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(huì)引入延時(shí)不平衡因素。針對(duì)MIMO系統(tǒng),,從理論上分析分布式天線系統(tǒng)中延時(shí)失衡對(duì)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(shí)失衡對(duì)基帶性能的不利影響,。結(jié)果表明,上行鏈路性能對(duì)延時(shí)差異不敏感,;對(duì)下行鏈路,,在時(shí)延差異達(dá)到0.5CP時(shí),系統(tǒng)性能會(huì)有約2dB損失;當(dāng)延時(shí)差異達(dá)到0.75CP時(shí),,性能下降達(dá)到8dB,。
關(guān)鍵詞 MIMO;分布式天線,;延時(shí)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(qiáng)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(jí)版(LTE-Advanced)項(xiàng)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(hào)的下行波束賦形技術(shù)能夠利用時(shí)分復(fù)用LTE(TD-LTE)系統(tǒng)中上下行信道的互易性,,針對(duì)單個(gè)用戶進(jìn)行動(dòng)態(tài)地波束賦形,,從而有效提高傳輸速率和增強(qiáng)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(shí)延相等。但在實(shí)際工程應(yīng)用中,,由于饋線及器件制造工藝的差異,,會(huì)引入天線單元的增益與時(shí)延的差異。中國移動(dòng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中,,對(duì)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(shí)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(huì)引入天線延時(shí)不平衡因素,。文中將對(duì)基于LTE系統(tǒng),分析分布式天線系統(tǒng)中延時(shí)失衡對(duì)LTE基帶系統(tǒng)帶來的影響,,并評(píng)估其可行性,。
1 延時(shí)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(duì)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(duì)應(yīng)于光速傳播距離為19.6 m,。假設(shè)時(shí)域上采樣點(diǎn)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(shí)域上線性偏移,頻域上疊加線性相偏,。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(jì)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(kuò)大時(shí),此變化周期變快,;當(dāng)變化周期快于頻域信道估計(jì)周期時(shí),,系統(tǒng)性能將會(huì)惡化。LTE下行幀結(jié)構(gòu)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(jì),。Pilot中間位置則使用插值算法作估計(jì),。如果頻域相偏變化過快,則會(huì)導(dǎo)致插值算法估計(jì)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(duì)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(shí)域信號(hào)抽樣點(diǎn),,其中0≤i≤NFFT-1,并設(shè)r2(i)為接收端FFT窗內(nèi)的時(shí)域信號(hào)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(xù)分布,因此φ與k不一定相等,,即由天線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(diào)性能的下降。
2 仿真與分析
為驗(yàn)證延時(shí)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(duì)LTE典型業(yè)務(wù)進(jìn)行仿真,,并對(duì)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(jì)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(jì)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(shí)不平衡,,對(duì)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(shí)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(jī)不需要進(jìn)行頻域插值,,所以延時(shí)對(duì)接收機(jī)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(shí)差異對(duì)系統(tǒng)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(duì)比如圖4所示,。
由于LTE 10 MHz帶寬配置時(shí),,CP長度為72采樣點(diǎn)。在時(shí)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(huì)引入延時(shí)不平衡因素。針對(duì)MIMO系統(tǒng),,首先從理論上分析分布式天線系統(tǒng)中延時(shí)失衡對(duì)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(shí)失衡對(duì)基帶性能的不利影響,。結(jié)果表明:上行鏈路性能對(duì)延時(shí)差異不敏感,;對(duì)下行鏈路,在時(shí)延差異達(dá)到0.5CP時(shí),,系統(tǒng)性能會(huì)有約2dB損失,;當(dāng)延時(shí)差異達(dá)到0.75CP時(shí),性能下降達(dá)到8dB,。