MIMO系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究_圖文

1、北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文MIMO系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究姓名：肖麗華申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：電磁場(chǎng)與微波技術(shù)指導(dǎo)教師：李莉20090215北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究摘要多輸入多輸出（）系統(tǒng)是在發(fā)射端和接收端都采用多天線的系統(tǒng)。它可以在同一頻帶內(nèi)，提供傳輸平行信息的幾個(gè)無線信道，并大大地增加系統(tǒng)的容量。目前，天線問題是限制技術(shù)在蜂窩移動(dòng)通信和應(yīng)用的一個(gè)重要因素。隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)應(yīng)用于系統(tǒng)天線的研究變得十分迫切，同時(shí)也具有理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文系統(tǒng)而深入地概述了分集性能衡量指標(biāo)，對(duì)空間分集、方向圖分集、極化分集的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行深入探討，進(jìn)

2、而根據(jù)系統(tǒng)天線設(shè)計(jì)的要求和特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前典型的新型系統(tǒng)天線單元和天線陣列，詳盡地分析了它們的設(shè)計(jì)思路，指出了天線的發(fā)展方向，提出了多天線的設(shè)計(jì)思想與技術(shù)途徑。接著對(duì)極化分集天線進(jìn)行研究，系統(tǒng)而完整地研究及設(shè)計(jì)了極化分集天線。仿真設(shè)計(jì)雙極化天線、三重極化天線、垂直極化狀態(tài)的方向圖可重構(gòu)天線，均表現(xiàn)出較好的性能。方向圖可重構(gòu)天線是天線設(shè)計(jì)的新思路。最后探討三維空間散射環(huán)境中，信道模型下天線方向性對(duì)空間衰落相關(guān)性和信噪比的影響，仿真研究均勻圓陣、線陣、矩形陣的多輸入多輸出系統(tǒng)信道容量。首次綜合性給出天線方向性對(duì)信道容量的影響，即當(dāng)定向天線主瓣對(duì)準(zhǔn)來波時(shí)，定向天線方向性引起的信噪比增加超過了其相關(guān)系數(shù)

3、對(duì)容量的負(fù)面影響，從而使信道容量整體優(yōu)于全向天線。天線單元方向性越強(qiáng)，信道容量越大。對(duì)如何合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)發(fā)射和接收端天線陣列來進(jìn)一步取得系統(tǒng)的容量增益具有現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：天線設(shè)計(jì)極化分集天線雙極化天線方向圖可重構(gòu)天線北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究?。ǎ?。，：，北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究，：北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列沒計(jì)與研究獨(dú)創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明本人聲明所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北

4、京郵電大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。申請(qǐng)學(xué)位論本人簽名：處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。日期：墜：！苧關(guān)于論文使用授權(quán)的說明學(xué)位論文作者完全了解北京郵電大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬北京郵電大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定）保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密在一年解密后適

5、用本授權(quán)書。非保密論文注釋：本學(xué)位論文本人簽名：導(dǎo)師簽名：本授權(quán)書。日期：竺：至：塵日期：邋：三：豎北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)汁與研究第一章緒論隨著用戶數(shù)目和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷增長，移動(dòng)通信正在飛速發(fā)展，從年由貝爾公司首次研制的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)問世以來，移動(dòng)通信系統(tǒng)經(jīng)歷了第一代模擬頻分系統(tǒng)，如、，目前廣泛應(yīng)用的第二代數(shù)字蜂窩系統(tǒng)，如、，到即將投入商用的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，以及正在開展廣泛研究的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)。提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率最高只能達(dá)到，而的最高數(shù)據(jù)傳輸速率將達(dá)到，可以提供高達(dá)的數(shù)據(jù)傳輸速率，支持從語音到多媒體，包括實(shí)時(shí)的多媒體業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸率可以根據(jù)這些業(yè)務(wù)的需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)

6、調(diào)整。、要求在有限的頻譜資源上實(shí)現(xiàn)高速率和大容量，這需要頻譜效率極高的技術(shù)。但目前無線信道存在的多徑衰落、頻譜擁擠、噪聲干擾等問題大大影響了數(shù)據(jù)率的提高，一些傳統(tǒng)的技術(shù)方案將不能滿足用戶日益增長的需求，因此必須尋求新的技術(shù)手段，技術(shù)就是其中之一。多輸入多輸出（）技術(shù)是指在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，將多徑效應(yīng)作為一個(gè)有利因素加以利用，信號(hào)通過發(fā)射端和接收端的多個(gè)天線傳送和接收，從而改善每個(gè)用戶的服務(wù)質(zhì)量（誤比特率或數(shù)據(jù)速率）。技術(shù)對(duì)于傳統(tǒng)的單天線系統(tǒng)來說，能夠大大提高頻譜利用率，使得系統(tǒng)能在有限的無線頻帶下傳輸更高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在技術(shù)中，發(fā)射與接收多天線系統(tǒng)是無線系統(tǒng)的重要

7、組成部分，當(dāng)前系統(tǒng)的研究中，涉及到天線模塊時(shí)一般采用理想模型的方式，以減小系統(tǒng)的復(fù)雜度，很少涉及天線陣列單元的種類、形式，布局以及隨之而來的天線相關(guān)性對(duì)容量的影響。隨著系統(tǒng)的商用化，探索陣列的小型化也越來越緊迫。因此研究天線與系統(tǒng)性能的關(guān)系及天線設(shè)計(jì)意義深遠(yuǎn)。原理簡析系統(tǒng)發(fā)展到今天有個(gè)從、到系統(tǒng)的演變過程。系統(tǒng)：即單輸入和單輸（）系統(tǒng)，即發(fā)射端和接收端各使用一根天線，提出了其容量計(jì)算公式，公式中的容量是有噪信道中進(jìn)行可靠通信的上限速率。以后的電信工作者無論使用怎樣的調(diào)制方案和信道北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究編碼方法都只能接近而無法超過它。人們想到從提高頻譜的使用效率入手

8、，提高效率的方法有分集技術(shù)，發(fā)展了，系統(tǒng)。：即單輸入多輸出（），即發(fā)射端使用單根天線，接收端使用多根天線，這種分集通常稱為接收分集，采用最佳比合并的接收分集技術(shù)通常能改善接收端的，從而提高信道的容量和頻譜的使用效率。：即多輸入單輸，（）系統(tǒng)，即發(fā)射端使用多根天線，接收端使用單根天線，這種分集通常稱為發(fā)射分集，若發(fā)射端不知道信道狀態(tài)信息，無法在多發(fā)射天線中采用波束形成技術(shù)和自適應(yīng)分配發(fā)射功率，則信道容量提高不是很多。：和技術(shù)的發(fā)展自然演變成技術(shù)，如圖所示。即在無線鏈路的兩端都使用多根天線，】和分別證明了系統(tǒng)與和系統(tǒng)相比，可以取得巨大的信道容量。技術(shù)利用多徑，只要各天線單元間距足夠大，無線信道的多

9、徑分量足夠豐富，那么天線接收到的多徑信號(hào)的衰落就趨于獨(dú)立。對(duì)于一個(gè)具有蜥副發(fā)射天線和即。副接收天線的系統(tǒng)，其發(fā)射信號(hào)經(jīng)過空時(shí)編碼后形成個(gè)信息子流，以相同的頻率經(jīng)不同的天線同時(shí)發(fā)射出去，經(jīng)過多徑信道的傳播，這些并行子流以不同的路徑到達(dá)接收機(jī)，并由不同的天線接收，接收機(jī)利用空時(shí)解碼對(duì)各接收信號(hào)進(jìn)行處理，并恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流。由于這些子流同時(shí)發(fā)送，占用同一頻帶，因而并未增加帶寬。若各發(fā)射接收天線間的通道響應(yīng)相互獨(dú)立，則可以創(chuàng)造多個(gè)并行空間信道。所以說，系統(tǒng)可以充分利用無線信道的多徑傳播，獲取復(fù)用增益與分集增益，從而顯著提高無線鏈路的容量與質(zhì)量。唧信源，空時(shí)編碼、彳彳弋鬈圖系統(tǒng)模型北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論

10、文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究研究內(nèi)容當(dāng)前多天線系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容有：空時(shí)編碼（）方案的研究，如空間分集（）、空間多路（）【卅、波束成型（）、預(yù)編碼（），復(fù)合技術(shù)【羽，無線傳播信道的測(cè)量與建模，分集技術(shù)與多天線設(shè)計(jì)與布局，互耦分析，信道相關(guān)性估計(jì)，信號(hào)檢測(cè)算法。技術(shù)的核心是空時(shí)信號(hào)處理，也就是利用在空間中分布的多個(gè)天線將時(shí)間域和空間域結(jié)合起來進(jìn)行信號(hào)處理，它有效地利用了隨機(jī)衰落和可能存在的多徑傳播來成倍地提高業(yè)務(wù)傳輸速率。開發(fā)誤碼性能與復(fù)雜度折衷的傳輸方案可獲取系統(tǒng)的實(shí)際增益。系統(tǒng)中的多天線能夠同時(shí)提供分集增益與復(fù)用增益，使該技術(shù)其具有無比優(yōu)越的速率。空間分集指分集最大化方案，即在多條獨(dú)立路徑

11、上傳輸相同的數(shù)據(jù)，接收端通過分集合并技術(shù)，提高傳輸?shù)目煽啃?，降低誤碼率。典型的方案有即空時(shí)格形碼（），即空時(shí)分組碼（），其原理是利用系統(tǒng)的多天線實(shí)現(xiàn)天線分集。天線分集可以對(duì)抗信道衰落，提高無線鏈路的可靠性，并且聯(lián)合應(yīng)用多維天線分集與時(shí)間分集，可以獲得更好的分集效果。系統(tǒng)結(jié)合天線分集與時(shí)間分集，還可同時(shí)獲得空間與時(shí)間維的分集效益，即通過空時(shí)編碼而增加傳輸?shù)目諘r(shí)冗余信息，從而提高無線傳輸?shù)姆€(wěn)健性?？臻g復(fù)用指數(shù)據(jù)率最大化方案，即在多條獨(dú)立路徑上傳輸不同的數(shù)據(jù)流，從而提高總數(shù)據(jù)率，典型的是貝爾空時(shí)分層結(jié)構(gòu)（）。無線信道的多徑傳播增加了系統(tǒng)可用的自由度，若各對(duì)收發(fā)天線路徑的衰落獨(dú)立，則空間矩陣信道創(chuàng)建了

12、多個(gè)并行的空間傳輸通道，利用并行通道傳輸獨(dú)立的信息流，從而提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率。然而，純粹的天線分集與純粹的復(fù)用方案并非最優(yōu)方案，因?yàn)橄到y(tǒng)本身的自由度在給定天線配置下是有限的，二者之一都只解決了問題的一個(gè)方面，比如，獲取更高的分集增益是以犧牲更大的復(fù)用增益為代價(jià)的，反之亦然。由于二者的折衷方案可以同時(shí)獲得分集與復(fù)用增益，可能是最好的選擇，即傳輸誤碼率與速率的折衷方案。技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)最早是由于年提出，上世紀(jì)年代有入提出將北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究其用于通信系統(tǒng)，但奠基工作是年代由實(shí)驗(yàn)室的學(xué)者完成的。年推導(dǎo)了衰落情況下的系統(tǒng)容量；年給出了一種多入多出處理算法對(duì)角貝爾實(shí)驗(yàn)室分層

13、空時(shí)（。）算法；年等討論了用于多入多出的空時(shí)編碼弘】；年等人采用垂直一貝爾實(shí)驗(yàn)室分層空時(shí)（）算法建立了一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在室內(nèi)試驗(yàn)中達(dá)到了以上的頻譜利用率；年月，朗訊公司貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一顆芯片，這一芯片支持最高的天線布局，可處理的最高數(shù)據(jù)速率達(dá)到。年月，推出了芯片組，稱其是世界上第一款集成了多入多出（）技術(shù)的批量上市產(chǎn)品。當(dāng)前，未來移動(dòng)寬帶通信和無線接入融合系統(tǒng)是熱門的研究課題，而系統(tǒng)是人們研究較多的方向之一，并廣泛應(yīng)用于各種移動(dòng)通信系統(tǒng)中。今天，先進(jìn)的（、和）應(yīng)用普遍采用技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)采用空時(shí)發(fā)射分集（，）及閉環(huán)發(fā)射分集方式（）作為系統(tǒng)中的發(fā)射分集方案，而標(biāo)準(zhǔn)采用空時(shí)擴(kuò)頻（，）和正交發(fā)

14、射分集（，）作為系統(tǒng)中的發(fā)射分集方案【。標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型采用了分層空時(shí)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)也采用空時(shí)發(fā)射分集來提高傳輸可靠性。在演進(jìn)中，為支持更高的傳輸速率，也將采用技術(shù)。究竟采用哪一種技術(shù)目前還沒有確定，空間復(fù)用（）、預(yù)編碼（）、發(fā)射分集（）等都在考慮范圍之內(nèi)。另外，技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)在上下行信道之間、控制信道與業(yè)務(wù)信道之間、廣播多播業(yè)務(wù)與單播業(yè)務(wù)之間存在差異。同時(shí)，在吸收設(shè)計(jì)思想的系統(tǒng)中處于重要位置，與的雙工技術(shù)和基于的多址接入技術(shù)并稱為三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。另一方面在系列中也得到了應(yīng)用。從技術(shù)上說，如果說采用技術(shù)將從時(shí)域擴(kuò)展到頻域，利用時(shí)頻二維傳輸提高了性能，那么下一個(gè)突破就是將傳輸再擴(kuò)展到空間域

15、，利用空、時(shí)、頻三維來進(jìn)一步提高性能，自然需要來增強(qiáng)性能，而同時(shí)也提供了技術(shù)應(yīng)用的空間。而中的許多技術(shù)都需要在收發(fā)端均配置多天線，這對(duì)于體積嚴(yán)格受限的手機(jī)來說是困難的，但對(duì)于主要供計(jì)算機(jī)使用且很少在移動(dòng)狀態(tài)下使用的是較容易的。且的工作頻段比手機(jī)高，相同條件下多天線之間的相關(guān)性也比手機(jī)小。從信息論的角度，所處的多徑散射十分豐富的室內(nèi)環(huán)境，正提供了所要求的多個(gè)獨(dú)立信道。北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究在高吞吐量中，采用了分層空時(shí)結(jié)構(gòu)和空時(shí)編碼兩種技術(shù)，最多支持發(fā)射接收天線，物理層最高速率。目前標(biāo)準(zhǔn)的制定己取得重大進(jìn)展，支持該標(biāo)準(zhǔn)草案的芯片也已問世。在技術(shù)的商用化方面處于領(lǐng)先地位

16、。當(dāng)前技術(shù)在局域網(wǎng)上的應(yīng)用已經(jīng)如火如荼，迫切需要天線設(shè)計(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，而在筆記本電腦上較大的空間實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的天線設(shè)計(jì)都是可行的。作為解決最后一公里的最佳接入方式的無線寬帶接入技術(shù)，必須采用多天線技術(shù)來提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力。目前已經(jīng)成為了中多天線的一個(gè)選項(xiàng)，并且在中也得到了體現(xiàn)。協(xié)議支持的模式分為種：空時(shí)發(fā)射分集模式、空間復(fù)用模式和分集與復(fù)用相結(jié)合模式。無線網(wǎng)絡(luò)通信正在不斷發(fā)生著變化。所有新的空中接（、下一代等等）都共享著技術(shù)。技術(shù)的廣泛應(yīng)用迫切要求其各項(xiàng)技術(shù)的成熟。天線研究背景及現(xiàn)狀雖然技術(shù)廣泛應(yīng)用于，（），等通信系統(tǒng)中，但迄今為止，其在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中還很少進(jìn)行商業(yè)實(shí)現(xiàn)，在中的應(yīng)用也受到一些因素

17、的限制，在無線局域網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)仍未大規(guī)模覆蓋。一個(gè)重要的因素就是天線問題以及由此帶來的相應(yīng)的射頻單元引起的造價(jià)的提高。一方面由于受到接收機(jī)或發(fā)射機(jī)尺寸及結(jié)構(gòu)的限制，往往要在有限的空間盡可能多地布置天線單元。這給天線單元和天線陣列設(shè)計(jì)帶來不小的挑戰(zhàn)。天線單元的設(shè)計(jì)、陣列單元的數(shù)目、陣列結(jié)構(gòu)、陣列放置的方式等因素直接影響信道的空間相關(guān)性【。如何在有限的空間使陣列中各天線單元具有較小的相關(guān)性，使信道響應(yīng)矩陣接近滿秩，并取得系統(tǒng)最大容量，迫切需要有效方法解決。結(jié)合具體應(yīng)用，實(shí)際設(shè)計(jì)天線仍然面臨一些問題，如天線耦合、極化隔離、共形、機(jī)體對(duì)天線性能的影響等。當(dāng)前基站端天線設(shè)計(jì)已有多種解決方案，移動(dòng)臺(tái)端天線設(shè)計(jì)

18、依然是技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的瓶頸，甚至可以說天線的發(fā)展制約及決定著未來無線通信發(fā)展。另一方面在收發(fā)兩端采用多天線技術(shù)，必然在收發(fā)端增加較多的射頻處理單元，射頻模塊的造價(jià)普遍相對(duì)昂貴，不利于技術(shù)的商用化。由于路由及網(wǎng)卡價(jià)格相對(duì)較高，同時(shí)用戶對(duì)高速率的需求不旺盛，市場(chǎng)蕭條，北京郵電丈學(xué)碩十學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究使得部分芯片廠商甚至打算在部分產(chǎn)品中暫且不引入多天線技術(shù)以降低價(jià)格。可見隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)適用于系統(tǒng)的天線的研究變得十分迫切及重要，同時(shí)也具有理論意義和實(shí)用價(jià)值。在多天線的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)綜合考慮天線的體積、效率和多天線間信號(hào)的空域相關(guān)性等各方面因素。目前，對(duì)可用于系統(tǒng)的天線的研究卻

19、并不多見。論文的結(jié)構(gòu)安排本論文的目標(biāo)是：總結(jié)出通信系統(tǒng)與天線相關(guān)的性能衡量指標(biāo)；歸納國內(nèi)外典型及新型的天線設(shè)計(jì)方案，為天線設(shè)計(jì)提供思路；對(duì)極化分集進(jìn)行仿真及研究；探索天線方向性及陣列形式對(duì)系統(tǒng)信道相關(guān)性及容量的影響。基于此，論文分為六章：第一章簡介原理、研究內(nèi)容、技術(shù)的應(yīng)用情況及系統(tǒng)天線研究背景及狀況，指出天線的發(fā)展制約及決定著未來無線通信的發(fā)展，讓讀者對(duì)系統(tǒng)及天線設(shè)計(jì)有初步介紹，對(duì)后續(xù)工作有清晰整體的了解。第二章總結(jié)系統(tǒng)分集性能衡量指標(biāo)，即分集增益、空間相關(guān)性、分支功率比、容量，對(duì)空間分集、極化分集、方向圖分集三種分集方式應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行歸納，該工作為下一步天線設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。第三章給出系統(tǒng)天

20、線設(shè)計(jì)要求和特點(diǎn)，總結(jié)及歸納當(dāng)前典型的新型系統(tǒng)天線單元和天線陣列，簡介了分形天線、電磁帶隙基片天線、多頻段天線等天線單元，多端口天線陣、多模天線、開關(guān)寄生天線陣、袖珍立方布局天線陣等天線陣列，詳盡地分析了它們的設(shè)計(jì)思路，指出了天線的發(fā)展方向，提出了多天線的設(shè)計(jì)思想與技術(shù)途徑。第四章對(duì)極化分集天線設(shè)計(jì)進(jìn)行研究仿真，探討了極化的機(jī)理及定義，系統(tǒng)全面地研究了極化分集天線，仿真研究雙極化天線陣，三重極化天線陣，垂直極化方向圖可重構(gòu)天線，均取得較好的性能。第五章最后探討了空間分集下陣列形式及單元方向圖對(duì)系統(tǒng)容量的影響。探討三維空間散射環(huán)境中，信道模型下天線方向性對(duì)空間衰落相關(guān)性和信噪比的影響，仿真研究均

21、勻圓陣、線陣、矩形陣的多輸入多輸出系統(tǒng)信道容量首次綜合性給出天線方向性對(duì)信道容量的影響，得出了一些關(guān)鍵及有意義的結(jié)論。第六章對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)未來的工作提出意見和建議。北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究第二章分集性能衡量指標(biāo)技術(shù)的成功取決于分集與復(fù)用，天線多采用分集技術(shù)來提高系統(tǒng)性能，了解分集性能衡量指標(biāo)，對(duì)天線設(shè)計(jì)作出指導(dǎo)是具有重要意義的。本章首先介紹分集理論，包括常見的空間分集、方向圖分集、極化分集，進(jìn)而給出分集衡量指標(biāo)：分集增益、相關(guān)系數(shù)、分支功率比和平均有效增益、容量計(jì)算，用以衡量實(shí)際的天線在系統(tǒng)中的性能優(yōu)劣。最后對(duì)三種分集方式應(yīng)用場(chǎng)景及相互間的關(guān)系進(jìn)行探討，以便根

22、據(jù)不同的環(huán)境來采用不同的分集方式，或者多種分集方式的聯(lián)合。分集理論蜂窩移動(dòng)通信中，基站和移動(dòng)臺(tái)經(jīng)常彼此不在視距內(nèi)，而且移動(dòng)臺(tái)在復(fù)雜的傳播環(huán)境中運(yùn)動(dòng)，結(jié)果使得基站和移動(dòng)臺(tái)之間的通信經(jīng)常出現(xiàn)多徑衰落現(xiàn)象，衰落現(xiàn)象對(duì)接收電平有很大的影響。如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于最小接收電平，則設(shè)備的負(fù)擔(dān)過大，導(dǎo)致系統(tǒng)成本太高。天線分集接收技術(shù)可以有效緩解移動(dòng)通信系統(tǒng)的多徑衰落，從而提高通信可靠性，改善系統(tǒng)性能而不需增大發(fā)射機(jī)功率或信道帶寬。分集接收的基本概念是對(duì)于一個(gè)隨機(jī)過程進(jìn)行兩個(gè)或多個(gè)抽樣，且這些抽樣是獨(dú)立的衰落。所有抽樣同時(shí)小于一個(gè)定值的概率遠(yuǎn)小于個(gè)別抽樣小于該值的概率。實(shí)際上，所有刀個(gè)抽樣同時(shí)小于給定值的概率是，其

23、中是單個(gè)抽樣小于該定值的概率。因此分集是接收機(jī)接收到發(fā)射信號(hào)的兩個(gè)或多個(gè)形式，其中每種形式通過不同的信道接收，如圖所示。在每個(gè)信道中的衰落是獨(dú)立無關(guān)的，因此在所有信道同時(shí)出現(xiàn)深度衰落的概率大大降低了。圖分集信道模型由上圖可知分集即通過若干個(gè)信道接收承載相同信息的多個(gè)副本，由于這些信京郵電大學(xué)碩±學(xué)位論文統(tǒng)線單陣列研究道的傳輸特性不同，這些信號(hào)副本的衰落也不相同當(dāng)其衰落獨(dú)立（或至少是高度不相關(guān)）時(shí)，接收機(jī)就能有效的合并這多個(gè)副本包含的信息，硪小衰落信號(hào)電平的起伏程度，從而比較正確地恢復(fù)出原始信號(hào)。天線分集主要包括三種類型，即空間分集、角度分集和極化分集，如圖維聯(lián)合應(yīng)用，或某一維占優(yōu)。，

24、它們分屬于天線分集中的空間、角度與極化維，實(shí)際中難以獨(dú)立應(yīng)用各維，而是多廚空間分集方向圖分集極化分集空間分集：最常用的分集形式，即用兩副類似的天線在相隔若干個(gè)波長的不同位置上接收同一信號(hào)的一種分集形式，天線單元間距要求大于相干距離，此時(shí)每個(gè)天線接收到的信號(hào)可以認(rèn)為是不相關(guān)或低相關(guān)的。采用空間分集的接收機(jī)擁有很多相似的天線（例如共極化天線），每根天線為無線通信提供了一個(gè)分離的無線信道。一個(gè)純粹的空間分集設(shè)計(jì)中，每根天線的方向圖和極化方式都是相同的。方向圖分集：又稱角度分集，由于地形地貌等傳播環(huán)境的影響，從不同方向遠(yuǎn)離發(fā)端或抵達(dá)接收端的多徑信號(hào)不是完全相關(guān)的，采用方向性波束在不同角度發(fā)射或接收，也

25、能獲得分集效果，如可在基站端采用開關(guān)波束智能天線和多模天線實(shí)現(xiàn)角度分集，這些不同的天線方向圖以加權(quán)方式將多徑信道重新合并，從而對(duì)應(yīng)每個(gè)方向圖產(chǎn)生一個(gè)不同的信道。角度分集雖然可以克服空間分集安裝空間太的缺點(diǎn)，但當(dāng)來波角譜擴(kuò)展較小時(shí)，容易造成來波方向位于其中某副天線的旁瓣，引起很大的接收功率差。這些理論與正交方向圖能降低空間相關(guān)性是一脈相承的。極化分集：采用兩副或幾副天線來構(gòu)成子信道的一種天線分集接收系統(tǒng)，這種分集方案通過使用兩根或者更多按不同方式極化的天線在接收端提供獨(dú)立的信道。極化分集的最大優(yōu)點(diǎn)是多天線的總體積小，尤其適合體積受限的終端多天線設(shè)計(jì)。它利用了正交極化間信號(hào)的低相關(guān)性，將極化分集的

26、多天線放置在同一個(gè)位置，故達(dá)到緊湊效果。而正交極化間信號(hào)的低相關(guān)性是由于不同的極化方向的電磁波在受北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究到阻擋而發(fā)生反射、折射或繞射時(shí)，一般遵循不同的規(guī)律，故經(jīng)過傳輸中的多次阻擋作用后，正交分量間的衰落相關(guān)性將變得很小，這就是正交極化分量去相關(guān)的機(jī)理。對(duì)于無線信道這種極化扭轉(zhuǎn)的性質(zhì)，可以用交叉極化鑒別度（）來衡量。總之，天線方向圖的加權(quán)接收是各種分集的統(tǒng)一描述，當(dāng)入射波的角譜概率分布一定時(shí)，天線輸出信號(hào)的相關(guān)性從物理上可理解為天線對(duì)不同入射角的電磁場(chǎng)進(jìn)行了加權(quán)疊加的差異程度，若不同入射角的來波問是獨(dú)立無關(guān)，則各天線輸出信號(hào)間的相關(guān)性完全取決于天線的

27、相位中心距離和各自的方向圖。分集性能衡量指標(biāo)分集的性能衡量指標(biāo)有：分集增益、相關(guān)性、分支功率比、容量、極化失配，最主要的衡量指標(biāo)為各分支支路的相關(guān)系數(shù)以及分支功率比【】。分集增益分集增益指在無相關(guān)性的情況下，使用分集和無分集的系統(tǒng)分別達(dá)到相同目標(biāo)誤碼率門限的信干比之間的差異，通常用表示。另一種定義是與參考信號(hào)做比較。還可定義為聯(lián)合信號(hào)和最強(qiáng)的分支信號(hào)間的差別。假定多徑環(huán)境中為瑞利衰落，則瑞利信道的累積分布函數(shù)（）為：（廠以）（廠以）：五、式（）其中是平均的信噪比，是瞬時(shí)的信噪比，（以）是瞬時(shí)信噪比小于給定門限以的概率。由此擴(kuò)展到若有路接收信號(hào)，每路接收信號(hào)均低于給定門限只的概率為：砘砒卜）當(dāng)瞬

28、時(shí)信噪比較低時(shí)，若，“，則上式可簡化為：式（）砒（爭(zhēng)）式（）北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文吣系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究利用上述式子可計(jì)算出分集增益。分集增益是包絡(luò)相關(guān)性和功率不平衡的函數(shù)，為達(dá)到最大增益，則相關(guān)系數(shù)應(yīng)該小于，平均分支功率比應(yīng)接近。要使平均分支功率比接近，則要求足夠多的散射體數(shù)目以便去極化。一般說來如果發(fā)射端是水平極化，接收端使用水平和垂直極化分集系統(tǒng)時(shí)，水平極化接收的電平應(yīng)該大一些。移動(dòng)基站系統(tǒng)相對(duì)于便攜系統(tǒng)有更多的分集增益，因?yàn)橛懈蟮奶炀€增益和增加的發(fā)射功率。如果從接收端分集合并所處的位置看，合并可以在檢測(cè)以前的射頻和中頻上進(jìn)行，也可以在檢測(cè)以后即基帶上進(jìn)行合并。聯(lián)合信號(hào)的方法

29、有：選擇合并，最大比合并，等增益合并，開關(guān)合并【】。最常用的是選擇和最大比合并。從分集增益角度看，研究表明最大比合并優(yōu)于等增益合并，等增益合并優(yōu)于選擇式合并。等增益合并性能與最大比合并性能相比小，但比較簡便。相關(guān)系數(shù)相關(guān)性是指對(duì)的預(yù)測(cè)能力，如果預(yù)測(cè)能力大，則相關(guān)性高。因?yàn)槿羲ヂ淞?，由于相關(guān)性高，則衰落的可能性也很大。下圖顯示的是分集系統(tǒng)中的兩路信號(hào)。要求兩路信號(hào)的相關(guān)性比較低。有研究表明，當(dāng)達(dá)波方向與天線陣列間的連線垂直時(shí)相關(guān)性最小。一州帥甲滯彬一圖分集系統(tǒng)示意圖相關(guān)系數(shù)分為復(fù)相關(guān)系數(shù)和包絡(luò)相關(guān)系數(shù)【。復(fù)相關(guān)系數(shù)則運(yùn)用了接收信號(hào)的幅度和相位。時(shí)域中復(fù)相關(guān)系數(shù)定義為【】：（）一百）（吃（）一瓦）

30、出北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究其中，分別為天線、天線的接收信號(hào)。在角域中復(fù)相關(guān)系數(shù)定義為【】：砘：盟壁塑型墮掣掣壁塑燮墮竺式協(xié)，、聽噶這里。膽尺（以伊）島（只緲）（以矽）島（幺矽）（式（）其中（，），（，伊）分別為電場(chǎng)矢量方向圖的口，伊分量，島（移，緲），島（口，緲）為入射功率譜角密度函數(shù)的皖伊分量。為交叉極化識(shí)別，是時(shí)間平均的垂直極化功率與時(shí)間平均的水平極化功率的比值。：導(dǎo)晶式（）一。從式（）可見，當(dāng)兩方向圖正交時(shí)則相關(guān)系數(shù)最小。故可尋求方向圖正交的兩個(gè)或者多個(gè)天線。包絡(luò)相關(guān)系數(shù)則是兩個(gè)信號(hào)包絡(luò)問的相關(guān)性，不考慮相位】：見式（）其中墨，是分剔為天線、天線接收信號(hào)包絡(luò)。

31、復(fù)相關(guān)系數(shù)與包絡(luò)相關(guān)系數(shù)的關(guān)系為【】：以：的分集增益下降可通過以下因子計(jì)算】：式（）為使分集系統(tǒng)取得分集增益，要求相關(guān)系數(shù)應(yīng)該小于，由于包絡(luò)相關(guān)性引起，分集增益圖。式（一）通過在分集增益原有概率密度分布函數(shù)下除以該值，可計(jì)算不同包絡(luò)相關(guān)性下分支功率比和平均有效增益分支功率比為不同支路間的功率比。對(duì)于兩路信號(hào)而言為：北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究：壘讎對(duì)多支路而言，用表示時(shí)：。口應(yīng)該大于以避免大的分集增益損耗。為使分集系統(tǒng)能取得分集增益，則應(yīng)至少大于。對(duì)兩支路而言，由式（）分支功率比與分集增益關(guān)系：竹叫：妻（吾）平均有效增益（）定義為同一隨機(jī)路徑上天線平均接收功率與同一路徑

32、上天線的總平均入射功率的比值?？紤]了入射到天線上的功率的平均角度分布。是天線在移動(dòng)環(huán)境中的平均天線增益，是考慮無線散射環(huán)境中入射無線電波和天線增益方向圖后的移動(dòng)終端天線的平均性能。決定天線在多徑環(huán)境中的有效性。計(jì)算公式為【：箝（箍卯糾卯志呻卅卯砂枷刪眇式（）其中（矽，妒），（幺伊）分別為天線功率增益方向圖的只礦分量，島（秒，伊），島（見緲）為入射功率譜角密度函數(shù)的口，妒分量。與的關(guān)系為：七：墼，墼腳施從系統(tǒng)的角度看，分支功率比越趨近于，越有利于分集性能的發(fā)揮。容量計(jì)算假設(shè)系統(tǒng)收發(fā)兩端天線數(shù)目為，信道為準(zhǔn)靜態(tài)平坦衰落信道，接收端已知信道信息，發(fā)射端未知。發(fā)射信號(hào)總功率，與發(fā)射天線數(shù)無關(guān)。發(fā)射端采

33、用等功率發(fā)射，則系統(tǒng)的信道容量可表示為【】北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究（，扣）塒，善為接收端平均信噪比，（，），為信道矩陣，根據(jù)模型將信道矩陣日分解，且只考慮接收衰落相關(guān)有：冗，“呱式（）式中冗，為×接收相關(guān)矩陣，為×發(fā)射相關(guān)矩陣，的元素是均值為，方差為的獨(dú)立復(fù)高斯隨機(jī)變量。分集接收模型的建立及準(zhǔn)確性分集接收模型的建立主要集中在基站端，移動(dòng)臺(tái)分集模型應(yīng)涉及到天線方向圖和極化特性【，同時(shí)要求模型具有準(zhǔn)確性，有用性。由于移動(dòng)終端應(yīng)用有許多不同的場(chǎng)景，包括開關(guān)聯(lián)合接收的使用、天線間低隔離、增益方向圖沖突、傳播環(huán)境里寬的角度擴(kuò)展，均要求建立新的移動(dòng)臺(tái)端的理論

34、模型。當(dāng)前模型主要考慮的因素是空間相關(guān)性，各分支功率比，但這兩個(gè)因素對(duì)不同的分集方式的影響不同。對(duì)極化分集方式而言，交叉極化識(shí)別（）能嚴(yán)重影響各分支功率比，造成各分支功率比相差比較大，使得分集增益減小【。對(duì)空間分集方式而言，空間相關(guān)性對(duì)其影響比較大。三種分集方式應(yīng)用空間分集應(yīng)用空間分集是由于天線間距離足夠遠(yuǎn)，使得多徑分量間相位不一致，相位差距越大，信號(hào)越不相關(guān)?？臻g分集技術(shù)可以通過選擇最好的接收信號(hào)或其合成信號(hào)以減少衰落的影響?？臻g分集的缺點(diǎn)是需要較大的安裝天線空間。較大的天線單元間距已成為限制分集支路數(shù)目的實(shí)際因素，當(dāng)角度擴(kuò)展很小時(shí)，分集的距離要達(dá)到，這為天線安裝帶來很大不便，使天線系統(tǒng)成本

35、增大，且各支路的平均接收功率差異變大，而小間距使天線單元間的相關(guān)性增高，它們均導(dǎo)致分集性能下降。當(dāng)天線架設(shè)位置變高或者散射體減小，則信號(hào)不相關(guān)下的天線間距也將增大。如果接收端天線是垂直極化，最好發(fā)射端也是垂直極化。水平空間分集只在目標(biāo)發(fā)射天線單純垂直極化時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)接收機(jī)處于室內(nèi)環(huán)境時(shí)，發(fā)射機(jī)使用水平極化北京郵電丈學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線荸元及陣列設(shè)汁與研究的性能好于垂直極化。原因是室內(nèi)環(huán)境，主要的反射是水平的。角度分集應(yīng)用對(duì)角度分集而言，若每個(gè)天線的方向圖不同，則信號(hào)包絡(luò)的相關(guān)性將減小。這是因?yàn)殡m然天線位置相同，但每個(gè)天線接收信號(hào)的幅度因其天線方向圖及增益而存在差異。相距很近的具有全向方向圖

36、的天線陣列，會(huì)因相互間的耦合而使天線方向圖發(fā)生畸變。蜂窩無線和數(shù)字個(gè)人通信系統(tǒng)里的角度分集是通過開關(guān)波束天線實(shí)現(xiàn)的。雖然自適應(yīng)天線相對(duì)而言更靈活，但開關(guān)波束天線相對(duì)更便宜和容易。在密集城市區(qū)域角度分集與傳統(tǒng)空間分集同樣有效，在保證可靠性水平下可以提供分集增益。極化分集應(yīng)用極化分集其優(yōu)勢(shì)是不需要額外帶寬，不需要天線間的物理距離，其分集增益取決于發(fā)射和接收間的散射體對(duì)信號(hào)去極化和去相關(guān)的能力，以便耦合一些能量到正交極化端口中。在散射環(huán)境較好的情況下兩個(gè)正交極化可以提供不相關(guān)信號(hào)。極化分集的缺點(diǎn)是當(dāng)發(fā)射一種極化方式的時(shí)候，共極化和交叉極化分支平均信號(hào)電平將有很明顯的差別【。測(cè)量的移動(dòng)臺(tái)和基站端的水平

37、和垂直極化路徑可以是高度不相關(guān)的。每種極化的去相關(guān)是源于移動(dòng)臺(tái)和基站間多次反射和散射。每種極化的復(fù)散射和反射系數(shù)是不同的，導(dǎo)致正交極化的幅度和相位經(jīng)歷了不同的變化。經(jīng)過足夠的隨機(jī)散射，信號(hào)的極化獨(dú)立于發(fā)射極化方式。去極化的程度取決于移動(dòng)臺(tái)和基站間的信號(hào)散射數(shù)量多少。電磁波的屬性顯示若極化方式與障礙物表面正交，則損耗遠(yuǎn)大于極化方式與障礙物表面平行的方式。在無線通信中主要的障礙是建筑物，很明顯從水平極化接收的信號(hào)能量將比從垂直極化接收的能量少。這必然導(dǎo)致兩種極化方式的功率不平衡。這個(gè)差別可以叫做交叉極化識(shí)別。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)和基站間有一個(gè)很明顯的直視路線時(shí)，且具有很少的散射體來導(dǎo)致去極化時(shí)，交叉極化識(shí)別將

38、會(huì)出現(xiàn)。典型值是，在近郊該值比城區(qū)大，在戶外環(huán)境該值比室內(nèi)環(huán)境大。當(dāng)存在視距環(huán)境時(shí)，增加更快，并且隨距離增大而減小。在農(nóng)村和高速公路上的情況研究比較少。雖然這些環(huán)境下相關(guān)系數(shù)一般仍小于，但使用極化分集天線時(shí)仍要注意考慮環(huán)境帶來的交叉極化識(shí)別。北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣殉設(shè)計(jì)與研究極化在分集中的應(yīng)用包括：垂直極化空間分集、水平極化空間分集、雙極化或者多重極化分集。垂直極化或者水平極化空間分集要求收發(fā)兩端天線均具有相同的極化方式，周圍散射體去極化能力弱，以便到接收端時(shí)依然保持發(fā)射端天線的極化方式。而雙極化或者多重極化則適合于去極化能力強(qiáng)的室內(nèi)或者市區(qū)環(huán)境中。雙極化分集接收種類包括度或

39、度交叉極化分集。雙極化傳輸具有可比擬的分支功率電平，較小的交叉相關(guān)性，可實(shí)現(xiàn)很好的分集。在手機(jī)里天線的安裝很可能是隨意的，可能與垂直方向傾斜，使得發(fā)射功率接近垂直和水平極化等功率分配。這將有利于極化分集。在手機(jī)里兩種雙極化分集方式都經(jīng)常使用。如果在這種情況下使用空間分集，則會(huì)由于天線的不垂直方位使分集性能下降。度交叉極化分集與度交叉極化分集方式相比，容易存在各分支功率不平衡，故可提供分集增益，度交叉極化分集方式則易受相關(guān)性的影響，但可提供分集增益。對(duì)于度交叉極化分集天線陣，除考慮到達(dá)角分布外，垂直和水平增益方囪圖也應(yīng)考慮來準(zhǔn)確決定包絡(luò)相關(guān)系數(shù)。三種分集方式關(guān)系從分集系統(tǒng)性能衡量指標(biāo)來看，極化分

40、集對(duì)支路相關(guān)性不敏感，對(duì)不等功率支路敏感?？臻g分集對(duì)支路相關(guān)性敏感，對(duì)不等功率支路不敏感。方向圖分集對(duì)兩者均敏感。在一般情況下，極化分集，方向圖分集性能都要差于空間分集?？臻g分集要優(yōu)于度交叉極化分集，度交叉極化分集優(yōu)于度交叉極化分集。當(dāng)反射表面數(shù)目很小，一種極化平面占統(tǒng)治地位，使用空間分集能提供最好的性能。當(dāng)路徑有障礙時(shí)，極化可以極大地減小多徑延遲擴(kuò)展。極化分集適用于城市地區(qū)。在農(nóng)村，極化分集性能較差。具體而言，雙極化系統(tǒng)分集增益與空間分集方式相比小，但這個(gè)結(jié)果取決于環(huán)境和發(fā)射天線的傾斜角。在城鎮(zhèn)度交叉極化分集增益要比水平垂直雙極化大。在郊區(qū)，度交叉極化分集與空間分集分集增益問的差別可以忽略不

41、計(jì)。在城鎮(zhèn)和農(nóng)村水平垂直雙極化分集系統(tǒng)的兩分支電平有較大的差別，特別是當(dāng)發(fā)射天線是垂直放置的時(shí)候。而度交叉極化分集系統(tǒng)兩分支的電平很接近。對(duì)極化分集系統(tǒng)而言，一旦天線的數(shù)目超過了極化種類的數(shù)目，則單純采用極化分集是不夠的，還需要使用空間分集。對(duì)方向圖分集也是如此。故當(dāng)前更多的是采用空間分集、極化分集、方向圖分集的聯(lián)合。如果同時(shí)使用了極化分集和方向圖北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究分集，可能極化分集引起的分集增益比方向圖分集引起的增益要大得多。本章小結(jié)總之，信道以天線結(jié)構(gòu)和傳播環(huán)境為特征。天線結(jié)構(gòu)是天線相關(guān)性效應(yīng)的原因之一。天線相關(guān)性的減小可以通過增加天線間的距離和采用多種極

42、化方式實(shí)現(xiàn)。針對(duì)不同的傳播環(huán)境可采取不同的分集方式，或者多種分集方式的結(jié)合，傳播環(huán)境涉及到空間散射、空間玄相關(guān)、去極化。分集性能可用各項(xiàng)參數(shù)去衡量，當(dāng)相關(guān)系數(shù)越?。ㄖ辽僖韵拢种Чβ时仍节呌?，系統(tǒng)的分集增益才會(huì)越大，進(jìn)而才能使容量越大，不同的分集方式對(duì)各個(gè)性能衡量指標(biāo)的敏感度不一致。分集天線的設(shè)計(jì)要考慮到天線的應(yīng)用場(chǎng)合。北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究第三章系統(tǒng)多天線設(shè)計(jì)思路天線作為無線通信系統(tǒng)中的接收和發(fā)射裝置，其電氣性能及陣列配置是影響系統(tǒng)性能的重要因素。目前，對(duì)技術(shù)的研究已進(jìn)入一個(gè)相對(duì)成熟的階段。但迄今為止，技術(shù)在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中還很少進(jìn)行商業(yè)實(shí)現(xiàn)，在中的應(yīng)用也受

43、到一些因素的限制。一個(gè)重要的因素就是天線問題。在系統(tǒng)中，天線數(shù)目和間距是影響系統(tǒng)參數(shù)的重要因素?；径讼鄬?duì)較大的空間可輕易滿足系統(tǒng)要求的低空間相關(guān)性，但如何在手機(jī)等移動(dòng)終端上放置兩副或以上的天線則要對(duì)天線進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。有兩種思路，采用小型化天線，盡量減少天線尺寸，這依賴于天線單元的合理設(shè)計(jì)或者從天線陣列角度考慮，可將多副天線的功能集中到一副天線上，具有這種潛力的天線有多模式天線、多極化天線、多端口天線，也可從優(yōu)化天線陣列的排列方式等多種角度來考慮。本章首先介紹系統(tǒng)天線設(shè)計(jì)的要求和特點(diǎn)，然后介紹當(dāng)前典型的新型系統(tǒng)天線單元和天線系統(tǒng)，以便對(duì)天線設(shè)計(jì)有更深入的理解與應(yīng)用。最后歸納出多天線的設(shè)計(jì)思想

44、與技術(shù)途徑。系統(tǒng)天線設(shè)計(jì)的要求和特點(diǎn)結(jié)合第三章的分集系統(tǒng)性能衡量指標(biāo)，系統(tǒng)對(duì)天線設(shè)計(jì)的基本要求可歸納如下【硎：）充分利用天線分集技術(shù)，保持達(dá)波信號(hào)的相對(duì)獨(dú)立性，減小互耦，降低天線自身引入的相關(guān)性，或激發(fā)更多的獨(dú)立傳播路徑，充分利用空間維度，空間分集結(jié)合角度分集與極化分集。）加寬天線單元波瓣，增大天線單元的波束寬度，以盡可能接收方位向的散射達(dá)波，或激發(fā)豐富的傳播多徑，有效利用空間資源。）保證天線單元的增益，改善系統(tǒng)的信噪比與抗干擾性能。）增大多天線單元間的隔離（極化隔離與端口隔離），降低天線自身引入的相關(guān)性。因此，系統(tǒng)對(duì)天線設(shè)計(jì)的基本要求可概括為低相關(guān)、多分集、寬波瓣、合理增益與高隔離。實(shí)際因素比如天線的阻抗匹配、單元方向圖、極化特性、單元間距、陣列布局與單元間的互耦、成本、天線是否易加工、是否具有低輪廓、小體北京郵電丈學(xué)碩十學(xué)位論文系統(tǒng)天線單元及陣列設(shè)計(jì)與研究積、輕質(zhì)量的特點(diǎn)都是要考慮的。天線單元研究符合要求的天線單元具有重要意義。通信設(shè)備的小型化以及使用需求要求天線也相應(yīng)的小型化，在很多應(yīng)用場(chǎng)合還要求共