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(lián)網

過去的20余年,為了適應移動通信系統(tǒng)發(fā)展的需求,天線產品形態(tài)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(xù)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(tǒng)中應用MIMO技術,通過系統(tǒng)波束賦形、傳輸分集和空間復用提升系統(tǒng)容量。由影響系統(tǒng)容量的因素可以看出,當系統(tǒng)接收到的兩路或多路信號平衡時,系統(tǒng)達到最優(yōu)的信噪比,即達到最優(yōu)的系統(tǒng)增益。

天線接收功率與無線環(huán)境密切相關。當收發(fā)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(huán)境下,天線接收到的信號強度主要取決于收發(fā)天線的極化匹配狀態(tài)。

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(huán)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(yōu)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(fā)射產生的接收信號功率比取決于收發(fā)天線位置和天線交叉極化比。也就是說,在近點、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(tǒng)增益達不到較優(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(tài)。同樣可以推導出,圓極化天線發(fā)射時,接收信號功率比與收發(fā)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(yōu)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)證信噪比不降低,進而提升了系統(tǒng)容量。

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