時(shí)間色散和均衡
什么是時(shí)間色散
數(shù)字傳輸?shù)囊霂?lái)了一個(gè)新的問(wèn)題是時(shí)間色散。這一問(wèn)題也起源于反射,但與多徑衰落不同,其反射信號(hào)來(lái)自遠(yuǎn)離接收天線的物體約在幾千米遠(yuǎn)處。由基站發(fā)送“1”、“0”序列,如果反射信號(hào)的達(dá)到時(shí)間剛好滯后直射信號(hào)一個(gè)比特的時(shí)間,那么接收機(jī)將在從直射信號(hào)中檢出“0”的同時(shí),還從反射信號(hào)中檢出“1”,于是導(dǎo)致符號(hào)“1”對(duì)符號(hào)“0”的干擾。
在無(wú)線通信中,無(wú)線電波從發(fā)射端到接收端會(huì)經(jīng)過(guò)直射、反射等很多傳播途徑,反射路徑要比直射路徑長(zhǎng)一些,因此,從發(fā)射端輻射出的波經(jīng)過(guò)反射路徑到達(dá)接收端用的時(shí)間要比走直射路徑長(zhǎng)一些。從接收端看,先后收到了來(lái)自同一信源的兩列波;這兩列波走的路徑不同,傳播環(huán)境不同,受到的干擾也不同。
時(shí)間色散是指到達(dá)接收機(jī)的直射信號(hào)和其他多徑信號(hào)由于空間傳輸?shù)臅r(shí)間差異而帶來(lái)的彼此干擾問(wèn)題。假若發(fā)射機(jī)發(fā)送了一個(gè)“1”,由于多徑效應(yīng),接收機(jī)先收到“1”這個(gè)數(shù)據(jù),又收到“0”這個(gè)數(shù)據(jù),接收機(jī)困惑了,不知道究竟是“0”還是“1”了,所以解碼就可能出現(xiàn)錯(cuò)誤,如下圖所示。
電磁場(chǎng)中,任意一點(diǎn)的場(chǎng)值與以前時(shí)刻的場(chǎng)值有關(guān),叫時(shí)間色散,如熱等離子體。
發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)離接收天線的物體反射容易導(dǎo)致時(shí)間色散,可以通過(guò)工程參數(shù)調(diào)整來(lái)規(guī)避時(shí)間色散問(wèn)題,也可以通過(guò)創(chuàng)新技術(shù)來(lái)識(shí)別和避免此類問(wèn)題。
在GSM系統(tǒng)中,比特速率為270kbit/s,則每一比特時(shí)間為3.7?s。因此,一比特對(duì)應(yīng)1.1km。假如反射點(diǎn)在移動(dòng)臺(tái)之后lkm,那么反射信號(hào)的傳輸路徑將比直射信號(hào)長(zhǎng)2km。這樣就會(huì)在有用信號(hào)中混有比它遲到兩比特時(shí)間的另一個(gè)信號(hào),出現(xiàn)了碼間干擾。時(shí)間色散似乎是個(gè)很棘手的問(wèn)題,不過(guò)在GSM系統(tǒng)中采用了自適應(yīng)均衡技術(shù),這一問(wèn)題的嚴(yán)重性得以緩解。
消除時(shí)間色散一般采用接收機(jī)內(nèi)帶有均衡器。
均衡有兩個(gè)基本途徑:
1、頻域均衡,它使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的總傳輸函數(shù)滿足無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件。它往往是分別校正幅頻特性和群時(shí)延特性,序列均衡通常采用這種頻域均衡法。
2、時(shí)域均衡,就是直接從時(shí)間響應(yīng)考慮,使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無(wú)碼間串?dāng)_的條件。
目前我們面臨的信號(hào)是時(shí)變信號(hào),因此需要采用第二個(gè)均衡途徑時(shí)域均衡來(lái)達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)無(wú)碼間串?dāng)_。
時(shí)域均衡系統(tǒng)的主體是橫向濾波器,也稱橫截濾波器,它由多級(jí)抽頭延遲線、加權(quán)系數(shù)相乘器(或可變?cè)鲆骐娐罚┘跋嗉悠鹘M成。
均衡技術(shù)的原理
信道可以是金屬線、光纜、無(wú)線鏈路等,每種信道有其自己的特性,如帶寬、衰減等等。因此,最佳接收機(jī)應(yīng)適合用于特殊類型傳輸信道,這就意味著該接收機(jī)應(yīng)知道信道是什么樣的,否則就不是最佳接收機(jī):我們要做的事情就是建立一個(gè)傳輸信道(即空中接口)的數(shù)學(xué)模型,計(jì)算出最可能的傳輸序列,這就是均衡器。傳輸序列是以突發(fā)脈沖串的形式傳輸,在突發(fā)脈沖串的中部,加有已知方式的且自相關(guān)性強(qiáng)的訓(xùn)練序列,利用這一訓(xùn)練序列,均衡器能建立起該信道模型。這個(gè)模型隨時(shí)間改變,但在一個(gè)突發(fā)脈沖串期間被認(rèn)為是恒定的。建立了信道模型,下一步是產(chǎn)生全部可能的序列,并把它們饋入通過(guò)信道模型,輸出序列中將有一個(gè)與接收序列最相似,與此對(duì)應(yīng)的那個(gè)輸入序列便被認(rèn)為是當(dāng)前發(fā)送的序列。
例中序列長(zhǎng)度N =3,接收序列為010。N =3給出了饋入信道模型的8種可能的輸入系列:輸入000,輸出100; 輸入001,輸出010;輸入010,輸出:110等等。
顯然,第二個(gè)輸入系列001產(chǎn)生了最相似輸出序列010,因此認(rèn)為001=為發(fā)送序列。 這看起來(lái)似乎很簡(jiǎn)單,不過(guò)問(wèn)題是通常不會(huì)有N=3的情況。例如在GSM中,N =116,這就需要相當(dāng)大量的比較。假如每秒鐘比較1千萬(wàn)個(gè)組合,計(jì)算全部組合將要花費(fèi)1029年。由此導(dǎo)致的話音時(shí)延是絕對(duì)不能容忍的,所以實(shí)際使用的均衡器中使用了維特比算法就是這個(gè)道理。
GSM規(guī)范要求均衡器應(yīng)能處理時(shí)延高達(dá)15s左右的反射信號(hào),15s約對(duì)應(yīng)4比特時(shí)間。此外,由于近區(qū)(相對(duì)于接收機(jī))反射,反射信號(hào)本身易受到瑞利衰落的影響。然而,與直射信號(hào)相比,反射信號(hào)具有不相關(guān)性衰落圖形,困而能被均衡器利用,從而改善性能。因此只要反射信號(hào)的時(shí)延不超過(guò)15s就可以得到很好的信號(hào)質(zhì)量。
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( 發(fā)表人:何亞瓊 )