无线通信中的分集技术

无线通信中的分集技术

——浅析极化分集在天线中的应用

通信一班 王敏 （200800120200）

引言：在移动通信系统中，无线传播将遇到由于多径效应产生的多径衰落以及由于地形地物遮挡引起的阴影衰落，在某些特定的点，信号可能会相互抵消.在几米的范围内，信号可能会变化20~30dB.为了克服衰落，提高系统性能人们通常采用分集技术。

一、天线系统中的分集技术

分集技术就是利用两个或更多的不相关信号进行处理，不相关信号的采集可以通过空域、时域和频域三种方式实现，具体的实现方法有以下几种：

第一、空间分集。也称天线分集，就是采用多付接收天线来接收信号，然后进行合并。为保证接收信号的不相关性，这就要求天线之间的距离足够大，在理想情况下，接收天线之间的距离只要波长λ的一半就可以了。

第二、极化分集。在移动环境下，空中的水平路径和垂直路径是不相关的，因而信号也呈现不相关的衰落特性。这就可在发射和接收端各装两付天线，一个水平极化天线，一个垂直极化天线，这就可以得到两个不相关的信号。

第三、角度分集。信号在传输过程中受环境的影响，使得到达接收的信号不可能是同方向的，这样在接收端安装方向性天线就可得到不相关的信号进行合并。

第四、频率分集。频率分集是指在多于一个载频上传送信号，其原理是基于在信道相干带宽之外的频率上不会出现同样的衰落。

第五、时间分集。对于一个随机衰落的信号，若对其振幅进行顺序取样，对时间间隔大于相干时间的两个样点是互不相关的。

在实际的天线系统中，使用的分集方式主要有以下两种：

（一）空间分集：一面天线接收信号最小可以通过另一面天线接收最大信号而得到补偿.用这种方法得到的平均接收电平的增加被称为分集增益.水平间距一般在3~5米之间，它与相关系数、方位角、基站高度有关。

（二）极化分集：极化分集是采用两个相互垂直的天线进行接收.可以采用水平/垂直极化或者±45°交叉极化。采用极化分集（接收）技术，一个扇区需要一面双极化天线。

以下通过实例主要介绍极化分集在天线系统中的实际应用。

二、双极化分集天线

在移动环境下，空中的水平路径和垂直路径是不相关的，因而信号也呈现不相关的衰落特性。这就可在发射和接收端各装两付天线，一个水平极化天线，一个垂直极化天线，这就可以得到两个不相关的信号。这一技术在蜂窝移动用户激增时，在改进链路的传输效率和提高容量方面有很明显的效果。

±45°交叉极化天线，是将两面相互垂直的天线和在一个天线罩内，分别使用来实现极化分集的。

两组天线振子与地面的夹角分别为+45 °和-45 °。相互垂直的极化信号相关性最小，±45°极化分集天线比垂直/水平极化分集有更高的分集增益。

双极化天线的极化分集是利用两副天线的极化正交性来获得两个不相干的快衰落信号，从而得到高的分级增益。

不建议使用水平/垂直交叉极化方式。在反向链路上，分集增益可能由于水平分量较小而减少。+/-45度斜极化(Slant-Polarized)方式较好，在反向上，分集效果与空间分集效果一样好。

(1) 只有在双极化天线的轴线附近的有效角度内才能保证极化正交性，偏离轴线越远正交性就越差，从而分极增益就越低，所以在扇区的边沿，利用双极化天线的极化正交性来获得分集增益几乎为零，故极化分集仅适应于人口密度大、话务量、扇区小的条件下。

(2) 利用单极化天线的空间分集只要两副天线保持一定的距离在120度范围内均可获得两个相干性较差的快衰落信号，从而得到比较好的分集增益。

在移动环境下，空中的水平路径和垂直路径是不相关的，因而信号也呈现不相关的衰落特性。这一技术在蜂窝移动用户激增时，在改进链路的传输效率和提高容量方面有很明显的效果。