MIMO分布式天線延時失衡性能分析

　　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。

　　以接收端天線1為例，在FFT窗內對接收數據作變換，設r1(i)，r2(i)分別為來自發送端天線1和天線2的：Data區域的時域信號抽樣點，其中0≤i≤NFFT-1，并設r2(i)為接收端FFT窗內的時域信號抽樣點，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性能的下降。

　2 仿真與分析

　　為驗證延時失衡理論分析結果的正確性，文中在不同信道環境下，針對LTE典型業務進行仿真，并對結果進行分析比較。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;仿真業務采用LTE標準的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：仿真信道采用EPA 5 Hz;仿真業務中塊長5 736，調制方式為16QAM;信道估計采用LS線性插值;天線配置為2×2MIMO。發送模式：兩天線不帶CDD的空間復用。

　　首先分析接收端由于兩天線間上行延時不平衡，對系統造成的影響。分析高斯白噪聲信道下，不同信噪比環境下，不同的延時差異條件下，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，發射天線延時差異對系統性能的影響。在不同信噪比環境和不同延時差異條件下的性能對比。

　　3 結束語

　　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，首先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。