分布式天線無線通信系統(tǒng)性能分析

鄭書鑫

摘 要：隨著通信行業(yè)的深入發(fā)展，分布式無線通信系統(tǒng)也應(yīng)用而生。本文將會(huì)對(duì)無線通信系統(tǒng)的產(chǎn)生背景、特點(diǎn)等做簡要的闡述，并提出一種基于CDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分布式天線無線系統(tǒng)。在系統(tǒng)中分布式天線會(huì)將無線信號(hào)利用光纖傳輸?shù)街醒胩幚韱卧?。中央處理單元在RAKE接收系統(tǒng)上得到宏分集效果。分布式天線之間的距離較遠(yuǎn)，因此其產(chǎn)生的陰影衰落效果也需要獨(dú)立統(tǒng)計(jì)。利用仿真分析根據(jù)不同衰落信道給出相應(yīng)的性能曲線。經(jīng)過仿真分析，其結(jié)果表明，利用分布式天線無線通信系統(tǒng)可以有效的中斷的效率并且降低誤碼率的產(chǎn)生，在未來通信領(lǐng)域中有較高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：分布式無線系統(tǒng)；RAKE接收；仿真分析

引言

近幾年無線通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍遍布全球，其規(guī)模之大應(yīng)用范圍之廣，極大的提高了通信行業(yè)的發(fā)展，打破了空間上的距離，為人們的生活帶來了便利。隨著技術(shù)的進(jìn)一步深入，無線通信系統(tǒng)的功能得到了高效的發(fā)揮并呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展形式。特別是分布式無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用，隨著技術(shù)的進(jìn)步有著較好的發(fā)展趨勢(shì)。分布式無線通信系統(tǒng)在移動(dòng)通信告訴發(fā)展的形式下，采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，極大提高了空間資源的利用率，充分發(fā)揮系統(tǒng)的性能優(yōu)化通信系統(tǒng)的傳輸，在誤碼率以及中斷效率都有較好的表現(xiàn)。

本文將會(huì)基于CDMA的分布式天線技術(shù)進(jìn)行分析【1】。它對(duì)于提高系統(tǒng)容量以及天線覆蓋率有較大的幫助。光纖傳輸可以極大的降低誤碼率低，分布式的天線單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單且使用成本低，可以將其分布在不同的地區(qū)，利用光電轉(zhuǎn)換器便可以發(fā)送和接受無線射頻信號(hào)。所有涉及到的功能，比如射頻調(diào)制等都可以用中央控制單元來調(diào)整，并且可以同時(shí)發(fā)布和接收多個(gè)無線信號(hào)到多個(gè)地方，極大的提高系統(tǒng)的運(yùn)作效率。

1.分布式無線通信系統(tǒng)的產(chǎn)生背景

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得國內(nèi)各個(gè)行業(yè)都得到了快速的進(jìn)步。通信領(lǐng)域中，過去人工操作的移動(dòng)電話網(wǎng)，通過人工干預(yù)的方式來連接網(wǎng)絡(luò)，這種方式運(yùn)行成本高且服務(wù)區(qū)域有限，過去常常應(yīng)用在電視廣播行業(yè)中。隨著通信的進(jìn)步，從模擬調(diào)試再到數(shù)字調(diào)制，再到現(xiàn)在無線通信的市場(chǎng)需求逐步得到了廣泛的應(yīng)用。在3G/4G網(wǎng)絡(luò)下，用戶的通信方式更加靈活，數(shù)據(jù)得到了快速的傳輸。和過去傳統(tǒng)的模式相比，無線傳輸?shù)膽?yīng)用優(yōu)勢(shì)更加明顯。通過不斷擴(kuò)大系統(tǒng)容量，加強(qiáng)頻譜的利用率，為分布式無線天線的通信系統(tǒng)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

清華大學(xué)與北京郵電大學(xué)提出分布式無線通信系統(tǒng)，利用光纖連接的蜂窩系統(tǒng)基站的方式來共同處理信號(hào)，實(shí)現(xiàn)空間資源的利用。分布式通信系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成。

分布式天線可以用于無線信號(hào)的接收和發(fā)射。其組成結(jié)構(gòu)簡單且價(jià)格低廉，可以進(jìn)行大范圍的應(yīng)用。并且由于天線件的分布距離遠(yuǎn)且陰影效應(yīng)產(chǎn)生的衰落現(xiàn)象相互獨(dú)立，因此可以有效的抗多徑衰落，并且對(duì)陰影衰落做到補(bǔ)償效果【2】。

分布式的光纖可以實(shí)現(xiàn)不同天線和系統(tǒng)的信號(hào)傳輸，其優(yōu)勢(shì)在于光纖傳輸不會(huì)降低信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。分布式處理系統(tǒng)利用調(diào)制、變頻等來完成信息的處理。分布式網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)暮诵牟糠?，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)會(huì)完成數(shù)據(jù)交換、安全認(rèn)證等過程，然后中心處理單元將會(huì)進(jìn)行多個(gè)分布式信號(hào)的處理，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備的需求。

2.分布式無線通信系統(tǒng)的特點(diǎn)

首先，分布式無線通信系統(tǒng)空間資源最大化利用。利用空間資源進(jìn)行分布式天線的覆蓋，不同節(jié)點(diǎn)的功能得到有效的利用，極大的簡化系統(tǒng)信息處理的流程。第二，提高了傳輸速率。分布式無線通信傳輸?shù)姆绞娇朔藷o線傳輸速率低的問題，利用分布式光纖提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋梢詼p低傳輸?shù)某杀静⑶壹涌靷鬏數(shù)乃俾?。第三，分布式通信系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)開放且靈活，可以自主進(jìn)行信息交換無需借助其他平臺(tái)，解決了應(yīng)不兼容產(chǎn)生的問題。第四，分布式的無線通信系統(tǒng)是開放性的平臺(tái)，拓展能力強(qiáng)，且可同時(shí)處理多項(xiàng)業(yè)務(wù)，自行調(diào)整傳輸規(guī)模，可以有效的控制設(shè)備的支出，如下圖2所示。

3.分布式多天線系統(tǒng)的仿真分析

3.1分布式多天線系統(tǒng)

本文采用無線CDMA的分布式天線的系統(tǒng)，天線單元在工作中會(huì)接收來自移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的CDMA信號(hào)，它會(huì)將信號(hào)轉(zhuǎn)換成所需的光信號(hào)，然后利用分布式的光纖傳送到中央控制單元中。當(dāng)中央控制單元接收到信號(hào)之后，會(huì)將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，利用RAKE接收機(jī)在多個(gè)無線和光纖信道的信號(hào)中檢測(cè)理想的信號(hào)。由于分布式天線的布局距離較遠(yuǎn)，因此需要對(duì)陰影效果產(chǎn)生的衰落進(jìn)行獨(dú)立統(tǒng)計(jì)，所以在系統(tǒng)模擬中要將陰影衰落納入進(jìn)去。

3.2仿真分析

利用仿真來計(jì)算系統(tǒng)信號(hào)中斷效率以及平均誤碼率的曲線。

3.2.1中斷概率分析

首先，對(duì)仿真配置設(shè)定如下：CDMA信號(hào)的擴(kuò)頻增益（G）保持在100，并且載波頻率（f）為5GHz，，另外移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率保持在1W水平，用戶和接收天線的距離固定在150m，而用戶的移動(dòng)速度為1米每秒。從仿真效果來看，在中斷概率一定的情況下，RAKE接收機(jī)產(chǎn)生的信噪比會(huì)根據(jù)分布式天線的數(shù)量的變化而變化。Rice信道系數(shù)K增加，則RAKE接收機(jī)產(chǎn)生的信噪比也會(huì)隨之上升。

3.2.2平均誤碼率表現(xiàn)

在接收機(jī)和用戶之間的距離保持不變的情況下，提高發(fā)射的功率，在不同的信道條件中所產(chǎn)生的平均誤碼率變化。在發(fā)射功率一定的情況下，天線數(shù)的增加可以不斷提高平均的誤碼率性能。并且，根據(jù)M的上升，我們也可以看到RAKE接收機(jī)的性能得到了有效的提升。比如M為1時(shí)，發(fā)射功率從1W調(diào)整到8W，其產(chǎn)生的平均誤碼率有了明顯的下降，從0.14降低到0.03。而當(dāng)M為4時(shí)，平均誤碼率的水平進(jìn)一步下降。因此分布式天線對(duì)于發(fā)射功率以及動(dòng)態(tài)控制的范圍有著明顯的控制作用。

4.仿真結(jié)果分析

根據(jù)無線CDMA系統(tǒng)的分布式天線天線通信系統(tǒng)來看，運(yùn)用多個(gè)分布式的天線單元來接收信號(hào)，各個(gè)單元之間相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，然后利用光纖和無線的通道 到中央控制單元中，利用RAKE接收器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。通過理論的檢驗(yàn)與仿真的分析得出結(jié)論，分布式天線通信系統(tǒng)對(duì)于提高信號(hào)中斷概率以及降低誤碼率方面都有顯著的效果，隨著技術(shù)的深入和更新，這項(xiàng)系統(tǒng)將有更好的發(fā)展空間【3】。

5.結(jié)語

本文主要是對(duì)分布式無線天線通信系統(tǒng)的產(chǎn)生背景以及特點(diǎn)做了簡要的介紹，并根據(jù)誤碼率和中斷概率的分析了解分布式無線通信系統(tǒng)所產(chǎn)生的效果。通過仿真試驗(yàn)筆者認(rèn)為分布式無線通信系統(tǒng)在提高傳輸效率上有顯著的效果，覆蓋范圍廣且設(shè)備成本低，在通信領(lǐng)域中可以進(jìn)行深入的推廣。根據(jù)當(dāng)前市場(chǎng)的需求，分布式無線通訊系統(tǒng)在性能上的表現(xiàn)顯著，并且從技術(shù)的角度來說分布式通信系統(tǒng)也在不斷的更新與完善，其可承接的業(yè)務(wù)范圍得到進(jìn)一步的拓展，多樣化的服務(wù)類型很好的滿足了當(dāng)前用戶對(duì)通信的需求。可見，分布式無線通信系統(tǒng)隨著技術(shù)的發(fā)展將會(huì)有更加廣闊的提升空間，根據(jù)用戶的需求反復(fù)優(yōu)化通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，改善用戶的體驗(yàn)，對(duì)于通信行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的蜂窩式結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法適應(yīng)社會(huì)需求的發(fā)展，利用分布式無線通信系統(tǒng)來改善過去結(jié)構(gòu)上的弊端，擴(kuò)大空間資源的利用率，為未來的無線通信行業(yè)的進(jìn)步提供更加多元化的發(fā)展方向。

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