1 Diversity分集增益的重要性
　　在實際的移動通信中，除了愈高頻空間傳播的損耗愈大外，再加上多徑衰落（Mul t ipathFading）、陰影衰落（Shadow Fading）等等的衰落效應(yīng)，而且當(dāng)信號受到高大建筑物（例如移動臺移動到背離基站的大樓面前）或地形起伏等的阻擋，接收到的信號幅度將降低。另外，氣 象條件等的變化也影響信號的傳播，使接收到的信號幅度和相位發(fā)生變化。這些都是移動信道獨(dú)有的特性，它給移動通信帶來不利的影響。
　　如果想利用加大發(fā)射功率或高度等方法來克服這種深衰落是不現(xiàn)實的，而且會造成對其他基站的干 擾，而采用分集方法即在若干個支路上接收相互間相關(guān)性很小的載有同一消息的信號，然后通過合并技術(shù)再將各個支路信號合并輸出，那么便可在接收終端上大大降 低深衰落的概率。相應(yīng)地，還需要采用分集接收技術(shù)減輕衰落的影響，以獲得上行鏈路分集增益，提高接收靈敏度，在GSM和WCDMA網(wǎng)絡(luò)中，這些分集接收技 術(shù)都已得到了廣泛應(yīng)用。
　　另外，手機(jī)用戶要求愈來愈多的功能，同時還要求支持更長的使用時間，新款手機(jī)的發(fā)射功率控制得更嚴(yán)格，手機(jī)天線更細(xì)小，出現(xiàn)上下行鏈路不對稱、上行鏈路較弱而下行鏈路較強(qiáng)的問題，所以出現(xiàn)基站天線的分集技術(shù)以提升上行鏈路的增益。
　　2 空間分集天線系統(tǒng)
　　空間略有變動就可能出現(xiàn)較大的場強(qiáng)變化。當(dāng)使用兩個接收信道時，它們受到的衰落影響是不相關(guān)的，且二者在同一時刻經(jīng)受深衰落谷點影響的可能性也很小，因此這一設(shè)想引出利用兩副接收天線的方案，獨(dú)立地接收同一信號，再合并輸出，衰落的程度能被大大地減小，這就是空間分集。
　　空間分集是利用場強(qiáng)隨空間的隨機(jī)變化實現(xiàn)的，空間距離越大，多徑傳播的差異就越大，所接收場強(qiáng)的相關(guān)性就越小，分集效果就越好。這里所提的相關(guān)性是個統(tǒng)計術(shù)語，表明信號間相似的程度，因此必須確定必要的空間距離。
　　空間分集接收是在空間不同位置上設(shè)置幾副天線，同時接收一個發(fā)射天線的微波信號，然后合成或選 擇其中一個強(qiáng)信號，這種方式稱為空間分集接收。在移動通信系統(tǒng)中，空間分集要求的天線間的距離一般為12～15個波長，以保證接收天線輸出信號的衰落特性 是相互獨(dú)立的。也就是說，當(dāng)某一副接收天線的輸出信號很低時，其他接收天線的輸出則不一定在同一時刻也出現(xiàn)幅度低的現(xiàn)象，經(jīng)相應(yīng)的合并電路從中選出信號幅 度較大、信噪比最佳的一路，得到一個總的接收天線輸出信號。這樣就降低信道衰落的影響，改善傳輸?shù)目煽啃浴？臻g分集接收的優(yōu)點是分集增益高，缺點是還需另 外單獨(dú)的接收天線及大空間的安裝位置，這些在現(xiàn)代化城市中很難滿足。
　　3 矢向分集雙極化天線的出現(xiàn)
　　為了克服空間分集這些缺點，近年來又生產(chǎn)出定向雙極化天線。兩個在同一地點、極化方向相互正交 的天線發(fā)出的信號呈現(xiàn)出互不相關(guān)衰落特性。利用這一特點，在發(fā)射端同一地點裝上垂直極化和水平極化兩副發(fā)射天線，在接收端同一地點裝上±4 5°交叉極化兩副接收天線，就可以得到兩路衰落特性互不相關(guān)的極化分量E x和E y。所謂定向雙極化天線就是把±4 5°交叉極化兩副接收天線集成到一個物理實體中，通過極化分集接收來達(dá)到空間分集接收的效果，所以極化分集實際上是空間分集的特殊情況。這種方法的優(yōu)點是 它只需一根天線，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間，缺點是它的分集接收效果低于空間分集接收天線。
　　分集增益依賴于天線間不相關(guān)特性的好壞，通過在水平或垂直方向上天線位置間的分離來實現(xiàn)空間分 集。空間上的位置分離保證兩面接收天線分別接收不同路徑來的微波信號，同時也使兩面天線間滿足一定隔離度的要求。若采用交叉極化天線，同樣需要滿足這種隔 離度要求。對于極化分集的雙極化天線來說，天線中兩個交叉極化輻射源的正交性是決定微波信號上行鏈路分集增益的主要因素。該分集增益依賴于雙極化天線中兩 個交叉極化輻射源是否在相同的覆蓋區(qū)域內(nèi)提供了相同的信號場強(qiáng)。兩個交叉極化輻射源要求具有很好的正交特性，并且在整個120°扇區(qū)及切換重疊區(qū)內(nèi)保持很 好的水平跟蹤特性，代替空間分集天線所取得的覆蓋效果。為了獲得好的覆蓋效果，要求天線在整個扇區(qū)范圍內(nèi)均具有高的交叉極化分辨率。雙極化天線在整個扇區(qū) 范圍內(nèi)的正交特性，即兩個分集接收天線端口信號的不相關(guān)性，決定了雙極化天線總的分集效果。為了在雙極化天線的兩個分集接收端口獲得較好的信號不相關(guān)特 性，兩個端口之間的隔離度通常要求在30 dB以上。
　　4 交叉極化比
　　在極化分集中，兩個極化振子之間不相關(guān)性在數(shù)值上的表現(xiàn)即為交叉極化比。該指標(biāo)是作為衡量雙極 化天線電氣性能最重要的參數(shù)之一，充分說明雙極化天線的分集效果。圖1即為場型測試時源天線與被測天線其中一組振子同極化時測試出來的天線場型對比，紅色 為同極化振子測試曲線，藍(lán)色為正交振子測試曲線，兩個曲線之間的差值即為該天線的交叉極化比。
　　
　　該指標(biāo)的好壞之間影響到天線在覆蓋區(qū)域內(nèi)的接收效果，這一指標(biāo)不僅僅是指天線主方向上的不相關(guān) 性，還包括天線±60°的不相關(guān)性指標(biāo)，而且±60°時的交叉極化比更為重要。目前YD/T 1059-2004規(guī)定天線在主方向上的交叉極化比不應(yīng)低于15 dB，在±60°時的交叉極化比不應(yīng)低于10 dB。這一要求也是目前國外通信行業(yè)所使用的統(tǒng)一規(guī)范。
　　5 空間分集增益VS矢向分集增益
　　作為首先提出交叉極化天線作矢向分集的天線制造商，凱仕林公司對于天線如何提升分集增益尤為重視，在振子設(shè)計時充分考慮并推出矢量振子的概念，使得凱仕林天線在實際使用中接收效果明顯優(yōu)于其他天線，能夠達(dá)到空間分集的分集增益。以下是凱仕林公司實測的一些數(shù)據(jù)。
　　通過和主設(shè)備制造商合作設(shè)置單基站測試平臺采集數(shù)據(jù)，分別在北美和歐洲各設(shè)置空間分集天線系統(tǒng) 和±45°極化分集天線系統(tǒng)作比較，空間分集設(shè)置用兩根VPol 1710~2170 65°18 dBi天線，而±45°極化分集天線用單根高交叉極化比的XPol1710~2170 65°18 dBi天線，就是在整個扇區(qū)±60°范圍 內(nèi)都能在10 dB以上，主方向更能實現(xiàn)22 dB以上。
　　使用凱仕林天線，對于空間分集和極化分集可以達(dá)到相同的分集增益，在城市或郊區(qū)都有4~6 dB的分集增益。由此測試可知，高交叉極化比天線的分集能力與空間分集天線系統(tǒng)相同，而極化分集的好壞密切關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)KPI誤比特率和掉話率的好壞。
　　6 良好的分集增益天線如何優(yōu)化CapEx和OpEx
　　高效能天線的高交叉極化，能提升整個扇區(qū)的分集能力，反之，低交叉極化比天線令系統(tǒng)失去分集功 能，影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和容量，以下進(jìn)行分析，比較高效能高交叉極化凱仕林天線和低交叉極化比的天線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，如圖2所示，從而更清晰地了解到高效能天線如 何優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)投資CapEx和營運(yùn)成本OpEx。
　　
　　如圖2所示，為歐洲網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的的一個案例，同一個片區(qū)，達(dá)到相同的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量。在該案例 中，由于以前采用天線的交叉極化比不滿足要求，為了實現(xiàn)和高交叉極化凱仕林天線的相同Ec/Io目標(biāo)，低交叉極化比天線需要再增加30多個扇區(qū)才能滿足網(wǎng) 絡(luò)需要（共130個扇區(qū)），而換上高交叉極化凱仕林天線，只需要總共100個扇區(qū)即可實現(xiàn)覆蓋，當(dāng)然低交叉極化比天線可能較高效能高交叉極化凱仕林天線便 宜，但使用低交叉極化比天線額外增加的基礎(chǔ)設(shè)施需要增加25%的總投入作為補(bǔ)償，由于租金和能源消耗增加25%的運(yùn)營成本，總網(wǎng)絡(luò)CapEx和OpEx都 需要額外增加25%。