在時變通道下，傳送波束形成技術的模擬分析

z 在時變通道( f_nd =0.021)路徑群組較少(路徑群組數為 3 組)的情況下，各種 傳送波束形成技巧在效能上的比較:

(1) Spatial Eigenstructure-1：

先估測出空間特徵結構^H

( )

( )

( ) ( )

(

)

(2) Spatial Eigenstructure-2：

如同 Spatial Eigenstructure-1 的做法，但最佳化傳送權重向量改用

(4) MRTMRC Delay-CSI：

所回授的通道狀態資訊為完美已知的情況，利用 MRT，MRC 的方式找出 最佳化傳送和接收權重向量，並以此做為後續資料的傳送和接收權重向量。

(5) MRTMRC Nonperfect-CSI：

如同 MRTMRC Delay-CSI 的做法，但所使用的通道狀態資訊是利用相鄰 子載波相近的特性，將相鄰四個子載波上的通道視為相同，使用最小平方誤 差法所估測得到。

(6) SISO：不使用任何多天線技術。

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0

2 4 6 8 10 12 14

Delay Time (Symbol Duration Time)

Normalized Received Power

Spatial Eigenstructure-1 Spatial Eigenstructure-2 MRTMRC Perfect-CSI MRTMRC Delay-CSI MRTMRC Nonperfect-CSI SISO

圖 7.6 時變通道下( f_nd =0.021)路徑群組數為 3 組，各種傳送波束形成技巧在效 能上的比較。

因為受到回授延遲效應的影響，造成傳送端必須使用過時的 CSI 通道矩陣做 為傳送權重向量的估測。當通道為穩定狀態時，這並不會對系統產生任何影響，

然而當通道出現時變的特性時，過時資訊會降低系統相當大的效能。採用通道空 間特徵結構為設計基礎的做法，雖然在非時變通道的情況下，整體效能上可能遠 不如使用 CSI 通道矩陣，然而在時變通道下，它能維持系統一定的接收功率。從 圖 7.6 可以看出當延遲時間超過 20 個符元時間後，使用過時的 CSI 造成所接收 到的功率被大幅度地降低。

z 在時變通道( f_nd =0.083)路徑群組較少(路徑群組數為 3 組)的情況下，各種 傳送波束形成技巧在效能上的比較:

如同圖 7.6 的模擬條件但提高正規化都卜勒頻率，模擬結果如圖 7.7 所示。

當通道為快速衰減(fast fading)通道時，因 CSI 過時所造成的效能降低更加明

顯。

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 2 4 6 8 10 12 14

Delay Time (Symbol Duration Time)

Normalized Received Power

Spatial Eigenstructure-1 Spatial Eigenstructure-2 MRTMRC Perfect-CSI MRTMRC Delay-CSI MRTMRC Nonperfect-CSI SISO

圖 7.7 時變通道下( f_nd =0.083)路徑群組數為 3 組，各種傳送波束形成技巧在效 能上的比較。

z 在時變通道下路徑群組較多(路徑群組數為 6 組)的情況下，各種傳送波束形 成技巧在效能上的比較:

現在增加群組路徑數為 6 組，並且分別針對 f_nd =0.021和 f_nd =0.083的情況 做模擬分析，所得到的結果分別為圖 7.8 和圖 7.9。

因路徑群組數的增加通道會更加凌亂，造成以波束形成技術的多天線系統在 效能上明顯地降低。除了上述路徑群組數對整體系統的影響外，因回授延遲所造 成的資訊過時效應和前面模擬的結果大致相同。

從前面的探討中可以發現一個有趣的現象，本質上空間特徵結構其實類似統 計型通道(statistic channel)模型，因為類似由時間上平均所獲得的結果，所 以對於時變通道有較佳的抗性。然而 CSI 是屬於瞬時通道，除了空間上的效應 外還包含了時間因子，所以對於時變通道的抗性較差。

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0

2 4 6 8 10 12 14

Delay Time (Symbol Duration Time)

Normalized Received Power Spatial Eigenstructure-1

Spatial Eigenstructure-2 MRTMRC Perfect-CSI MRTMRC Delay-CSI MRTMRC Nonperfect-CSI SISO

圖 7.8 時變通道下( f_nd =0.021)路徑群組數為 6 組，各種傳送波束形成技巧在效 能上的比較。

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 2 4 6 8 10 12 14

Delay Time (Symbol Duration Time)

Normalized Received Power Spatial Eigenstructure-1

Spatial Eigenstructure-2 MRTMRC Perfect-CSI MRTMRC Delay-CSI MRTMRC Nonperfect-CSI SISO

圖 7.9 時變通道下( f_nd =0.083)路徑群組數為 6 組，各種傳送波束形成技巧在效 能上的比較。

值得注意一點的是，在時變通道下由 Spatial Eigenstructure-1 和 Spatial

Eigenstructure-2 所使用的傳送權重向量，其效能表現在一段延遲時間之後幾 乎完全相同，這意味著^E⎡_⎣^bave

( )

(

)

7.3 所提出的空間特徵結構對傳送權重向量編碼設計的影 響

使用 6.3 節中所提到的三種傳送權重向量編碼方式，分別針對不同的傳送天 線數和路徑群組數做模擬分析。在建立編碼簿時，每次隨機樣本數為 20000 筆，

GLA 的遞迴次數設定為 20 次。重複上述的過程建立 200 筆編碼簿，並從中挑選 有最佳效能表現者做為最後最佳化的編碼簿。而在實際通道模擬時，做為效能評 比的隨機樣本數設定為 10000 筆。

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8

Bit Number

Normalized Received Power

Method-1 Method-2 Method-3

圖 7.10 傳送端天線陣列採用 4 根傳送天線，路徑群組數為 4 的情況下，對於不 同權重向量編碼方式所產生的影響。