时间色散和均衡

　　什么是时间色散

　　数字传输的引入带来了一个新的问题是时间色散。这一问题也起源于反射，但与多径衰落不同，其反射信号来自远离接收天线的物体约在几千米远处。由基站发送“1”、“0”序列，如果反射信号的达到时间刚好滞后直射信号一个比特的时间，那么接收机将在从直射信号中检出“0”的同时，还从反射信号中检出“1”，于是导致符号“1”对符号“0”的干扰。

　　在无线通信中，无线电波从发射端到接收端会经过直射、反射等很多传播途径，反射路径要比直射路径长一些，因此，从发射端辐射出的波经过反射路径到达接收端用的时间要比走直射路径长一些。从接收端看，先后收到了来自同一信源的两列波；这两列波走的路径不同，传播环境不同，受到的干扰也不同。

　　时间色散是指到达接收机的直射信号和其他多径信号由于空间传输的时间差异而带来的彼此干扰问题。假若发射机发送了一个“1”，由于多径效应，接收机先收到“1”这个数据，又收到“0”这个数据，接收机困惑了，不知道究竟是“0”还是“1”了，所以解码就可能出现错误，如下图所示。

　　电磁场中，任意一点的场值与以前时刻的场值有关，叫时间色散，如热等离子体。

　　发射信号经过远离接收天线的物体反射容易导致时间色散，可以通过工程参数调整来规避时间色散问题，也可以通过创新技术来识别和避免此类问题。

　　在GSM系统中，比特速率为270kbit／s，则每一比特时间为3.7s。因此，一比特对应1.1km。假如反射点在移动台之后lkm，那么反射信号的传输路径将比直射信号长2km。这样就会在有用信号中混有比它迟到两比特时间的另一个信号，出现了码间干扰。时间色散似乎是个很棘手的问题，不过在GSM系统中采用了自适应均衡技术，这一问题的严重性得以缓解。

　　消除时间色散一般采用接收机内带有均衡器。

　　均衡有两个基本途径：

　　1、频域均衡，它使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输的条件。它往往是分别校正幅频特性和群时延特性，序列均衡通常采用这种频域均衡法。

　　2、时域均衡，就是直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰的条件。

　　目前我们面临的信号是时变信号，因此需要采用第二个均衡途径时域均衡来达到整个系统无码间串扰。

　　时域均衡系统的主体是横向滤波器，也称横截滤波器，它由多级抽头延迟线、加权系数相乘器（或可变增益电路）及相加器组成。

　　均衡技术的原理

　　信道可以是金属线、光缆、无线链路等，每种信道有其自己的特性，如带宽、衰减等等。因此，最佳接收机应适合用于特殊类型传输信道，这就意味着该接收机应知道信道是什么样的，否则就不是最佳接收机：我们要做的事情就是建立一个传输信道（即空中接口）的数学模型，计算出最可能的传输序列，这就是均衡器。传输序列是以突发脉冲串的形式传输，在突发脉冲串的中部，加有已知方式的且自相关性强的训练序列，利用这一训练序列，均衡器能建立起该信道模型。这个模型随时间改变，但在一个突发脉冲串期间被认为是恒定的。建立了信道模型，下一步是产生全部可能的序列，并把它们馈入通过信道模型，输出序列中将有一个与接收序列最相似，与此对应的那个输入序列便被认为是当前发送的序列。

　　例中序列长度N ＝3，接收序列为010。N ＝3给出了馈入信道模型的8种可能的输入系列：输入000，输出100； 输入001，输出010；输入010，输出：110等等。

　　显然，第二个输入系列001产生了最相似输出序列010，因此认为001＝为发送序列。 这看起来似乎很简单，不过问题是通常不会有N=3的情况。例如在GSM中，N ＝116，这就需要相当大量的比较。假如每秒钟比较1千万个组合，计算全部组合将要花费1029年。由此导致的话音时延是绝对不能容忍的，所以实际使用的均衡器中使用了维特比算法就是这个道理。

　　GSM规范要求均衡器应能处理时延高达15s左右的反射信号，15s约对应4比特时间。此外，由于近区（相对于接收机）反射，反射信号本身易受到瑞利衰落的影响。然而，与直射信号相比，反射信号具有不相关性衰落图形，困而能被均衡器利用，从而改善性能。因此只要反射信号的时延不超过15s就可以得到很好的信号质量。