圓極化天線在LTE中的應(yīng)用研究

過去的20余年，為了適應(yīng)移動通信系統(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，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，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平衡時，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間的能量耦合較小，線極化天線發(fā)射產(chǎn)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(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，接收信號功率比與收發(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)際移動通信網(wǎng)絡(luò)中，圓極化天線對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。