理论教育 如何解决MIMO阵列中的功率因素问题?

如何解决MIMO阵列中的功率因素问题?

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:参考文献[SSKV04]显示了标准化不能用于任意极化,因为对MELG上的极化效应可以忽略。应该辐射的一些功率被人类组织吸收或者由于失配而损失,因此平均有效增益减小了,用户也对一个阵列里的平均有效增益的分支有影响。产生平均有效增益间的不平衡造成了平均分支功率的差异,这种不平衡使一个阵列的MIMO性能恶化。

如何解决MIMO阵列中的功率因素问题?

正如前面章节所提到的,天线对以功率形式的效率有影响。平均有效增益、平均有效链路增益和发送功率增益是用于MIMO天线阵列的效率度量的数据。天线配置对整个接收的功率(见参考文献[SSKV04],[WaSW04])有显著的影响。

1.相互耦合和辐射效率

MIMO阵列中的天线元间的相互耦合效应对功率和容量有影响。对于只在链路的一端有一些天线的分集系统,5.3节给出了相互耦合效应的一个分析。

MIMO中相互耦合将扮演的角色仍在研究中。天线元增加(见参考文献[SvRa01])或者减少(见参考文献[WaSW04])遍历容量之间相互耦合冲突性报告中看起来一点也不冲突。这两种效应效果在原则上都是合理的。一方面,相互耦合改变了个别天线的模式。由于每个天线“见识”了周围的散射体(样式分集)的不同部分,这就创造了分集。但是这种影响似乎是很小的,除非天线间彼此距离很近。另一方面,通过接收的功率的重辐射,相互耦合可能导致可能造成减小容量的天线信号间的更高的空间相关性。然而,让我们清晰地看到:相关性不仅仅由相互耦合造成并取决于其他因子的数量。彼此间近似以及有损材料的天线,像人类的问题一样,也遭遇了减小辐射效率的问题。这是一个测量很复杂的效应,但是如果我们想要比较一个天线和单独一个天线的性能,它将变得极其重要。

处理这个问题的一个方法是所谓的“嵌入模式”(见参考文献[KiRo04]),将涉及真实的天线的全波电磁计算和一个定义好的多径环境的产物。另一种可能性是MIMO通信链路的描述,包括发射天线、传播信道和通过散射参数的接收天线,参看参考文献[WaSW04]。目前的发现指示空间相关性相比于散射效率有极小的影响。

2.对功率和容量的极化分集的影响

天线配置的一个重要方面是极化。使用双极化天线可以减少相关性,达到一个改善的容量(见参考文献[WKSW03])的目的。极化分集对相关性的影响将在5.3节中进行了讨论,并对分集技术进行更细节的讨论。功率水平通过引起容量减少的双极化来减小(见参考文献[SSKV04])。作为一个例子,后面将研究极化对2×2MIMO天线阵列的影响。

独立同分布容量(见参考文献[FoGa98])适用于零相关性的瑞利衰落信道且只用于单极化系统。正交极化后,信道矩阵可以公式为(见参考文献[ESBP02])

式中,K为莱斯因子;α是信道的相互极化;X高斯随机变量;ejϕ对应于LoS元素。

参考文献[SSKV04]显示了标准化978-7-111-35072-9-Chapter06-41.jpg不能用于任意极化,因为对MELG上的极化效应可以忽略。使用一个VH-VH极化系统作为一个双极化MIMO系统的例子。这可以均等地实现,如反向圆极化。(www.daowen.com)

理论分析给出了2×2MIMO系统的下述结果:

1)在LoS情况下(α=0,K=978-7-111-35072-9-Chapter06-42.jpg),当发射机不知道信道情况时,单极化情况的MELG比VH-BH极化情况高3dB。

2)如果发射机知道信道情况,不同的是6dB,等于系统的联合阵列增益。

3)对于高SNR(情况1下ρ>4而情况2下ρ<12)双极化情况的仙农容量比两个特征值的高。

4)在瑞利情况下(α=0,K=0)VH-VH极化的情况有更小的特征值扩展(在CDF0.1点下4dB更小的差别)。然而,单极化情况的容量显著地更高且SNR(ρ=10)较低。这是由于更好的MELG和更好的分级顺序。

根据双极化天线的信道寻呼数据(见参考文献[KSPH01],[SSVK03],[SSKV03b])给出了实验研究。使用类似于6.17的标准化,据观察单极化情况有10dB SNR的轻微更高的容量(TX不知道信道)。

这里假设了单极化情况有几乎完美的极化匹配。这对于可以在任意位置持有的手机设备不现实。当考虑手持机时,采用极化分集变得重要。由于手持机的随机方位,会导致极化不匹配,这种影响可以通过极化分集克服。

3.用户头和手的影响

采用MIMO终端的用户也对MIMO性能有影响。正如在5.2节已经对移动手机的天线性能评估做出的讨论,每个整合在一个MT中的天线受环境的强烈影响。功率传播增益通过用户的影响减小了。应该辐射的一些功率被人类组织吸收或者由于失配而损失,因此平均有效增益减小了,用户也对一个阵列里的平均有效增益的分支有影响。产生平均有效增益间的不平衡造成了平均分支功率的差异,这种不平衡使一个阵列的MIMO性能恶化。人类组织阻碍了部分输入场,因此天线的模式被破坏了。天线模式的不同造成了增加的模式和分集增益。在天线处的信号由于分集变得不相关。可以在参考文献[KoPO02],[WKSW04]找到表现用户影响的更多调查研究。

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