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(lèi)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(mǎn)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(mǎn)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(chēng)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(lèi)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。