Die Kraft der drei Antennen

Die Kraft der drei Antennen

Selection Combining (SEC)

Selection Combining bewertet die jeweiligen Datenkanäle und sucht den Kanal mit dem besten Störabstand (S/N) aus. Eine geeignete Auswahllogik muss in der Lage sein, anhand der analogen oder digitalen Parameter des Kanals aktiv zu werden. Der Gewinn ist abhängig von der Anzahl der Antennen und lässt sich berechnen:

Bei drei Antennen ist damit ein theoretischer Gewinn von 2,63 dB zu erreichen.

Equal Gain Combining (EGC)

Dies ist eine aufwendigere Diversitätstechnik, bei der die Empfangssignale kohärent addiert werden. Dazu ist es notwendig, die Symbole zu synchronisieren und die Signale in die gleiche Phasenlage zu bringen. Dies ist der schwierige Teil dieser Diversitätstechnik, da vor allem in einem zeitvarianten Kanal eine permanente Messung und Korrektur der Phasenlage und der Zeitverzögerung notwendig sind. Hat man die Synchronisationsprobleme im Griff, lässt sich ein hoher Gewinn erreichen:

Maximum Ratio Combining (MRC)

Diese Variante bietet den höchsten Gewinn, ist aber gleichzeitig die aufwendigste Diversitätstechnik. Sie ist dem EGC sehr ähnlich, allerdings werden beim MRC zusätzlich zur Phasen- und Symbolkorrektur die einzelnen Signale permanent gewichtet. Somit trägt ein Signal mit vergleichsweise hoher Feldstärke oder gutem Störabstand einen größeren Teil zum kombinierten Gesamtsignal bei als ein Signal mit schlechteren Werten. Der erzielbare Gewinn ist nur noch von der Anzahl der Antennen abhängig:

Vergleicht man die relevanten Diversitätsverfahren SEC, EGC und MRC über die Anzahl der implementierten Antennen, so können die „echten“ kombinierenden Verfahren deutlich besser punkten. Je mehr Antennen eingesetzt werden, desto stärker setzen sich EGC und MRC von SEC ab (Bild B). In kleineren Strukturen mit bis zu drei Antennen lässt sich jedoch durch Selection Combining mit geringem Aufwand eine gute Performance erreichen.

Die digitale 3-Empfänger-Lösung bringt einen deutlichen Qualitätsgewinn und zeigt sowohl im stationären als auch im bewegten Szenario einen echten Leistungssprung. Durch die Verwendung eines bestehenden Moduldesigns, hier von Panasonic, kann mit verhältnismäßig geringem Aufwand ein digitales Diversitätsmodul entwickelt werden, das auch auf andere Technologien übertragen werden kann.

Ein besonderer Dank gilt an dieser Stelle der AIF (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen Otto von Guericke e.V.) für die Förderung des Projekts DANA, sowie der Panasonic Electronic Devices Europe GmbH, namentlich Herrn Peter Schoss, für die Förderung des Projekts und der Umsetzung des Hardware-Designs. (Wolfgang Hascher)

Links und Literatur

[1] www.fh-bochum.de/fbe/sr-lab

[2] www.panasonic-eutc.com

[3] www.lesswire.com

[4] Vedral, A.; Kruse, T.; Wollert, J.F.: Development and Performance Evaluation of an Antenna Diversity Module for Industrial Communication based on IEEE 802.15.4. 12th. International IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, Patras, Greece 2007.

[5] Kruse, T.: Entwicklung eines Diversitätsfunkmoduls auf der Basis von standardisierten Funktechnologien für den Einsatz im industriellen Umfeld. Diplomarbeit FH Bochum, 2006.

[6] Vedral, A.: Digitale Analyse, Leistungsbewertung und generative Modellierung von WPAN-Verbindungen unter industriellen Ausbreitungsbedingungen. Dissertation BTU Cottbus/ FH-Bochum, 2007.

1. Die Kraft der drei Antennen
2. Die Kraft der drei Antennen
3. Autoren:
4. Theorie & Praxis
5. Besser hören mit Standardtechnologie
6. Die Kraft der drei Antennen
7. Funk „industrietauglich“ machen: einige Optimierungsmöglichkeiten