MIMO和分布式天线系统(DAS)技术简述

通信天线的未来：天线系统的先进应用

先进的天线系统在现代通信中起着至关重要的作用。它们确保了地对地和地对空通信系统之间的无缝连接。在不断演变的通信天线领域中，对提高性能的需求呈指数增长。通信天线的进步和可用电磁频谱的扩展为提高信号速度、增加网络容量和增强覆盖范围铺平了道路。本文将探讨诸如MIMO和分布式天线系统（DAS）等尖端技术，这些技术使得航空航天和地对地应用中的无线通信进入了现代时代。

天线系统依赖MIMO技术

过去，便携式收音机背面只有一个可伸缩的天线。如今，许多现代天线系统采用多输入多输出（MIMO）技术。MIMO利用多个天线同时在发射器和接收器处工作，以提高信号的数据吞吐量并改善其可靠性。通过空间复用技术，MIMO允许在相同频带上同时传输多个数据流。标准的MIMO通常使用2至6个发射天线和接收天线来发送和接收数据。

拥有多个天线的卫星和航空航天系统可以利用MIMO技术来提高地对空通信的数据传输速率和质量。MIMO在卫星互联网接入、视频流传输和数据密集型通信应用中尤为有用。

大规模MIMO（简称为mMIMO）显著扩展了之前一代MIMO的规模。例如，爱立信（Ericsson）推出的现代mMIMO网络天线，如AIR 6476产品，具备64个发射器和64个接收器支路。

mMIMO技术是5G网络的关键支持者。它可以在无线基站部署许多天线，增加网络容量并提供更好的覆盖范围。先进的天线软件可以控制这些大规模MIMO阵列，感知干扰，智能地形成网络分布单元并减少小区间干扰。

多路复用增加信号强度

多路复用是MIMO系统中常用的一种技术，用于通过不同的天线以相同或不同的频率传输多个独立的信息“流”。这些数据流随后由独立的天线接收，每个信号重新组合成原始信号。由于每个信号在天线之间传播时都会有自己的信道失真，接收MIMO天线必须使用先进的数字信号处理来调整各个信号流的失真，以重建原始信号。

多路复用技术，如正交振幅调制（QAM），可以增加整体信号强度并提高天线组件之间的数据传输速率。QAM可以同时通过多个天线信道传输数据，进一步增加整个天线系统可传输的总信道数。在卫星通信系统中，QAM尤其有用，例如Starlink系统，因为有限的频谱必须有效利用，以适应多个用户和高数据传输速率。

每个单独的天线在每赫兹的传输数据量是固定的。通过将单一大信号分成适合单个天线容量的较小“流”，可以通过许多较小的天线动态地传输大数据信号。QAM旨在将单一天线信号分解为多个较小的数据流。多个天线可以通过添加相同信号频率的附加信道来增加带宽，并通过波束成形增加准确性。

多路复用功能最初是为4G LTE开发的，现在在5G中起着至关重要的作用，它能够在保持天线和频谱效率的同时实现高速数据传输。

空间多样性有助于信号覆盖长距离

覆盖大范围的无线信号可能会受到衰落现象或受到障碍物或电磁干扰的影响。空间多样性编码技术可以被视为冗余的多通道通信。这些技术用于通过多个物理上分离的发射天线（即使已经进行了多路复用）发送多个相同信号的副本。

此外，多个物理上分离的接收天线接收这些复制的信号，尽管这些信号可能已经被破坏。然而，由于信号路径的不同，每个单独破坏的信号可以被合并，减少路径衰落现象的影响，恢复信号的可靠性。

考虑到航空航天应用中对长距离通信的需求，空间多样性技术有效地最小化了航空航天通信中信号衰落和干扰的影响

波束成形有效地发送信号

波束成形是一种常见于多天线应用（如MIMO和分布式天线系统）的先进天线网络优化技术，其通过将无线电信号聚焦在特定方向上，以增加无线网络的覆盖范围和容量。天线模式智能调整，使得个体电磁波在特定方向上产生正向干扰。这种策略实现了有针对性的信号放大、减少干扰以及最大程度的信号质量。

波束成形通过调整单个射频信号通过多个天线的相位和增益来实现。在MIMO应用中，每个天线可以发送不同的信号，这些信号可以合并，并且每个信号加权以及具有自己的相位，从而形成多通道波束。这种波束成形可以使用单个MIMO天线阵列向多个方向发送完全不同的信号。

波束成形在航空航天通信系统中具有非常重要的意义，特别是对于地对空通信，其中功率效率至关重要。波束成形技术使得卫星或飞机可以将其传输聚焦在特定位置，如地面站或其他飞机，以最大化信号质量并最小化干扰。

分布式天线系统平均分布信号覆盖

虽然现代的单独天线组件在增加容量方面表现出色，但单一天线系统可能在所有环境中都不适用。在信号穿透性差或存在大量干扰的大型建筑物中，分布式天线系统（DAS）可以提供必要的网络覆盖。DAS由分布在整个建筑物中的一系列天线组成，旨在协调工作，以最大化连接性并最小化浪费信号。

DAS网络的设计是为了增补网络基站（如4G和5G蜂塔），将网络延伸到单一天线无法提供可靠覆盖的建筑物内部。分布式天线系统通常支持所有主要的网络运营商，可以概念上类比于Wi-Fi信号扩展器，但适用于蜂窝网络。

DAS可以根据需要的建筑物规模而变化，从小型的10,000平方英尺的办公空间，配备2-4个蜂窝信号中继系统，到超过500,000平方英尺的高层建筑。室外的分布式天线系统可以覆盖大型人口密集地区，包括繁忙的城市街道、动物园和活动场所。在航空航天应用中，DAS系统通常用于大型飞机，以提供统一的无线覆盖和容量。

航空航天应用中的通信天线技术

先进的天线技术在地对空和地对地通信系统中扮演着关键角色。可靠和高性能的无线连接解决方案对于航空航天应用至关重要，包括卫星通信、飞机对飞机通信、飞机对地通信以及飞行中乘客通信。随着航空航天行业的发展，这些天线解决方案将在确保满足不断增长的通信需求时发挥关键作用，提供高效、可靠和安全的覆盖。

天线（Antenna）是一种用于收发无线电波或电磁波的装置。它是无线通信和电磁波传输中的重要组成部分，用于将电信号转换为无线电波，并将无线电波接收后转换回为电信号。天线可以用于多种应用，如无线通信、卫星通信、广播、雷达、无线网络、电视和无线电等领域。它们在现代通信和信息传输中起着关键的作用，使我们能够进行远距离的通信和数据传输。

审核编辑：汤梓红