Page 265 - 应用声学2019年第4期

第 38 卷 第 4 期 朴大志： 多极化 MIMO 信道特性与天线设计 725

E/(VSm -1 )
⊲T 3
⊲T 3
⊲T 3
⊲T 3
⊲T 3
Port 1 Port 1 ⊲T 2
Port 3 Port 1 ⊲T 2
⊲T 2
⊲T 2
Port 3 Port 2 Port 3 ⊲T 2
Port 2 z ⊲T 1
⊲T 1
z ⊲T 1
Port 2 x x ⊲T 1
y
2 y ⊲T 1
(a) ቫ԰1 (b) ቫ԰ 2 (c) ቫ԰3
图 5 3 极化天线的 3 个端口分别激励时所对应的电场分布 (工作于 3.5 GHz)
Fig. 5 Electric field distribution of the tri-polarized antenna with three ports excited individually
(operating at 3.5 GHz)
loop, TPL) 在现实的通信环境下与共点正交的 3 极
3 多极化MIMO信道特性测量实验
化电偶极子天线 (Tri-polarized dipole, TPD) 类似，

一个多极 MIMO 系统的信道特性与天线的辐 也可以获得3个独立的并行子信道。
射特性和其传播环境的散射特性都有密切关系，任 ဗܹጳ
何信道建模理论的结果都需要一些实验来验证。人
们也利用一些多极化天线进行了 MIMO 信道测量
实验 [25,40,42−45] 。这些实验多在室内或可控的多径
丰富的实验室中进行，证明了在散射丰富的环境下， ႃϦౝߕ
共点正交的 3极化和 4极化MIMO 系统可以获得的 ႃϦౝߕ
信道容量接近单极化系统的 3 ∼ 4 倍。下面选择一
(a) 3ౝӑܹጳ
些有代表性的实验简要介绍。
ဗܹጳ
文献 [40] 利用所设计的工作于 2.25GHz、由 ႃϦౝߕ
两个电偶极子与一个环天线组成的 3 极化天线
(图 6(a)) 和由 3 个电偶极子与一个环天线组成的 4 ႃϦౝߕ
极化天线 (图 6(b))，在实验室内散射体数目可控的
丰富散射环境下，进行了信道特性测量实验。所得 ႃϦౝߕ
到的平均互信息和 10% 中断信道容量在图 6(c) 中
(b) 4ౝӑܹጳ
给出。图 6(c) 中可见，当信噪比为 15 dB 时，4 极化 25
SAC 4×4
天线的平均互信息约为 3 极化天线的 1.5 倍，但都 Avg 4×4
略低于具有IID Rayleigh分布的相应的空间阵容量 10% outage 4×4
SAC 3×3
15
(Spatial array capacity)。 ̉ηৌ/(bpsSHz -1 ) 20 Avg 3×3
10% outage 3×3
文献 [49] 对图 3 所示的工作于 2.4 GHz 的共点 10
正交、低耦合的 3 极化环天线和 3 极化电偶极子天 5
线的 MIMO 信道特性进行了测量和比较，实验在
无损混波室、有损混波室、走廊和办公室这四种环 0 0 5 10 15 20
η٪උ/dB
境下进行。从实验结果中发现，在这四种多径分
(c) ࣱک̉ηৌ֗10%˗லη᥋ࠔ᧚ˁη٪උᄊТጇ
布明显不同的环境下，对应以上两种 3 极化天线的
图 6 3 极化和 4 极化天线 MIMO 信道互信息测量
MIMO 信道都可以获得 3 个非零特征值，如图 7 所
结果比较
示，其信道矩阵的条件数都具有很相似的、接近 IID
Fig. 6 Comparison of measured channel capac-
Rayleigh 信道的概率密度特性。通过此项研究，证 ity composed of tri-polarized and quad-polarized
明了利用共点正交的 3 极化环天线 (Tri-polarized MIMO antenna