本文描述了一項(xiàng)由德州儀器公司(ti)發(fā)起、弗吉尼亞理工學(xué)院和州立大學(xué)的弗吉尼亞科技天線組(vtag)和移動(dòng)便攜式無(wú)線研究組(mprg)合作完成的研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目重點(diǎn)確定智能發(fā)送和接收手機(jī)天線的可行性，其目的是為了論證這種天線具有更低的功耗、更大的容量及更好的鏈接可靠性。研究課題包括開(kāi)發(fā)新的智能天線算法及評(píng)估鏈接可靠性和容量的提高。為了評(píng)估智能天線在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的性能，研究者采集了一套綜合的時(shí)空向量信道測(cè)量方法。數(shù)據(jù)采集由vtag開(kāi)發(fā)的四個(gè)陣列硬件測(cè)試平臺(tái)完成，它們是手持式天線陣列測(cè)試平臺(tái)(haat)、mprg天線陣列測(cè)試平臺(tái)(maat)、失量脈沖響應(yīng) (viper)和發(fā)射分集測(cè)試平臺(tái)(tdt)。

     圖1：在多徑環(huán)境下采用haat的典型試驗(yàn)。一個(gè)發(fā)射器用于分集組合試驗(yàn)，

     第二個(gè)發(fā)射器可用于采用自適應(yīng)波束成型算法的抗干擾試驗(yàn)。 智能天線可大大提高第三代手持式無(wú)線設(shè)備的性能。mprg和vtag兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)共同組成了一個(gè)聯(lián)合小組負(fù)責(zé)研究ti公司智能手機(jī)天線的關(guān)鍵特性，包括采集天線及傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)、評(píng)估分集及自適應(yīng)算法、仿真整體系統(tǒng)性能，以及量化對(duì)帶智能天線的手機(jī)造成影響的基本現(xiàn)象。自該項(xiàng)目于1998年7月啟動(dòng)以來(lái)，我們已開(kāi)發(fā)了三種工具：手持式天線陣列測(cè)試平臺(tái)(haat)、向量多徑傳播仿真器(vmps)、以及寬帶viper測(cè)量系統(tǒng)。我們已使用這些工具及mprg天線陣列測(cè)試平臺(tái)(maat)來(lái)了解手機(jī)天線陣列的傳輸環(huán)境，這些信息已經(jīng)用來(lái)預(yù)測(cè)手機(jī)智能天線的性能。 廣泛的2.05ghz測(cè)量表明，在可靠性為99%時(shí)，在戶外和室內(nèi)非直線可視環(huán)境下的窄帶系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)7-9 db鏈路增益預(yù)算。這些增益可利用手機(jī)分集和自適應(yīng)的小天線陣列獲得，天線間的隔離間距為0.15波長(zhǎng)或更大。其他的測(cè)量表明，利用自適應(yīng)波束形成(beamforming)算法可將單個(gè)干擾信號(hào)降低25-40db。因此，可靠性、系統(tǒng)容量和傳輸功率性能都可得到大大提高。 系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 1. 手持式天線陣列測(cè)試平臺(tái) haat系統(tǒng)可用來(lái)評(píng)估在分集組合和自適應(yīng)波束形成試驗(yàn)中各種天線配置的性能(典型的應(yīng)用如圖1)。圖2給出了一個(gè)采用haat系統(tǒng)的典型試驗(yàn)場(chǎng)景。接收器將來(lái)自兩個(gè)或更多接收信道的信號(hào)下變頻到基帶。這些信號(hào)被記錄在數(shù)字錄音帶上，以便利用適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM(jìn)行離線處理。接收器在2.8米長(zhǎng)的軌道上以模仿人行走的恒定速度移動(dòng)。一個(gè)小型手持式無(wú)線電裝置支撐著兩個(gè)天線，天線的間隔和方向是可變的。該系統(tǒng)具有如下特性：2.05ghz cw信號(hào)；兩個(gè)發(fā)射器；一個(gè)接收器(兩個(gè)信道，可擴(kuò)展至4個(gè))；2.8米線性軌道可連續(xù)收集數(shù)據(jù)，并離線處理；高度便攜式電池供電系統(tǒng)；手持接收器的真實(shí)工作環(huán)境。

     圖2：maat由8個(gè)harris 40214可編程直接數(shù)字

     下變頻器和8個(gè)c54x dsp組成。 2. mprg天線陣列測(cè)試平臺(tái) 圖2中的maat具有很多與haat一樣的特性，但具有更多信道，而且可容納更大的帶寬。然而，maat有些笨重，不容易變換位置。其工作頻率為2.05ghz，信號(hào)為正弦波或已調(diào)制信號(hào)。其帶寬設(shè)為100khz，但通過(guò)調(diào)整可擴(kuò)展至1mhz。maat可以執(zhí)行數(shù)字實(shí)時(shí)波束形成和到達(dá)角度(angle-of-arrival)估測(cè)。 3. 向量脈沖響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng) viper是一種軟件定義的寬帶向量信道測(cè)量接收器，可支持發(fā)射和接收分集測(cè)量。viper接收器能夠接收帶寬高達(dá)400mhz的信號(hào)，并在軟件中處理這些信號(hào)。該接收器作為智能天線算法的測(cè)試平臺(tái)，可執(zhí)行多徑測(cè)量系統(tǒng)的功能以比較多個(gè)無(wú)線信道環(huán)境下天線算法的性能。圖3給出了viper rf前端部分的照片，一個(gè)四通道示波器用作采樣系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)從該示波器獲取所有的信號(hào)信息。 viper被設(shè)計(jì)成在最少的rf硬件條件下，在軟件中實(shí)現(xiàn)處理功能。圖4給出了接收器硬件的模塊示意圖。執(zhí)行單階下變頻后，在四個(gè)信道的每一個(gè)信道的if信號(hào)以每秒1g的采樣率被采樣。所采集樣本信號(hào)存儲(chǔ)在ram中，并由計(jì)算機(jī)處理。 viper軟件負(fù)責(zé)采集、處理和記錄所接收信號(hào)，并顯示測(cè)量或算法結(jié)果。該軟件過(guò)去一年來(lái)經(jīng)過(guò)改進(jìn)，現(xiàn)包括如下模塊：天線分集和分集增益處理；無(wú)線信道的時(shí)間離散特征(多徑)測(cè)量；采用matlab開(kāi)發(fā)的智能天線算法的實(shí)現(xiàn)；功耗、時(shí)域和頻譜測(cè)量；原始接收信號(hào)的采集和記錄；回放記錄信號(hào)以用于開(kāi)發(fā)和測(cè)試新的算法。 4. 寬帶發(fā)射分集測(cè)試平臺(tái)

     圖3：viper rf前端部分組成。 寬帶發(fā)射器設(shè)計(jì)用于寬帶分集和信道測(cè)量試驗(yàn)。該發(fā)射器基于一個(gè)帶片上eeprom的fpga，在eeprom中定義了pn和數(shù)據(jù)序列。當(dāng)前的發(fā)送器可讓pn碼片序列以高達(dá)25mcps的速度運(yùn)行，但將來(lái)可充分發(fā)揮fpga芯片的性能，使pn序列運(yùn)行速度高達(dá)100mcps。多徑無(wú)線信道的詳細(xì)測(cè)量需要高碼片速率，但在分集試驗(yàn)中則采用低碼片速率，以便所產(chǎn)生的