高效能WCDMA天线有效优化CapEx、OpEx

1  Diversity分集增益的重要性

在实际的移动通信中，除了愈高频空间传播的损耗愈大外，再加上多径衰落（Mul t ipathFading）、阴影衰落（Shadow  Fading）等等的衰落效应，而且当信号受到高大建筑物（例如移动台移动到背离基站的大楼面前）或地形起伏等的阻挡，接收到的信号幅度将降低。另外，气 象条件等的变化也影响信号的传播，使接收到的信号幅度和相位发生变化。这些都是移动信道独有的特性，它给移动通信带来不利的影响。

如果想利用加大发射功率或高度等方法来克服这种深衰落是不现实的，而且会造成对其他基站的干 扰，而采用分集方法即在若干个支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号，然后通过合并技术再将各个支路信号合并输出，那么便可在接收终端上大大降 低深衰落的概率。相应地，还需要采用分集接收技术减轻衰落的影响，以获得上行链路分集增益，提高接收灵敏度，在GSM和WCDMA网络中，这些分集接收技 术都已得到了广泛应用。

另外，手机用户要求愈来愈多的功能，同时还要求支持更长的使用时间，新款手机的发射功率控制得更严格，手机天线更细小，出现上下行链路不对称、上行链路较弱而下行链路较强的问题，所以出现基站天线的分集技术以提升上行链路的增益。

2 空间分集天线系统

空间略有变动就可能出现较大的场强变化。当使用两个接收信道时，它们受到的衰落影响是不相关的，且二者在同一时刻经受深衰落谷点影响的可能性也很小，因此这一设想引出利用两副接收天线的方案，独立地接收同一信号，再合并输出，衰落的程度能被大大地减小，这就是空间分集。

空间分集是利用场强随空间的随机变化实现的，空间距离越大，多径传播的差异就越大，所接收场强的相关性就越小，分集效果就越好。这里所提的相关性是个统计术语，表明信号间相似的程度，因此必须确定必要的空间距离。

空间分集接收是在空间不同位置上设置几副天线，同时接收一个发射天线的微波信号，然后合成或选 择其中一个强信号，这种方式称为空间分集接收。在移动通信系统中，空间分集要求的天线间的距离一般为12～15个波长，以保证接收天线输出信号的衰落特性 是相互独立的。也就是说，当某一副接收天线的输出信号很低时，其他接收天线的输出则不一定在同一时刻也出现幅度低的现象，经相应的合并电路从中选出信号幅 度较大、信噪比最佳的一路，得到一个总的接收天线输出信号。这样就降低信道衰落的影响，改善传输的可靠性。空间分集接收的优点是分集增益高，缺点是还需另 外单独的接收天线及大空间的安装位置，这些在现代化城市中很难满足。

3 矢向分集双极化天线的出现

为了克服空间分集这些缺点，近年来又生产出定向双极化天线。两个在同一地点、极化方向相互正交 的天线发出的信号呈现出互不相关衰落特性。利用这一特点，在发射端同一地点装上垂直极化和水平极化两副发射天线，在接收端同一地点装上±4 5°交叉极化两副接收天线，就可以得到两路衰落特性互不相关的极化分量E x和E y。所谓定向双极化天线就是把±4 5°交叉极化两副接收天线集成到一个物理实体中，通过极化分集接收来达到空间分集接收的效果，所以极化分集实际上是空间分集的特殊情况。这种方法的优点是 它只需一根天线，结构紧凑，节省空间，缺点是它的分集接收效果低于空间分集接收天线。

分集增益依赖于天线间不相关特性的好坏，通过在水平或垂直方向上天线位置间的分离来实现空间分 集。空间上的位置分离保证两面接收天线分别接收不同路径来的微波信号，同时也使两面天线间满足一定隔离度的要求。若采用交叉极化天线，同样需要满足这种隔 离度要求。对于极化分集的双极化天线来说，天线中两个交叉极化辐射源的正交性是决定微波信号上行链路分集增益的主要因素。该分集增益依赖于双极化天线中两 个交叉极化辐射源是否在相同的覆盖区域内提供了相同的信号场强。两个交叉极化辐射源要求具有很好的正交特性，并且在整个120°扇区及切换重叠区内保持很 好的水平跟踪特性，代替空间分集天线所取得的覆盖效果。为了获得好的覆盖效果，要求天线在整个扇区范围内均具有高的交叉极化分辨率。双极化天线在整个扇区 范围内的正交特性，即两个分集接收天线端口信号的不相关性，决定了双极化天线总的分集效果。为了在双极化天线的两个分集接收端口获得较好的信号不相关特 性，两个端口之间的隔离度通常要求在30 dB以上。

4 交叉极化比

在极化分集中，两个极化振子之间不相关性在数值上的表现即为交叉极化比。该指标是作为衡量双极 化天线电气性能最重要的参数之一，充分说明双极化天线的分集效果。图1即为场型测试时源天线与被测天线其中一组振子同极化时测试出来的天线场型对比，红色 为同极化振子测试曲线，蓝色为正交振子测试曲线，两个曲线之间的差值即为该天线的交叉极化比。