摘要 在MIMO室內(nèi)分布式天線系統(tǒng)中,，由于饋線以及極化天線本身的差異會引入延時不平衡因素,。針對MIMO系統(tǒng)，從理論上分析分布式天線系統(tǒng)中延時失衡對MIMO系統(tǒng)帶來的影響,。通過仿真,，定量分析了MIMO上下行鏈路中，延時失衡對基帶性能的不利影響,。結(jié)果表明,，上行鏈路性能對延時差異不敏感；對下行鏈路,，在時延差異達(dá)到0.5CP時,，系統(tǒng)性能會有約2dB損失；當(dāng)延時差異達(dá)到0.75CP時,，性能下降達(dá)到8dB,。
關(guān)鍵詞 MIMO；分布式天線,；延時失衡
在不增加傳輸功率和頻率資源的基礎(chǔ)上,，為提高傳輸速率和增強小區(qū)覆蓋能力，多入多出(MIMO)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種無線通信標(biāo)準(zhǔn)中,，其中包括3GPP長期演進(jìn)(LTE)以及其高級版(LTE-Advanced)項目標(biāo)準(zhǔn),。在LTE標(biāo)準(zhǔn)中,，被采納的MIMO技術(shù)主要包括發(fā)送分集、空分復(fù)用,、波束賦形等,。其中基于用戶專用參考信號的下行波束賦形技術(shù)能夠利用時分復(fù)用LTE(TD-LTE)系統(tǒng)中上下行信道的互易性，針對單個用戶進(jìn)行動態(tài)地波束賦形,，從而有效提高傳輸速率和增強小區(qū)邊緣覆蓋性能,。
在目前的LTE室內(nèi)商用系統(tǒng)的基本配置中，一般采用2×2天線配置,。下行BS采用雙天線分集或者復(fù)用發(fā)射,，UE采用雙天線接收。上行UE采用單天線發(fā)射,，BS采用雙天線接收，即接收分集,。理論分析中,，大多假設(shè)多天線陣列中各天線單元增益相同且時延相等。但在實際工程應(yīng)用中,，由于饋線及器件制造工藝的差異,，會引入天線單元的增益與時延的差異。中國移動企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中,，對于宏基站天線有明確的規(guī)定：各天線端口的幅度偏差≤0．7dB,；相位偏差≤5°。
在實際的室內(nèi)分布式天線系統(tǒng)中,，由于饋線以及極化天線本身的差異會引入天線延時不平衡因素,。文中將對基于LTE系統(tǒng)，分析分布式天線系統(tǒng)中延時失衡對LTE基帶系統(tǒng)帶來的影響,，并評估其可行性,。
1 延時分析模型
以LTE 20 MHz帶寬系統(tǒng)分析：采樣周期T=1／30．72MHz=0．032 6μs，對應(yīng)于光速傳播距離約為9．8 m,。以10 MHz帶寬分析：采樣率為15．36 MHz,，對應(yīng)于光速傳播距離為19．6 m。假設(shè)時域上采樣點偏移N0,，則相應(yīng)在頻域上的變換如式(1)所示,。
從式(1)可以看到，時域上線性偏移,，頻域上疊加線性相偏,。時域上偏移越多，相偏變化越快,。偏移兩個采樣點后,，等效的頻域信道估計響應(yīng)如圖1所示,。
從圖1可以看出，頻域等效信道響應(yīng)呈周期性變化,；當(dāng)信道偏移量擴大時,，此變化周期變快；當(dāng)變化周期快于頻域信道估計周期時,，系統(tǒng)性能將會惡化,。LTE下行幀結(jié)構(gòu)中，采用每個RB在頻域上包含14個子載波,，中間插入兩個Pilot,，用于信道估計。Pilot中間位置則使用插值算法作估計,。如果頻域相偏變化過快,，則會導(dǎo)致插值算法估計不準(zhǔn)確，影響鏈路性能,。
假設(shè)LTE 2×2 MIMO系統(tǒng),，發(fā)射天線存在不同步的情況如圖2所示。
以接收端天線1為例,，在FFT窗內(nèi)對接收數(shù)據(jù)作變換,，設(shè)r1(i)，r2(i)分別為來自發(fā)送端天線1和天線2的：Data區(qū)域的時域信號抽樣點,，其中0≤i≤NFFT-1,，并設(shè)r2(i)為接收端FFT窗內(nèi)的時域信號抽樣點，時延為p個抽樣點,。
由于下行DMRS并非在頻域上連續(xù)分布,，因此φ與k不一定相等，即由天線2時延造成的相位偏差不一定可以消除,，從而造成接收端解調(diào)性能的下降,。
2 仿真與分析
為驗證延時失衡理論分析結(jié)果的正確性，文中在不同信道環(huán)境下,，針對LTE典型業(yè)務(wù)進(jìn)行仿真,，并對結(jié)果進(jìn)行分析比較。系統(tǒng)采用10MHz帶寬,，15．36 MHz采樣,。上行鏈路仿真參數(shù)：仿真信道采用LTE標(biāo)準(zhǔn)中EPA 5 Hz信道；仿真業(yè)務(wù)采用LTE標(biāo)準(zhǔn)的FRC A4-6,；信道估計算法采用LS平均算法,；天線配置為1×2 SIMO；接收合并采用最大比合并(MRC)算法,。下行鏈路仿真參數(shù)：仿真信道采用EPA 5 Hz,；仿真業(yè)務(wù)中塊長5 736,，調(diào)制方式為16QAM；信道估計采用LS線性插值,；天線配置為2×2MIMO,。發(fā)送模式：兩天線不帶CDD的空間復(fù)用。
首先分析接收端由于兩天線間上行延時不平衡,，對系統(tǒng)造成的影響,。分析高斯白噪聲信道下，不同信噪比環(huán)境下,，不同的延時差異條件下,，系統(tǒng)性能的惡化情況。圖3是AWGN信道下的BER仿真結(jié)果,。
從圖3中可以看出,，上行由于LTE標(biāo)準(zhǔn)中頻域插入的RS為全頻段設(shè)置，接收機不需要進(jìn)行頻域插值,，所以延時對接收機幾乎沒有影響,。
另外，還分析了下行MIMO配置下,，發(fā)射天線延時差異對系統(tǒng)性能的影響,。在不同信噪比環(huán)境和不同延時差異條件下的性能對比如圖4所示,。
由于LTE 10 MHz帶寬配置時,，CP長度為72采樣點。在時延差異
3 結(jié)束語
MIMO室內(nèi)分布式天線系統(tǒng)中,，由于饋線以及極化天線本身的差異會引入延時不平衡因素。針對MIMO系統(tǒng),，首先從理論上分析分布式天線系統(tǒng)中延時失衡對MIMO系統(tǒng)帶來的影響,。通過仿真，定量分析了MIMO上下行鏈路中,，延時失衡對基帶性能的不利影響,。結(jié)果表明：上行鏈路性能對延時差異不敏感；對下行鏈路,，在時延差異達(dá)到0.5CP時,，系統(tǒng)性能會有約2dB損失；當(dāng)延時差異達(dá)到0.75CP時,，性能下降達(dá)到8dB,。