3MIMO系统的移动终端单元天线设计(2)

频率同时问同信道特征码的子信道趋于相互正交。ＭＩＭＯ系统框图如图卜ｌ所示：

传输信息流Ｓ（幼经过空时编码形成Ⅳ个信息子流Ｃｉ∞，ｉ＝ｌ，……，Ⅳ。这Ⅳ个信

息子流由Ⅳ个天线经相同的频率发射出去，经过多路径传播，这些并行子流以不同的路径到达接收端由Ｍ个接收天线接收，然后接受机利用空时编码对各接收信

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图１－１ｌ寥Ｎ只发射Ｍ只接收天线的Ｍ［ＭＯ系统

在ＭＩＭＯ系统中收发天线之间形成ＭｘＮ信道矩阵Ｈ，在某一时刻ｔ，信道矩

阵为：

ＪＩＩＩＩｈ１２

ｈ２２

～；ｈ＾ｆＩｈ｜｜Ｉｆ２～一Ⅳ日（ｆ）＝ｈ２ＩⅣ‰‰；‰Ⅳ

其中元素ｈ。是第ｆ个接收天线与第．，个发射天线间的增益。对于信道矩阵参数是相

互独立的ＭＩＭＯ信道，假设发送端不知道信道信息，总的发送功率平均分配到发

送天线上，则容量公式为【１－３】：

归ｌ０９２Ｉｄｅｔ（ＩＭ＋昙删Ｈ）ＩＯｓｉｔ／ｓ／Ｈｚ）（１－２）

当发收天线的数目较多时，这时可以得到容量的近似表达式：

ｃ＝ｍｉｎ（Ｍ，忉 ｌ０９２０＋ｐ）（ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ）

上式中Ｃ为仙农容量，ｐ是接收天线的信噪比，上标Ｈ表示复共轭。（卜３）

从式（１．３）可以看出，信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说利

用ＭＩＭＯ信道可以成倍地提高无线信道容量，即在不增加带宽和天线发送功率的

情况下频谱利用率可以成倍地提高。

ＭＩＭＯ技术实质是为系统提供空间复用增益和天线分集增益。空间复用技术

可以大大提高信道容量，而天线分集则可以提高信道的可靠性，降低信道误码率，

提升通信质量。

研究证明，ＭＩＭＯ技术非常适用于城市内复杂无线信号传播环境下的无线宽

带通信系统使用，在室内传播环境下的频谱效率可以达到２０．４０ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ；而使用传

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第一章引言

统无线通信技术在移动蜂窝中的频谱效率仅为１－５ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ，在点到点的固定微波系

统中也只有１０－１２ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚｔ４Ｊ。ＭＩＭＯ技术作为提高数据传输速率的重要手段得到人

们越来越多的关注，被认为是新一代无线通信技术的革命。

１．２ＭＩＭＯ系统中多天线的设计要求

发射与接收多天线系统是ＭＩＭＯ无线系统的重要组成部分，其性能直接影响

ＭＩＭＯ信道的性能。对于图１．１所示的ＭＩＭＯ系统，在信道传输矩阵的参数相互

独立的条件下系统容量与天线数量成线性关系，那么当参数不是完全相互独立时，

系统的容量将受到影响，即各天线单元接收的信号的独立程度（相关系数）将严重影

响ＭＩＭＯ系统的性能ｉｓ］。各天线单元接收的信号的独立程度与信号载波的散射传

播特性和多天线特性密切相关。所以ＭＩＭＯ无线系统的高性能除了依赖于多径传

播的丰富程度外，还依赖于多天线的合理设计，多天线的设计是ＭＩＭＯ系统的重

难点之一。

如前面所述ＭＩＭＯ技术本质是空间复用和天线分集的结合，空间复用和天线

分集要求信号要具有低的相关系数。信号的相关系数不仅与多径的丰富程度有关，

同时也要受多天线特性的影响。根据ＭＩＭＯ技术的特点可以归纳多天线设计的基Ｉ．

本要求如下：

１．要能充分利用多天线系统所处的空间、角度和极化等资源来降低多天线间

信号的相关性，所以需要根据ＭＩＭＯ系统采用的分集技术来设计满足各

种分集要求的天线。

２．提高天线的增益，改善系统的信噪比和抗干扰的能力。

３．天线小型化。尤其是在移动终端的应用，低轮廓，轻重量，小体积是最基

本的要求。

４．天线的宽带化。天线小型化后往往要导致其阻抗带宽的降低，为了满足无

线通信频段的要求，在小型化的技术上需要将天线宽带化。

５．天线间要具有大的隔离度，以降低天线互偶引入信号的相关系数，在天线

的布阵中要充分考虑好天线的位置和状态，以满足高隔离度的要求。

１．３…Ｍ０天线的设计状况

就目前所收集的资料来看，对于ＭＩＭＯ多天线的设计，国外很多研究人员对

３。

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此作出了大量的研究，也提出了不少成功的模型。近年国内学者对于ＭＩＭＯ多天线的设计进行了很多研究，发表了一批关于多天线设计的优秀毕业论文…０１，提出了一些创意性的天线设计。

针对天线的宽频段技术，有人提出了一种宽带振子天线，该天线随着离馈电点的距离的增加，振子的直径相应的加粗，即展开成结构渐变的螺旋的对称双锥天线，使振子沿线各点的特性阻抗处处相等…】。Ａｇｒａｗａ１１ＮＰ和ＫｕｍａｒＧ提出了一种ｂａｌｕｎ结构的平面天线，该天线可以克服平面天线的带宽窄的缺点，具有良好的全向性，具有与偶极子天线相同的方向图即在Ｈ面方向为准全向方向图，实现驻波比小于２的相对带宽为４０％的带宽内【Ｉ２１。针对于定向性天线单元，有人提出一种带有ｂａｌｕｎ结构的印刷偶极子天线，该种天线具有单向辐射特性，该天线的Ｅ面和Ｈ面半功率波瓣宽度分别为５６。和１０５。。也有人提出一种带有ｖ型地面反射结构的用ｂａｌｕｎ结构馈电的印刷偶极子天线，该天线比普通的印刷偶极子天线具有更宽的工作频带和更强的方向性，其阻抗带宽超过了３３０ＭＨｚ，增益提高约２ｄＢ，后向辐射抑制比超过７ｄＢ，方向图在整个工作频带内也保持了很好的一致性［Ｉ３１。

针对分集天线，有文献提出了一种移动台适用的平而型紧凑极化分集天线，该天线由两个十字交叉的微带分支提供极化分集，每一分支都有单独馈电系统．并

，荔荔ｌ－，ｍｒ丌ｊ量露

Ｂｍｍ灞萎藿一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一…一一一一ｉ：戮ｉ盆■％×’恭。弼。

图Ｉ－３Ｙ＿●▲▲ｆｂ｝ＳｈｏｒｔＤ…ｋ，ｆ…“图１－２双叩刷倒Ｆ大线四臂螺旋天线

在分支上蚀刻有一个细槽以提高两个端口的隔离度，通过电容加载大大缩短了分支长度，天线．１０ｄＢ的相对带宽为５％，端口的隔离度大于２０ｄＢｔｌ４】。

针对ＭＩＭＯ天线，Ｍ．Ｋａｒａｂｏｉｋｉｓ给出了一种双印刷倒Ｆ天线应用到笔记本电脑的ＭＩＭＯ通信中结构如图１．２所示【１５Ｉ。Ｗａｌｄｓｃｈｍｉｄｔ．Ｃ给出了一种新型的宽带四臂盘旋天线，如图１．３所示，通过不同的馈电可在同一付天线上激发四种模式，结合了方向图和极化分集，可应用于ＭＩＭＯ通信，但其半径达到Ｏ．６７ｋ。，只能应用到在移动ＰＣ等较大体积的终端中［№】。有文献提出用四个印刷偶极子或印刷倒Ｆ天线来实现ＭＩＭＯ通信，但为增加隔离，地板达到了ｏ．７ｋＤ木ｏ．３６８ｋｒＪ【１７】。ｓ．Ｂ．Ｙｅａｐ４

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第一章引言

中提出了～种付型于就介质上的折叠偶极子天线，如图１．４所示，并用该天下进行布阵应用与ＭＩＭＯ系统，该天线应用频率为５．２ＧＨｚ，其．１０ｄＢ带宽为２５０ＭＨｚｔｌ８】。Ｈｏｎｍａ，Ｎ．在文献中提出了一种由倒Ｆ型天线与Ｈ型天线以及相互垂直的两个槽天

图１４折叠偶极子

线组合在一起的低剖面的三端口 …… 此处隐藏：2343字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……