多副天線接收。接收端天線之間要保持一定的距離d，同時(shí)接收一個(gè)發(fā)射天線的微波信號(hào)，然后選擇其中一個(gè)強(qiáng)信號(hào)，這種方式稱為空間分集接收。接收端天線之間的距離應(yīng)大于波長的一半，以保證接收天線輸出信號(hào)的衰落特性是相互獨(dú)立的，也就是說，當(dāng)某一副接收天線的輸出信號(hào)很低時(shí)，其他接收天線的輸出則不一定在這同一時(shí)刻也出現(xiàn)幅度低的現(xiàn)象，經(jīng)相應(yīng)的比較選擇電路從中選出信號(hào)幅度較大、信噪比最佳的一路，得到一個(gè)總的接收天線輸出信號(hào)。這樣就降低了信道衰落的影響，改善了傳輸?shù)目煽啃浴?br> [0011]空間分集是利用場(chǎng)強(qiáng)隨空間的隨機(jī)變化實(shí)現(xiàn)的，空間距離越大，多徑傳播的差異就越大，所接收?qǐng)鰪?qiáng)的相關(guān)性就越小。這里所提相關(guān)性是個(gè)統(tǒng)計(jì)術(shù)語，表明信號(hào)間相似的程度，因此必須確定必要的空間距離。兩個(gè)互相獨(dú)立的信號(hào)經(jīng)過低噪放放大，進(jìn)入混頻器，下變?yōu)橹蓄l信號(hào)，進(jìn)入中頻放大器，中頻放大器分兩路信號(hào)輸出，一路信號(hào)輸出給ADC，并轉(zhuǎn)化為RSSI參數(shù)，送給比較器，而另一路信號(hào)輸出給解調(diào)器，解調(diào)出來的數(shù)據(jù)打包送給選擇器。
[0012]2)選擇式合并
選擇式合并，就是N個(gè)接收機(jī)的輸出信號(hào)先送入比較器，選擇器再從N個(gè)接收信號(hào)中選擇具有最高RSSI的基帶信號(hào)作為輸出。當(dāng)接收機(jī)送入的RSSI數(shù)據(jù)進(jìn)入比較器，得出最高的RSSI那一路信號(hào)，選擇器選擇一個(gè)該路的打包基帶數(shù)據(jù)做為輸出。每增加一條分集支路，對(duì)選擇式分集輸出信噪比的貢獻(xiàn)僅為總分集支路數(shù)的倒數(shù)倍，所以在實(shí)際系統(tǒng)中不能對(duì)各支路信噪比進(jìn)行快速計(jì)算。
[0013]在實(shí)際系統(tǒng)考慮到實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，一般采用最大輸出電平(S+N)準(zhǔn)則，選擇一條支路最大電平做為輸出電平。[0014]經(jīng)過測(cè)試和統(tǒng)計(jì)，建議為了獲得滿意的分集效果，接收端的兩個(gè)接收天線間距大于0.6個(gè)波長，所述接收天線設(shè)置在空間不同的垂直高度，λ為工作頻率的波長。
[0015]兩個(gè)接收天線間距最好選在1/4的奇數(shù)倍附近，若減小天線間距，即使小到1/4，也能確保兩個(gè)天線接收到兩個(gè)互相獨(dú)立的信號(hào)，所述各接收天線之間的距離d=0.75 λ。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是減輕信號(hào)衰落的影響，提高了信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量，克服在無線通訊中出現(xiàn)聲音與視頻斷斷續(xù)續(xù)和丟失數(shù)據(jù)包等不良現(xiàn)象。所以分集接收帶給終端用戶了更大的信號(hào)覆蓋面積、更高的信號(hào)質(zhì)量和更快的接收機(jī)移動(dòng)速度。在移動(dòng)接收時(shí)，分集接收也同樣表現(xiàn)出它的優(yōu)越性，雙/多天線分集接收不僅在移動(dòng)接收中，有著很強(qiáng)的抗衰落效果，今后在車載機(jī)、手持機(jī)，室內(nèi)機(jī)等要求高的地方會(huì)得到更大的發(fā)展和普及。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為多徑衰落示意圖。
[0018]圖2為多普勒效應(yīng)示意圖。
[0019]圖3為單天線接收機(jī)原理框圖。
[0020]圖4為單天線收發(fā)測(cè)試示意圖。
[0021]圖5為兩個(gè)獨(dú)立單天線接收機(jī)原理框圖。
[0022]圖6為單天線發(fā)射、雙天線接收測(cè)試示意圖.圖7為分集接收框圖。
[0023]圖8為雙天線分集接收機(jī)測(cè)試示意圖。
[0024]圖9為室內(nèi)雙天線接收范圍圖。
[0025]圖10為室內(nèi)單天線接收范圍圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。
[0027]如圖1，當(dāng)?shù)孛娌ㄐ盘?hào)在傳輸途徑當(dāng)中受到高樓、丘陵、運(yùn)動(dòng)車輛等多個(gè)障礙物的阻擋時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反射或散射，形成多路信號(hào)到達(dá)接收天線，由于到達(dá)接受天線的時(shí)間不同、相位不同，相反相位的不同信號(hào)因疊加而相互消弱，從而產(chǎn)生信號(hào)的衰落。
[0028]如圖2，假如信號(hào)以波的形式傳播，當(dāng)接收者與產(chǎn)生者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收者接收到的信號(hào)頻率會(huì)因運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，這就叫多普勒效應(yīng)。這是任何波動(dòng)過程都具有的特性，電磁波也是如此。假如接收幾相對(duì)于發(fā)射機(jī)時(shí)，接收機(jī)接收到的信號(hào)也會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)，具體取決于接收機(jī)相對(duì)于發(fā)射機(jī)移動(dòng)的方向和速度，當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的信號(hào)頻率就高于發(fā)射頻率，相反，當(dāng)發(fā)生相背運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收的信號(hào)頻率就低于發(fā)射頻率，這種頻率變化也叫多普勒頻移，產(chǎn)生的衰落會(huì)對(duì)使接收機(jī)很難正確的解出信號(hào)。
[0029]如圖3，單天線接收到的信號(hào)送給低噪聲放大器放大，輸入給混頻器，下變頻為中頻信號(hào)，送給中頻放大器放大，并分兩路信號(hào)輸出，一路送給ADC，再輸給串口打印出RSSI，另一路送給解調(diào)器，解調(diào)出基帶信號(hào)，并打包處理，送給MCU做為輸出。
[0030]如圖4，以接收機(jī)為中心，無線麥克風(fēng)發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的距離R為半徑，進(jìn)行測(cè)試接收機(jī)的RSSI與BER參數(shù)。[0031]如圖5，兩個(gè)天線接收到不同強(qiáng)度信號(hào)，分別輸入低噪聲放大器放大，輸出給混頻器，下變頻為中頻信號(hào)，送給中頻放大器放大，并分兩路信號(hào)輸出，一路送給ADC，再輸給串口打印出RSSI，另一路送給解調(diào)器，解調(diào)出基帶信號(hào)，并打包處理，送給MCU做為輸出。
[0032]如圖6，以雙天線為中心，無線麥克風(fēng)發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的距離R為半徑，進(jìn)行測(cè)試接收機(jī)的RSSI與BER參數(shù)。
[0033]如圖7，發(fā)射機(jī)將信號(hào)發(fā)送到空間，經(jīng)多徑衰落，到接收機(jī)的兩個(gè)天線，每個(gè)天線在空間中接收到不同強(qiáng)度的信號(hào)，分別經(jīng)過低噪放，到下變頻器，輸出中頻信號(hào)，中頻信號(hào)經(jīng)中頻放器放大，輸出兩路信號(hào)，一路信號(hào)輸出給ADC，ADC將信號(hào)轉(zhuǎn)換為RSSI參數(shù)，送給比較器比較，另一路信號(hào)送給解調(diào)器，解調(diào)出基帶信號(hào)并打包處理，送給選擇器，選擇器根據(jù)比較器得出最好RSSI參數(shù)的那一路信號(hào)去選擇該路的基帶信號(hào)數(shù)據(jù)包做為輸出。
[0034]如圖8，以雙天線分集接收機(jī)為中心，無線麥克風(fēng)發(fā)射機(jī)到該接收機(jī)的距離R為半徑，進(jìn)行測(cè)試接收機(jī)的RSSI與BER參數(shù)。
[0035]如圖9，由于室內(nèi)接收時(shí)不僅存在信號(hào)被建筑物等吸收的問題，還同樣存在小范圍衰落，解調(diào)器的測(cè)試得出:在BER〈10_4時(shí)，接收范圍達(dá)可到95%。
[0036]如圖10，于室內(nèi)接收時(shí)不僅存在信號(hào)被建筑物等吸收的問題，還同樣存在小范圍衰落，解調(diào)器的測(cè)試得出:在BER〈10_4時(shí)，接收范圍達(dá)可到67%。
[0037]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清晰，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的分集接收方法進(jìn)一步詳細(xì)說明。值得注意的是，以下所描述的具體實(shí)例僅用于解釋
【發(fā)明內(nèi)容】
，并不用于限定本發(fā)明。
[0038]1、以2.4G的無線麥克風(fēng)為例，單天線接收機(jī)的接收靈敏度為-1lOdB,根據(jù)接收機(jī)的接收靈敏度計(jì)算公式I所示:
S= -174+NF+101ogBff+S/N(1)
式中的-174dBm/Hz為環(huán)境底噪，NF為接收機(jī)的噪聲系數(shù)，Bff為工作帶寬，S/N為信噪t匕。根據(jù)此公式可計(jì)算出接收靈敏度。
[0039]I)無線麥克風(fēng)的發(fā)射功率為15dBm，在空曠無干擾的壞境中，以接收機(jī)為中心，無
線麥克風(fēng)的到接收機(jī)的距離為R，如圖4所示，天線接收到信號(hào)，經(jīng)過低噪聲放大器放大，輸
入給混頻器，下變頻為中頻信號(hào)，送給中頻放大器，中頻放大器分兩路信號(hào)輸出，一路送給
解調(diào)器，解調(diào)出來基帶信號(hào)打包，送給MCU輸出，另一路輸入ADC，再送給串口，用串口測(cè)試
接收機(jī)的RSSI和BER，如圖3所示，測(cè)試的數(shù)據(jù)如表1所示:
表1單天線接收機(jī)的RSSI與BER數(shù)據(jù)表
【權(quán)利要求】
1.一種無線分集接收方法，信號(hào)在傳輸過程中因干擾產(chǎn)生多徑分量信號(hào)，其特征在于，接收端利用兩副或多副天線同時(shí)接收不同路徑的信號(hào)，各路徑信號(hào)分別經(jīng)低噪聲放大器放后，輸入混頻器，再經(jīng)過混頻器下變頻為中頻信號(hào)，輸入中頻放大器，中頻放大器將中頻信號(hào)放大后，分兩路中頻信號(hào)輸出； 一路輸入解調(diào)器，解調(diào)器解調(diào)出來的數(shù)據(jù)經(jīng)打包，送給MCU選擇器； 另一路輸入ADC，轉(zhuǎn)換為RSSI參數(shù)； 將多條路徑輸出的RSSI數(shù)據(jù)送給MCU的比較器，比較確定RSSI參數(shù)最好的那一路路徑信號(hào)，MCU選擇器選擇該RSSI參數(shù)最好的那路的路徑信號(hào)的打包數(shù)據(jù)作為信號(hào)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線分集接收方法，其特征在于，所述接收端的接收天線設(shè)置在空間不同的垂直高度，各接收天線之間的距離(1>0.6λ，λ為工作頻率的波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線分集接收方法，其特征在于，所述各接收天線之間的距離 d=0.75 入 ο
【文檔編號(hào)】H04B7/08GK103647593SQ201310636294
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】徐永鍵, 徐廣健, 吳成郊, 譚洪舟 申請(qǐng)人:廣州市花都區(qū)中山大學(xué)國光電子與通信研究院