60GHz室内天线位置优化与天线选择策略

【文献标识码】A
【文章编号】1002-0802(2012)10-0001-05
On Separation Optimization and Antenna Selection of 60GHz In-building Antenna System
ZHOU You， HU Zong-fu， ZENG Ming， LI Xin
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构，工作于毫米波频段的分布式天线系统已经越来 越多被应用到室内无线网络组建当中[2-4]。
多天线系统的天线工作方式多种多样，光纤无 线电（RoF）技术的出现为布置室内分布式天线系 统提供很大的方便，利用 RoF 链路可以实现 60 GHz 毫米波传输[5]。传统的分布式天线系统有两种工作 方式——覆盖式传输和选择性传输。覆盖式传输是指 每时每刻所有天线都在发射信号，选择性传输则按 照一定的策略选择其中一根或多根天线进行信号传 输。天线选择的策略多种多样，通常情况下都出于 发射功率最小化，也有基于信道容量或者链路质量 的智能算法[6-7]。对于 60 GHz 室内多天线系统，由 于 60 GHz 毫米波的特殊性，一般发射信号被限制于 一个房间内，因此必须合理安排室内天线的布置， 并按一定的策略进行选择。
【Key words】60 GHz millimeter-wave; antenna selection; distribute antenna system; radio over fiber
0 引言
近几年来，随着视频点播、高清电视、视频游
戏等高速率业务的出现，人们对无线通信的带宽要
求越来越大。目前 2.4G/5G 频段的无线信道已经难 以达到要求，而 60 GHz 频段的毫米波（mmW）具 有 7 GHz 不用许可的工作带宽，只需要简单的信号
【摘 要】采用多天线技术的 60 GHz 无线通信被认为是未来室内场景下高数据率宽带无线接入一种有
前途的解决方案。参考 802.11ad 工作小组采用的 60 GHz 信道模型，根据 60 GHz 路径损耗公式提出的分布
式天线系统间距的优化方案可以保证房间内功率覆盖的均匀性。在此基础上，进一步分析 60 GHz 多天线系
调制格式就可以提供 Gbps 数量级的高数wenku.baidu.com率传 输[1]，渐渐展现出具大的吸引力。但是毫米波与微 波的电磁特性有很大不同，极大地限制了它的应用 范围。首先大气中的水和氧气对 60 GHz 无线电波吸 收严重，毫米波在自由空间中传输距离短，只适合 短距离通信。其次，60 GHz 频率很高，波长很短， 对收发设备之间位置移动表现得非常敏感，也不能 够穿过墙壁和大的障碍物，需要采用多天线系统才 可以良好运作。分布式天线系统（DAS）运用多天 线技术，它能够有效减少发射功率、增加信道容量、 减小传输误码率和覆盖通信死点，与多输入多输出 （MIMO）技术相结合的分布式天线系统还将进一 步提高频谱利用率。作为未来无线通信的开放式架
2012 年第 10 期，第 45 卷
通信技术
Vol.45，No.10,2012
总第 250 期
Communications Technology
No.250,Totally
·传 输·
60GHz 室内天线位置优化与天线选择策略﹡
周 游， 胡宗福， 曾 鸣， 李 昕
(同济大学 电子与信息工程学院，上海 201804)
收稿日期：2012-06-11。 ﹡基金项目：国家自然科学基金（批准号：60972002）。 作者简介：周 游（1988-），男，硕士研究生，主要研究
方向为室内光载无线通信；胡宗福（1959-）， 男，教授，博士，主要研究方向为光纤通信，光 载无线通信；曾 鸣（1987-），男，硕士，主 要研究方向为车载光纤无线通信；李 昕 （1987-），女，硕士研究生，主要研究方向为 光纤无线电。
1 基于 ROF 的室内多天线系统结构
图 1 表示 60 GHz 室内分布式多天线系统的结 构，每个房间内的天线数量可以根据房间大小决定。 60 GHz 与传统的 2.4 GHz/5 GHz 分布式天线系统结 构不同的是，由于毫米波传输距离短，必须在每一 个房间内布置相应的无线接入点，每一个接入点都 有多根发射天线，每一根发射天线使用一个波长信 道。而毫米波的不穿墙特性保证了即使相邻房间使 用了同一波长信道，信道之间也不会相互干扰。
统在不同链路条件下的信道条件数关系，提出一种基于信道条件数的天线选择策略。该策略利用信道条件
数判断信道性能，既保证了通信质量，又适时降低系统总功率，切换简单、易于操作，适用于 60 GHz 室内
无线通信。
【关键词】60 GHz 毫米波；天线选择；分布式天线系统；光纤无线电
【中图分类号】TN929.5
(College of Electronics and Information Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China)
【Abstract】60GHz wireless communication using multi-antenna system is a promising solution for future in-building high data rate access network. In accordance with the 60GHz channel models adoped by IEEE 802.11ad Task Group，an optimizing scheme of antenna separation distance is proposed for the balance of power distribution in the room. In addition, based on analysis of the condition numbers under different channel state, a condition number-based antenna selection strategy is proposed. As a threshold-handover strategy, it considers both transmit power and BER performance. Easy operation makes it suitable for 60GHzIn-building wireless communication.