发布时间 : 星期六 文章无线衰落信道、多径与OFDM、均衡技术更新完毕开始阅读
它们具有对偶性质
由于信号在时域的时延扩展，引起了频域的 频率选择性衰落，即某些频率点的幅度下降特别大，这些频率点构成了一个衰落周期（即一个频率范围），衰落周期是时域的时延扩展的倒数。 由于用户高速移动产生了频域的多普勒频移，即频率由f0扩展到（f0+△f）为中心点的一段频率（即在频域上将信号的带宽展宽了，范围为B）。用户高速移动 时产生了多径信号，如果各多径信号的时延（即到达接收机的时间）差别太大，则叠加起来差别太大。多普勒频移 与 相干时间 可以联系起来。可把 相干时间 视为时域的衰落周期，相干时间之外，即时间选择性衰落。
多径对信号频谱的影响，OFDM如何抗多径？
设时延为θ，循环前缀CP长为Ng。 在系统已经同步的前提下
1，当θ 可见：θ 2，当θ>Ng时，各子载波不再保护正交，会引入ICI。 θ>Ng时，子载波相位跳变可能发生在FFT积分期间，波形的不连续会产生很多谐波，这些谐波进入其它子信道中引起了ICI。 当最大时延大于保护间隔时，时延会产生附加谐波，从而破坏子载波间的正交性。这时接收机只能在FFT之前先对信号作频偏校正，以保持子载波间的正交性后再解调。 而在采用BPSK和QPSK调制时，即使最大时延大于保护间隔且不大于FFT积分（64点）的6%的情况下，仍有较好的适应性。?\\\\ 而16QAM与64QAM的OFDM系统抗多径性能较差，即使时延小于保护间隔，也会对系统误码率产生影响。 已经证明，当最大多径时延小于保护间隔（且同时采用了循环前缀CP生成保护间隔GI），可以完全消除多径干扰而不会引起ISI和ICI。 但当存在某条路径p的时延大于保护间隔时，会使得上一个OFDM的符号，通过第p条路径泄露到 当前OFDM符号序列中，引起ISI和ICI。 为克服这条多径需要采用较长的保护间隔，这会引起很大的系统开销，降低了系统容量。 可能的方法是：干扰抵消，此时循环前缀仅用于主要的时延较小的路径，而时延较大的路径则作为干扰处理。但存在误码率较大的问题。 思考：所以，多径信号之间不会互相影响，时延只会影响 单条多径信号 内子载波的正交性。 GSM中的自适应均衡技术 注:下面虽然描述的是GSM技术，但主要技术原理仍适应于LTE。 数字传输的引入带来了另一问题是时间色散。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，图3－20为时间色散一例。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。 图3－20 时间色散 在GSM系统中，比特速率为270kbit／s，则每一比特时间为3.7ms。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。 均衡有两个基本途径：一为频域均衡，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。 二为时域均衡，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，如图3-21。 图3－21 横向滤波器 自适应均衡器所追求的目标就是要达到最佳抽头增益系数，是直接从传输的实际数字信号中根据某种算法不断调整增益，因而能适应信道的随机变化，使均衡器总是保持最佳的工作状态，有更好的失真补偿性能，自适应均衡器需有三个特点：快速初始收敛特性、好的跟踪信道时变特性和低的运算量。因此，实际使用的自适应均衡器系统除在正式工作前先发一定长度的测试脉冲序列，又称训练序列，以调整均衡器的抽头系数，使均衡器基本上趋于收敛，然后再自动改变为自适应工作方式，使均衡器维持最佳状态。自适应均衡器一般还按最小均方误差准则来构成，最小均方算法采用维特比（“Viterbi）算法。维特比算法其实质就是最大似然比算法，维特比均衡器的方框图如图3-22。 图3－22 维特比均衡器 GSM数字移动通信系统中的训练序列如表3-1，它们具有很好的自相关性，以使均衡器具有很好的收敛性。 表3-1 GSM系统的训练序列 序数 十进制 八进制 十六进制 二进制 1 9898135 45604227 970897 001001011100001000 10010111 2 12023991 55674267 B778B7 001011011101111000 10110111 3 17754382 103564416 10EE90E 010000111011101001 00001110 4 18796830 107550436 11ED11E 010001111011010001 00011110 5 7049323 32710153 6B906B 000110101110010000 01101011 6 20627770 116540472 13AC13010011101011000001 A 00111010 7 43999903 247661237 29F629F 101001111101100010 10011111 8 62671804 357045674 3BC4BB111011110001001011 C 10111100 下面简单介绍一下均衡技术的原理。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，见图3-23。 图3-23 均衡器工作原理 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15ms左右的反射信号，15ms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15ms就可以得到很好的信号质量。