mimo系統(tǒng)的移動(dòng)終端單元天線設(shè)計(jì)

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1、電子科技人學(xué)碩十學(xué)位論文廠]V肚{喜可差{霍l?！。辱一l寥圖1-1N只發(fā)射M只接收天線的M[MO系統(tǒng)在MIMO系統(tǒng)中收發(fā)天線之間形成MxN信道矩陣H，在某一時(shí)刻t，信道矩陣為：日(f)=JIIIIh12h2Ih22h^fIh

2、

3、If2其中元素h。是第f個(gè)接收天線與第．，個(gè)發(fā)射天線間的增益。對于信道矩陣參數(shù)是相互獨(dú)立的MIMO信道，假設(shè)發(fā)送端不知道信道信息，總的發(fā)送功率平均分配到發(fā)送天線上，則容量公式為【1-3】：歸l092Idet(IM+曇刪H)IOsit／s／Hz)(1-2)當(dāng)發(fā)收天線的數(shù)目較多時(shí)，這時(shí)可以得到容量的近似表達(dá)式：c=min(M，忉·l0920+p)(bit／s

4、／Hz)(卜3)上式中C為仙農(nóng)容量，p是接收天線的信噪比，上標(biāo)H表示復(fù)共軛。從式(1．3)可以看出，信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增大。也就是說利用MIMO信道可以成倍地提高無線信道容量，即在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下頻譜利用率可以成倍地提高。MIMO技術(shù)實(shí)質(zhì)是為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益和天線分集增益。空間復(fù)用技術(shù)可以大大提高信道容量，而天線分集則可以提高信道的可靠性，降低信道誤碼率，提升通信質(zhì)量。研究證明，MIMO技術(shù)非常適用于城市內(nèi)復(fù)雜無線信號(hào)傳播環(huán)境下的無線寬帶通信系統(tǒng)使用，在室內(nèi)傳播環(huán)境下的頻譜效率可以達(dá)到20．40bit／s／Hz；而使用傳Ⅳ‰‰；‰一～；～第一章引言統(tǒng)

5、無線通信技術(shù)在移動(dòng)蜂窩中的頻譜效率僅為1-5bit／s／Hz，在點(diǎn)到點(diǎn)的固定微波系統(tǒng)中也只有10-12bit／s／Hzt4J。MIMO技術(shù)作為提高數(shù)據(jù)傳輸速率的重要手段得到人們越來越多的關(guān)注，被認(rèn)為是新一代無線通信技術(shù)的革命。1．2MIMO系統(tǒng)中多天線的設(shè)計(jì)要求發(fā)射與接收多天線系統(tǒng)是MIMO無線系統(tǒng)的重要組成部分，其性能直接影響MIMO信道的性能。對于圖1．1所示的MIMO系統(tǒng)，在信道傳輸矩陣的參數(shù)相互獨(dú)立的條件下系統(tǒng)容量與天線數(shù)量成線性關(guān)系，那么當(dāng)參數(shù)不是完全相互獨(dú)立時(shí)，系統(tǒng)的容量將受到影響，即各天線單元接收的信號(hào)的獨(dú)立程度(相關(guān)系數(shù))將嚴(yán)重影響MIMO系統(tǒng)的性能is]。各天線單元

6、接收的信號(hào)的獨(dú)立程度與信號(hào)載波的散射傳播特性和多天線特性密切相關(guān)。所以MIMO無線系統(tǒng)的高性能除了依賴于多徑傳播的豐富程度外，還依賴于多天線的合理設(shè)計(jì)，多天線的設(shè)計(jì)是MIMO系統(tǒng)的重難點(diǎn)之一。如前面所述MIMO技術(shù)本質(zhì)是空間復(fù)用和天線分集的結(jié)合，空間復(fù)用和天線分集要求信號(hào)要具有低的相關(guān)系數(shù)。信號(hào)的相關(guān)系數(shù)不僅與多徑的豐富程度有關(guān)，同時(shí)也要受多天線特性的影響。根據(jù)MIMO技術(shù)的特點(diǎn)可以歸納多天線設(shè)計(jì)的基I．本要求如下：1．要能充分利用多天線系統(tǒng)所處的空間、角度和極化等資源來降低多天線間信號(hào)的相關(guān)性，所以需要根據(jù)MIMO系統(tǒng)采用的分集技術(shù)來設(shè)計(jì)滿足各種分集要求的天線。2．提高天線的增益，

7、改善系統(tǒng)的信噪比和抗干擾的能力。3．天線小型化。尤其是在移動(dòng)終端的應(yīng)用，低輪廓，輕重量，小體積是最基本的要求。4．天線的寬帶化。天線小型化后往往要導(dǎo)致其阻抗帶寬的降低，為了滿足無線通信頻段的要求，在小型化的技術(shù)上需要將天線寬帶化。5．天線間要具有大的隔離度，以降低天線互偶引入信號(hào)的相關(guān)系數(shù)，在天線的布陣中要充分考慮好天線的位置和狀態(tài)，以滿足高隔離度的要求。1．3?M0天線的設(shè)計(jì)狀況就目前所收集的資料來看，對于MIMO多天線的設(shè)計(jì)，國外很多研究人員對。3電子科技入學(xué)碩十學(xué)位論文此作出了大量的研究，也提出了不少成功的模型。近年國內(nèi)學(xué)者對于MIMO多天線的設(shè)計(jì)進(jìn)行了很多研究，發(fā)表了一批關(guān)于

8、多天線設(shè)計(jì)的優(yōu)秀畢業(yè)論文?01，提出了一些創(chuàng)意性的天線設(shè)計(jì)。針對天線的寬頻段技術(shù)，有人提出了一種寬帶振子天線，該天線隨著離饋電點(diǎn)的距離的增加，振子的直徑相應(yīng)的加粗，即展開成結(jié)構(gòu)漸變的螺旋的對稱雙錐天線，使振子沿線各點(diǎn)的特性阻抗處處相等?】。Agrawa11NP和KumarG提出了一種balun結(jié)構(gòu)的平面天線，該天線可以克服平面天線的帶寬窄的缺點(diǎn)，具有良好的全向性，具有與偶極子天線相同的方向圖即在H面方向?yàn)闇?zhǔn)全向方向圖，實(shí)現(xiàn)駐波比小于2的相對帶寬為40％的帶寬內(nèi)【I21。針對于定向性天線單元，有人提出一種帶有balun結(jié)構(gòu)的印刷偶極子天線，該種天線具有單向輻射特性，該天線的E面和H面半

9、功率波瓣寬度分別為56。和105。。也有人提出一種帶有v型地面反射結(jié)構(gòu)的用balun結(jié)構(gòu)饋電的印刷偶極子天線，該天線比普通的印刷偶極子天線具有更寬的工作頻帶和更強(qiáng)的方向性，其阻抗帶寬超過了330MHz，增益提高約2dB，后向輻射抑制比超過7dB，方向圖在整個(gè)工作頻帶內(nèi)也保持了很好的一致性[I31。針對分集天線，有文獻(xiàn)提出了一種移動(dòng)臺(tái)適用的平而型緊湊極化分集天線，該天線由兩個(gè)十字交叉的微帶分支提供極化分集，每一分支都有單獨(dú)饋電系統(tǒng)．并，荔荔l-，mr丌j量露