圓極化天線在LTE中的應用研究

2017-03-28 by:CAE仿真在線來源:互聯網

過去的20余年,為了適應移動通信系統發展的需求,天線產品形態不斷的演進,由全向天線到定向天線,由單極化天線到雙極化天線,由機械下傾天線到電調下傾天線。目前,基站場景復雜化、天面資源稀缺以及深度覆蓋要求等新形勢,要求天線產品在形式、兼容性等方面繼續適應網絡的應用需求。同時,運營商面臨著流量經營的巨大壓力,需要以更低的成本承載更多的數據流量,進而提升單位流量價值。

在LTE系統中應用MIMO技術,通過系統波束賦形、傳輸分集和空間復用提升系統容量。由影響系統容量的因素可以看出,當系統接收到的兩路或多路信號平衡時,系統達到最優的信噪比,即達到最優的系統增益。

天線接收功率與無線環境密切相關。當收發天線確定后,由費耶斯傳輸方程可以看出,在多徑效應不明顯的環境下,天線接收到的信號強度主要取決于收發天線的極化匹配狀態。

目前移動通信領域應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境中多徑效應的影響,主極化方向上的電磁波由于極化偏轉會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,保證了分集增益達到最優值。在多徑效應不明顯的場景下,傳輸信道中不同極化信號間的能量耦合較小,線極化天線發射產生的接收信號功率比取決于收發天線位置和天線交叉極化比。也就是說,在近點、中點等電磁波反射、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,造成系統增益達不到較優值。

如果在發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圓極化波,可以推導出極化匹配因子是1,即達到了理想的極化匹配狀態。同樣可以推導出,圓極化天線發射時,接收信號功率比與收發天線位置無關,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強度相同,達到最優的MIMO效果。

相關試驗表明,在實際移動通信網絡中,圓極化天線對MIMO系統性能有明顯提升。在HSPA+ MIMO中應用圓極化天線,相對有11%-18%的平均吞吐量提升,最高有25%的提升量,CQI和BLER等系統指標相對略有改善。

在LTE MIMO中應用圓極化天線,是在相同系統帶寬、相同信道數的前提下,通過確保接收信號功率平衡保系統證信噪比不降低,進而提升了系統容量。

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