摘要 在MIMO室內分布式天線系統(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(tǒng)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(qū)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(fā)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(tǒng)中上下行信道的互易性，針對單個用戶進行動態(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(yè)標準中，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(tǒng)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(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窗內對接收數(shù)據(jù)作變換，設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(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(huán)境下，針對LTE典型業(yè)務進行仿真，并對結果進行分析比較。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標準中EPA 5 Hz信道；仿真業(yè)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(shù)：仿真信道采用EPA 5 Hz；仿真業(yè)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(fā)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(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(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<CP／8(即9個采樣點)的情況下，系統(tǒng)的性能幾乎沒有下降；當時延差異較大時，系統(tǒng)性能下降明顯；在時延差異達到0．5 CP時，系統(tǒng)性能會有約2 dB損失；當延時差異達到0．75 CP時，性能下降達到8dB。

3 結束語
    MIMO室內分布式天線系統(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(tǒng)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。