MIMO天线3种技术分析

盖对数据速率的影响

在3G/4G技术中，MIMO技术理论上为数据实现高阶调制，但是在实际覆盖区内信号太强或太弱都不可能实现数据高阶调制，只有不强不弱的均匀信号才能采用数据高阶调制，从而得到数据速率的提升。

4.1 泰尔实验室实测数据［5］

泰尔实验室实测WLAN（OFDM）数据速率与场强关系见表2。

4.2 A8 Super Wi-Fi设备性能

京信公司无线传输与接入事业部提供的A8 Super Wi-Fi设备性能见表3。

实际工程为了90%无线覆盖区可接入系统，应有8dB阴影衰落储备，因此其覆盖电平对应数据速率应如表3所示。

4.3 结论

从表2和表3可看出当接收机输入电平为-82dBm时，数据速率仅为6 Mbit/s，当接收机输入电平为-65dBm时，数据速率达到54 Mbit/s，数据速率提升9倍，说明未来LTE基站边界电平应取-75dBm，而不是2G时代的-85dBm。

5 未来MIMO天线建设模式

将可能有2种天线建设模式：即2G/3G时代的宏基站天线建设模式和分布式天线建设模式。

5.1 宏基站天线建设模式

宏基站天线建设模式如图5所示，将MIMO天线放在3扇区中心的30 m高塔上。图6示出的是宏基站覆盖信号电平分布示意图。

5.2 分布式天线建设模式

图7示出的是文献［3］给出的建设模式。图7中1+6个近远端覆盖范围等于1个宏基站覆盖范围。覆盖区内采取小功率、多天线的模式进行覆盖。天线挂高不宜过高（8m左右）；室外天线口功率为15~30dBm；市区天线覆盖半径在150 m以内。

无线区域中心地理位置位于片区中心，射频拉远远端机以无线区域中心为圆心向各个方向拉远覆盖。

比较图6和图8可以发现：采用分布式天线建设模式可以得到不强不弱的信号覆盖，依据文献［3］和［5］，数据速率将提升3倍以上，因此，MIMO应采用分布式天线建设模式。采用当前3G的宏基站天线建设模式时，最大问题是覆盖区内信号电平分布极不均匀，信号功率按距离四次方衰减，覆盖区内有一半区域（信号电平为-75~-85dBm）不能提供高速率数据，此时需大量的中继拉远设备（无线或有线光纤拉远设备）来覆盖信号阴影区，才能保证95%区域信号电平达到-75dBm以上，否则会回到2G时代只能提供低速率数据。

6 当前密集城区使用智能天线问题讨论

上文提到MIMO技术有波束成型和分集，它们最大区别是前者的直列阵子相关性很强，直列阵子之间距离在0.5个波长之内。后者直列阵子相关性很差，阵子之间距离在10个波长之上称为空间分集或用交叉极化天线来达到分集效果。那么当前TD-SCDMA在密集城区使用标准的垂直极化智能天线效果如何，其实早就发现问题，实际还不如将垂直极化天线阵（8列垂直极化天线阵）换成交叉极化天线阵（4×2交叉极化天线阵）。此时智能天线作用被弱化，分集作用加强，这就是TD-SCDMA有8通道分集，其中4通道+45°与另外的4通道-45°实现交叉极化二重分集。

建议对于密集城区，每个扇区采用四重分集（4×4 MIMO天线）。

可将当前的2 W 8通道，减为10 W 4通道，用交叉极化分集和空间分集联合使用，实现4通道分集，获得增益6dB。这样取消3扇区基站共24（3×8）个塔放被， 将27（3×9）根射频馈线减为12（3×4）根，81（3×3×9）个防水接头减为12（3×4）个。对于市郊、农村地区，多径分量少，各空间信道之间的相关性较大，因此可用垂直极化6（或4）列智能天线，不建议使用交叉极化智能天线。