MIMO天线技术发展现状

1、MIMO天线技术发展现状近几十年来,无线移动通们和无线局域网已成为如今通佶领域发展赧迅速和最具活力的分支领域之一*为人'jAXfnJ的交流提供了巨大的方便，因而必将成为21世纪最具影响人类生活与社会发展的技术领域之一*伴88着多媒休与互联网等新兴业务的广泛发展*人们时无线移动通信提岀了更高的要求与标准.航最初的仅支持语音通话及简单数据传输到现在的支持视频通话、网页浏览及各种名媒体业务等*无线移动逋信的内容发主了巨丈的变化，这对无线移动通信技术提出了巨大的挑战。无线移动通信的最终发展目标是：无论任何人在任何时候及任何地方打任何人都能翦进柑任何类型的高质屋的无线移动通f生发展到现在，无线移

2、动通伯系统经血丫烛如下三代第一代被称为横拟通信系统.只能提供模拉话音业务*如今早已退出了历史算台建第二代移动通倍系统(2G)是抬冃前己得到广泛炖用的数字姝窝通信系统主翌也括美国的IS-54136.欣洲的GSM系统和门本的卩DC泵统它们通过采用数字化话音和频分參址接入方式*九幅度的提高了系统的用户数量。但由于受到最高数据传输速率的限制*第二代移动通信系统仍不能满足用户对务媒体等新兴业务的需要；第二代移动通信系统(3G)主姿包扌舌中国的TD-SCDMA.北美的CDMA2000及欧洲的WCDMA方案。在无线蜂窝网络中，它们都能够提供丰富的互联网及多媒体业务.尽辻如此*3G移型通信索统提供的业务能力和

3、人们的期望还是有着相当大的差距.人们希玺即到更快速，的通信服务.而且.第上代移动通倍系统不能够实现幹种无线崗域网及卫址网络等之间的无缝漫游为了得到更高的数据仏愉速率"前代无线通借系统中加人化的利川频仪时闾及编码技术+使得无线通信系统的信道容吊遢近极限状态.在极托冇限的频谱资源崎塑杂的电磴坏境中哽想进一步提高无线系统的容吊，则只能充分挖掘卞域资涌了"披广泛看成为第四代移动通信蔡统(4G)出现前过渡阶段的微波互联接入(WiMAX)和长期演进(LTE)均以MIMO和OFDM为主要技术基础.它们都是为了满足大容量及高传输速率而开发的移动通信标准。所谓的彩输入多输出(Multiple

4、InpuiandMultipleOutput)系统是指同时在尤线样动通信系统的发射与接收两端便用多个发射和接收天线而不是由单发射尺线和单接收尺线组成传统意义匕的单输入单输出(SingleinputandSingleOutput）系统【S1SO系统已经充分利用了时间、频率及各种编码技术使得无线移动通信系统的信道容量达到了Shannon信道公式的极限理论值，频谱效率很难得到进一步的提iS.MIMO系统可以在不占用额外频谱带宽及不増加发射功率的前提卞，最大化的利用空间无线传播环境中不相关的子信道來传输不同的信息流。这将使得无线系统的信道容量得到成倍的增长，进而提高了无线通信系统的信息传输速率.与传统

5、观点认为在无线空间环境中存在不利的多径传播现象相反，MIMO技术则充分利用了多径效应。在提高数据传输速率方面，MIMO技术可以获得复用增益:在提高系统性能方面,MIMO技术可以获得分集增益。MIMO技术是应用802.1In中的一项核心技术。它不仅可以提升现有的802.11a/b/g网络性能，而且还对以使数据传输速率达到1OOMbit/s,实现真正意义上的高速率数据传输。在无线通信系统中，天线作为导行电磁波与自由空间电磁波之间和互转换的换能器，其性能将直接关系到整个无线通信系统的效率和质鼠。对于在M1MO系统中使用的多天线而言，其要求则更加苛刻。除了要满足单天线的一些性能指标外，还要求MIMO系

6、统中的多天线Z何婆具有较低的相关性。当两天线Z间的距离在半波长以上时，天线之间的电磁耦介很小，几乎可以忽略不计。设计此类MIMO天线相对容易。然而，由于移动终端体枳的限制，两天线之间的距离将远小于其工作时所对应的半波长，因此将会发生强电磁耦合现彖其造成的结果是使天线的效率人末降低，从一个端丨I馈入的电磁能量不是在空何辐射出去，而是在其他端口泄漏出來。因此，要求多天线各端口之间要有很高的隔离度；此外，强电磁耦合还将改变天线辐射单元匕的表面电流分布进而影响天线的辐射方向图，最终将影响多天线Z间的相关性。通常移动终端一般具右多项无线通信业务，这将使得所采用的MIMO天线应具有宽频带或赛频带等特性。与

7、设计甲天线不同的是，MIMO天线之间电磁耦合的存在将使得各个谐振频点之间互相影响，这对设计宽频或多频M1MO天线也提出了巨大的挑战总之，如何在M1MO天线之间有效去耦是一项关键性技术。随着移动终端尺寸的逐渐变小与业务的逐渐增多，在设计宽频或多频MIMO天线时将会变得更加困难。M1MO天线的应用场合对分为基站与移动终端两种诸况。由尸基站对天线尺寸的限制婆求不高，设计基站M1MO天线的难度也降低了许多。到目前为止,已经有专家成功设计岀了具启24端丨1、36端门甚至48端I1M1MO天线的设计实例0"。这些天线一般被放置在立方体的表面、棱边及八个顶角上。为了得到最佳的低互耦效果,这些天线的

8、放置标准是:相邻的面上的天线都垂直放置,相对面上的天线之间有着最大的物理间距。图ll(a)、(b)及(c)分别给出了这些适用J从站的八仃24端II.36r；丨I及4X?；-；IIMIMO的绍构模世图。图1-1适用刊6站的MIMO天线的结构模VI、(a)24端口：(b)36端口：(c)48竭口在设计适用于移动终端MIMO天线时，惰况则完全不同。移动终端内部的天线木多采用四分之一波长谐振的工作模式，如各种槽天线、单极子天线及平面倒F天线等形式。为了减小天线的尺寸,可以把天线的辐射单兀设计成各种弯曲的形状或者在地平面上设计出各种槽缝；与此同时，为了设计具有宽频或者藝频特性的天线，叮以采取在辐射单尤或者地平面的柑应位豐挖出各种不同形状槽缝的方法来实现闵。但若使两天线之间距离减小到适用于移动终端体枳的范围内，强电磁耦合效应也随之而来。目前适用于移动终端MIMO天线一般设计成由两个天线组成的MIMO尺线的形式.很少仃赛F四个的怙况|X-HL沾华人学的王斌等人设计出了一款适用于翻盖手机的四单元MIMO天线QI,如图12所示。这四单元MIMO天线分别印制在两块大小完全相同的介质基板1