圓極化天線在LTE中的應(yīng)用研究

2017-03-28 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

過去的20余年,為了適應(yīng)移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展的需求,天線產(chǎn)品形態(tài)不斷的演進(jìn),由全向天線到定向天線,由單極化天線到雙極化天線,由機(jī)械下傾天線到電調(diào)下傾天線。目前,基站場景復(fù)雜化、天面資源稀缺以及深度覆蓋要求等新形勢(shì),要求天線產(chǎn)品在形式、兼容性等方面繼續(xù)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求。同時(shí),運(yùn)營商面臨著流量經(jīng)營的巨大壓力,需要以更低的成本承載更多的數(shù)據(jù)流量,進(jìn)而提升單位流量價(jià)值。

在LTE系統(tǒng)中應(yīng)用MIMO技術(shù),通過系統(tǒng)波束賦形、傳輸分集和空間復(fù)用提升系統(tǒng)容量。由影響系統(tǒng)容量的因素可以看出,當(dāng)系統(tǒng)接收到的兩路或多路信號(hào)平衡時(shí),系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的信噪比,即達(dá)到最優(yōu)的系統(tǒng)增益。

天線接收功率與無線環(huán)境密切相關(guān)。當(dāng)收發(fā)天線確定后,由費(fèi)耶斯傳輸方程可以看出,在多徑效應(yīng)不明顯的環(huán)境下,天線接收到的信號(hào)強(qiáng)度主要取決于收發(fā)天線的極化匹配狀態(tài)。

目前移動(dòng)通信領(lǐng)域應(yīng)用的天線基本都是線極化天線。在電磁波傳播的過程中,由于反射和折射等無線環(huán)境中多徑效應(yīng)的影響,主極化方向上的電磁波由于極化偏轉(zhuǎn)會(huì)有一部分耦合到交叉極化上。在接收天線來看,雙極化天線的交叉極化鑒別率趨向于0dB,每一路電磁波在接收天線方向上的分量相等,保證了分集增益達(dá)到最優(yōu)值。在多徑效應(yīng)不明顯的場景下,傳輸信道中不同極化信號(hào)間的能量耦合較小,線極化天線發(fā)射產(chǎn)生的接收信號(hào)功率比取決于收發(fā)天線位置和天線交叉極化比。也就是說,在近點(diǎn)、中點(diǎn)等電磁波反射、折射不豐富的場景下,每一路線極化電磁波在兩根正交接收天線方向上的分量不相等,造成系統(tǒng)增益達(dá)不到較優(yōu)值。

如果在發(fā)射端采用圓極化天線替代線極化天線,由于LTE終端是雙天線接收,兩根正交的天線接收一個(gè)圓極化波,可以推導(dǎo)出極化匹配因子是1,即達(dá)到了理想的極化匹配狀態(tài)。同樣可以推導(dǎo)出,圓極化天線發(fā)射時(shí),接收信號(hào)功率比與收發(fā)天線位置無關(guān),不取決于天線的方向,在接收端兩根天線接收到的圓極化波的能量始終是相等的,因此每根接收天線上的信號(hào)強(qiáng)度相同,達(dá)到最優(yōu)的MIMO效果。

相關(guān)試驗(yàn)表明,在實(shí)際移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中,圓極化天線對(duì)MIMO系統(tǒng)性能有明顯提升。在HSPA+ MIMO中應(yīng)用圓極化天線,相對(duì)有11%-18%的平均吞吐量提升,最高有25%的提升量,CQI和BLER等系統(tǒng)指標(biāo)相對(duì)略有改善。

在LTE MIMO中應(yīng)用圓極化天線,是在相同系統(tǒng)帶寬、相同信道數(shù)的前提下,通過確保接收信號(hào)功率平衡保系統(tǒng)證信噪比不降低,進(jìn)而提升了系統(tǒng)容量。

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