極化分集

極化分集就是用兩個正交的極化方式分別傳遞兩種信號，這樣可以節省頻帶資源。

基本介紹

• 中文名：極化分集
• 外文名：polarity diversity
• 方式：垂直極化和水平極化
• 分類：線極化和是圓極化
• 目的：節省頻帶資源
• 學科：通信

極化

定義1：空間經濟得到的點激勵，它使得空間局部範圍具葩嵌的活化性質。

定義2：電極上有電流通過時，電極電勢偏離其平衡值的現象。

定義3：空間一固定點由電場強度矢量或任何規定的場矢量的方向所確定的正弦電磁波或場矢量的特性。。

分類

衛星電視廣播信號的極化方式有兩類：一種是線極化，一種是圓極化。

其中線上極化方式下又分為水平極化和垂直極化；在圓極化方式下又分左旋圓極化和右旋圓極化。

極化方式

極化方式(Polarization）: V垂直極化；H水平極化。

即電磁場的振動方向，衛星向地面發射信號時，所採用的無線電波的振動方向可以有多種方式，目前所使用的有：水平極化（H）和垂直極化（V）。

水平極化（H）：水平極化是指衛星向地面發射信號時，其無線電波的振動方向是水平方向。例如：我們拿一條繩子左右抖動，產生的波是左右波動。

垂直極化（V）：垂直極化是指衛星向地面發射信號時，其無線電波的振動方向是垂直方向。例如：我們拿一條繩子上下抖動，產生的波是上下波動。

垂直極化和水平極化的接收，是改變饋源的矩形（長方形）波導口方向來確定接收的是垂直極化或水平極化。當矩形波導口的長邊平行於地面時接收的是垂直極化， 垂直於地面時接收的是水平極化。極化方向（極化角）又因地而異有所偏差。因為地球是個球體，而衛星信號的下行波束卻是水平直線傳播，這就造成不同方位角所 收的同一極化信號有所不同，所以地理位置不同，所接收的信號極化方向也有所偏差。

分集

定義：由兩個或更多部件或媒體組成時所涉及的性質。

介紹

分集技術

分集技術是通信中的一種用相對較低廉的投資就可以大幅度地改進無線鏈路性能的強有力的接收技術。與均衡不同，分集技術不需要訓練碼，從而節省了開銷。分集技術通過查找和利用自然界無線傳播環境中獨立或者至少是高度不相關的多徑信號來實現。在實際套用中，分集的各個方面的參數都由接收機決定，發射機並不知曉分集的情況。分集的概念可以簡單地解釋如下：如果一條無線傳播路徑中的信號經歷了深度衰落，而另外一條相對獨立的路徑中可能仍包含著較強的信號，從而可以在多徑信號中選擇兩個或者兩個以上的信號。分集的好處是它對於接收端的瞬時信噪比和平均信噪比都有提高，通常可以提高20～30 dB。

分集方式

空間分集，又被稱為天線分集，是無線通信中使用最多的分集形式，它既可以用於移動台，也可以用於基站，或者同時套用於兩者。空間分集基於這樣一個事實：在移動台端，如果天線間的相隔距離等於或者大於半個波長，或者在基站端分集天線間的相隔距離大於一定值(通常是幾十個波長)，那么不同的分集天線上收到的信號包絡將基本上是不相關的。空間分集按接收方法可以分為4類：反饋或掃描分集、選擇分集、等增益分集及最大比率合併，分集增益依次增加。

極化分集基於水平極化和垂直極化路徑不相關這一特性。在傳輸信道的反射過程中，不同極化方向的反射係數不同，這使得信號的幅度和相位的變化產生差異，在經過足夠多次的反射後，不同極化方向上的信號就變成相互獨立或者接近相互獨立。 頻率分集是在多個載頻上傳送信號，它基於在信道相干頻寬之外的頻率上不會出現相同的衰落的原理，理論上，不相關信道產生同樣衰落的機率是各自產生的衰落機率的乘積。

頻率分集的缺點是不僅需要備用頻寬，而且需要有和頻率分集中採用的頻道數相等的若干個接收機，所以一般套用在特殊業務中。 時間分集是指以超過信道相干時間的時間間隔重複傳送信號，以便讓再次收到的信號具有獨立的衰落環境，從而產生分集效果。

分集的必要性

如果不採用分集技術，在噪聲受限條件下，發射機必須提高發射功率，才能保證信道情況較差時，鏈路能夠正常連線。在移動無線環境中，由於手持終端的電池容量非常有限，所以反向鏈路中所能獲得的發射功率也非常有限。採用分集技術可以降低發射功率，這在移動通信中非常重要。蜂窩網路系統的容量大多數情況下都會受到干擾限制，因此通過採用分集技術對抗信道衰落就意味著：分集技術可以減小載波干擾比（C/I, Carrier-to-Interference Ratio）的可變性，反過來就是 C/I 的容限較低，這樣就可以提高復用係數進而提高系統容量。

國內極化分集技術發展概況

我國在極化分集方面的研究起步比較晚，而主要是將極化套用在雷達技術方面。2006 年，西安電子科技大學的石小衛，黃丘林等人給出了 MIMO 系統採用極化分集時的信道模型，對接收信號空間相關性和信道容量進行了研究，並對其隨接收天線極化夾角的變化情況進行了分析。研究表明，採用極化分集技術的 MIMO 系統具有良好的非相關衰落特性，信道容量得到顯著提高。

2007 年，西安電子科技大學的徐志，劉其中等人建立了 X 型極化分集系統的互耦分析模型，綜合考慮了天線與電路兩部分互耦對系統性能的影響，給出極化分集系統信號的相關係數表達式，能夠更全面地分析互耦對 X 型極化分集系統中信號相關係數、信道平均接收功率比和系統極化分集增益的影響，分集表明系統耦合雖然會提高信號的相關性，但同時也可以降低信道平均接收功率比，從而提高系統的極化分集增益，指出交叉極化辨識度對系統相關係數和信道平均接受功率比影響顯著，而且交叉極化辨識度越大，系統極化分集增益越小。同年，他們又提出基於等效網路拓展模型，通過耦合矩陣級聯的方式建立了包含天線單元間互耦影響的 X 型極化分集系統理論分析模型，進而推導出天線單元平均接收功率以及空域相關係數的解析式，由此可以分析天線間互耦與來波平均到達角對天線單元平均接收功率及其信道容量等的影響，仿真結果表明，在以對稱振子為單元的分集系統中互耦降低了天線單元平均接收功率及其信道容量。

2007 年，武漢理工大學的童超，李平安等人結合空間分集和極化分集，對MIMO-OFDM 系統中的容量進行研究，在 IEEE 802.16d 室內多徑環境下，對使用 2 根發射天線和 2 根接收天線的 MIMO-OFDM 系統進行了深入研究。在發射端和接收端，空間分集和極化分集技術同時套用在 MIMO-OFDM 系統中。仿真結果表明，使用極化分集能偶有效地提高信道容量，而不需要增加天線的數目。

2007 年，電子科技大學伍裕江，聶在平研究了六極化元天線和三維極化偶極子天線模型的空域相關矩陣，計算了系統的信達容量和有效空間自由度。通過定義更廣義的角譜分布，指出了在六維極化的元天線模型中，平均入射角對系統性能起著關鍵的作用，而入射角譜的對稱性也是導致元天線模型中低相關性的主要原因；通過對三維正交極化的半波偶極子結合矩量法和蒙特卡羅方法計算，論證了在散射豐富條件下套用三維極化天線，可獲得近三倍單天線信道容量的增益，從而驗證了已有的測試結果；最後給出了三維正交天線的設計思路。

2008 年，此二人又提出了一種新的提高極化分集性能的預處理方法，可以在任意極化的入射場條件下保證兩分集分支的接收功率相等，並給出了相應的理論分析及其物理解釋。在典型的信道環境中，通過與兩種典型的極化分集方案的性能比較，證明了該方法的優越性。

2008 年，南京電子技術研究所的錢麗，丁家會對極化分集接收技術的研究表明，當 2 路極化信號的相位變化、幅度變化、信噪比變化時，給出了最佳信噪比合成條件以及合成後所能達到的極性性能的推導，同時給出了工程實現的方法和詳細計算仿真結果。