MIMO分布式天線(xiàn)延時(shí)失衡性能分析

　　在目前的LTE室內商用系統的基本配置中，一般采用2×2天線(xiàn)配置。下行BS采用雙天線(xiàn)分集或者復用發(fā)射，UE采用雙天線(xiàn)接收。上行UE采用單天線(xiàn)發(fā)射，BS采用雙天線(xiàn)接收，即接收分集。理論分析中，大多假設多天線(xiàn)陣列中各天線(xiàn)單元增益相同且時(shí)延相等。但在實(shí)際工程應用中，由于饋線(xiàn)及器件制造工藝的差異，會(huì )引入天線(xiàn)單元的增益與時(shí)延的差異。中國移動(dòng)企業(yè)標準中，對于宏基站天線(xiàn)有明確的規定：各天線(xiàn)端口的幅度偏差≤0.7dB;相位偏差≤5°。

　　在實(shí)際的室內分布式天線(xiàn)系統中，由于饋線(xiàn)以及極化天線(xiàn)本身的差異會(huì )引入天線(xiàn)延時(shí)不平衡因素。文中將對基于LTE系統，分析分布式天線(xiàn)系統中延時(shí)失衡對LTE基帶系統帶來(lái)的影響，并評估其可行性。

　　1 延時(shí)分析模型

　　以L(fǎng)TE 20 MHz帶寬系統分析：采樣周期T=1/30.72MHz=0.032 6μs，對應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，對應于光速傳播距離為19.6 m。假設時(shí)域上采樣點(diǎn)偏移N0，則相應在頻域上的變換如式(1)所示。

　　從式(1)可以看到，時(shí)域上線(xiàn)性偏移，頻域上疊加線(xiàn)性相偏。時(shí)域上偏移越多，相偏變化越快。偏移兩個(gè)采樣點(diǎn)后，等效的頻域信道估計響應如圖1所示。

　　從圖1可以看出，頻域等效信道響應呈周期性變化;當信道偏移量擴大時(shí)，此變化周期變快;當變化周期快于頻域信道估計周期時(shí)，系統性能將會(huì )惡化。LTE 下行幀結構中，采用每個(gè)RB在頻域上包含14個(gè)子載波，中間插入兩個(gè)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(guò)快，則會(huì )導致插值算法估計不準確，影響鏈路性能。

　　假設LTE 2×2 MIMO系統，發(fā)射天線(xiàn)存在不同步的情況如圖2所示。

　　以接收端天線(xiàn)1為例，在FFT窗內對接收數據作變換，設r1(i)，r2(i)分別為來(lái)自發(fā)送端天線(xiàn)1和天線(xiàn)2的：Data區域的時(shí)域信號抽樣點(diǎn)，其中0≤i≤NFFT-1，并設r2(i)為接收端FFT窗內的時(shí)域信號抽樣點(diǎn)，時(shí)延為p個(gè)抽樣點(diǎn)。

　　由于下行DMRS并非在頻域上連續分布，因此φ與k不一定相等，即由天線(xiàn)2時(shí)延造成的相位偏差不一定可以消除，從而造成接收端解調性能的下降。

　2 仿真與分析

　　為驗證延時(shí)失衡理論分析結果的正確性，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，并對結果進(jìn)行分析比較。系統采用10MHz帶寬，15.36 MHz采樣。上行鏈路仿真參數：仿真信道采用LTE標準中EPA 5 Hz信道;仿真業(yè)務(wù)采用LTE標準的FRC A4-6;信道估計算法采用LS平均算法;天線(xiàn)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：仿真信道采用EPA 5 Hz;仿真業(yè)務(wù)中塊長(cháng)5 736，調制方式為16QAM;信道估計采用LS線(xiàn)性插值;天線(xiàn)配置為2×2MIMO。發(fā)送模式：兩天線(xiàn)不帶CDD的空間復用。

　　首先分析接收端由于兩天線(xiàn)間上行延時(shí)不平衡，對系統造成的影響。分析高斯白噪聲信道下，不同信噪比環(huán)境下，不同的延時(shí)差異條件下，系統性能的惡化情況。圖3是AWGN信道下的BER仿真結果。

　　從圖3中可以看出，上行由于LTE標準中頻域插入的RS為全頻段設置，接收機不需要進(jìn)行頻域插值，所以延時(shí)對接收機幾乎沒(méi)有影響。

　　另外，還分析了下行MIMO配置下，發(fā)射天線(xiàn)延時(shí)差異對系統性能的影響。在不同信噪比環(huán)境和不同延時(shí)差異條件下的性能對比。

　　3 結束語(yǔ)

　　MIMO室內分布式天線(xiàn)系統中，由于饋線(xiàn)以及極化天線(xiàn)本身的差異會(huì )引入延時(shí)不平衡因素。針對MIMO系統，首先從理論上分析分布式天線(xiàn)系統中延時(shí)失衡對MIMO系統帶來(lái)的影響。通過(guò)仿真，定量分析了MIMO上下行鏈路中，延時(shí)失衡對基帶性能的不利影響。結果表明：上行鏈路性能對延時(shí)差異不敏感;對下行鏈路，在時(shí)延差異達到0.5CP時(shí)，系統性能會(huì )有約2dB損失;當延時(shí)差異達到0.75CP時(shí)，性能下降達到8dB。