MIMO分布式天線系統中的延時失衡性能分析

摘要 在MIMO室內分布式天線系統中，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，從理論上分析分布式天線系統中延時失衡對MIMO系統帶來的影響。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，在時延差異達到0.5CP時，系統性能會有約2dB損失；當延時差異達到0.75CP時，性能下降達到8dB。
關鍵詞 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上，為提高傳輸速率和增強小區覆蓋能力，多入多出(MIMO)技術被廣泛應用于各種無線通信標準中，其中包括3GPP長期演進(LTE)以及其高級版(LTE-Advanced)項目標準。在LTE標準中，被采納的MIMO技術主要包括發送分集、空分復用、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能夠利用時分復用LTE(TD-LTE)系統中上下行信道的互易性，針對單個用戶進行動態地波束賦形，從而有效提高傳輸速率和增強小區邊緣覆蓋性能。
在目前的LTE室內商用系統的基本配置中，一般采用2×2天線配置。下行BS采用雙天線分集或者復用發射，UE采用雙天線接收。上行UE采用單天線發射，BS采用雙天線接收，即接收分集。理論分析中，大多假設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。中國移動企業標準中，對于宏基站天線有明確的規定：各天線端口的幅度偏差≤0．7dB；相位偏差≤5°。
在實際的室內分布式天線系統中，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，分析分布式天線系統中延時失衡對LTE基帶系統帶來的影響，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。假設時域上采樣點偏移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，此變化周期變快；當變化周期快于頻域信道估計周期時，系統性能將會惡化。LTE下行幀結構中，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，發射天線存在不同步的情況如圖2所示。