符号长度与时延扩展
-
符号长度:
符号长度是指一个符号(即一个信息单元)在传输过程中所占用的时间。符号长度通常与系统的带宽和调制方式有关。例如,在GSM系统中,符号长度大约为 5μs。 -
时延扩展:
时延扩展是指信号通过不同路径到达接收端时的时间差。在城市环境中,典型的时延扩展为 5μs。这意味着信号通过最短路径和最长路径到达接收端的时间差大约是5微秒。
符号长度与时延扩展的比较:(符号长度越大越好)
-
如果符号长度大于时延扩展,那么不同路径的信号到达接收端时,它们的时间差不会导致符号间的干扰(ISI,Inter-Symbol Interference)。在这种情况下,系统可以很好地处理多径效应。
-
如果符号长度小于时延扩展,那么不同路径的信号到达接收端时,它们的时间差会导致符号间的干扰(ISI)。这种情况下,系统需要额外的技术(如均衡器或正交频分复用(OFDM))来减轻ISI的影响。
窄带系统和宽带系统
窄带系统和宽带系统是根据系统带宽相对于信道特性(如多径效应、时延扩展等)的大小来区分的。以下是它们的定义和特点:
窄带系统
定义:
窄带系统是指系统的带宽远小于信道的相干带宽(Coherence Bandwidth)。相干带宽是信道的一个特性,表示信道在频率上保持相对平坦的频率范围。
特点:
-
带宽较小:
- 窄带系统的带宽通常较小,例如GSM系统的带宽为 180kHz。
- 由于带宽小,信号的频谱范围较窄。
-
多径效应影响较小:
- 在窄带系统中,信号的带宽远小于信道的相干带宽,因此多径效应(如时延扩展)对信号的影响较小。
- 不同路径的信号到达接收端时,它们的频率响应变化不大,因此可以认为信道在频率上是平坦的。
-
符号间干扰(ISI)较小:
- 由于多径效应的影响较小,符号间干扰(ISI)也较小,系统不需要复杂的均衡技术来处理ISI。
-
符号长度与时延扩展相当:
- 在窄带系统中,符号长度通常与时延扩展相当。例如,GSM系统的符号长度为 5μs,时延扩展也为 5μs。
-
简化信道模型:
- 由于多径效应的影响较小,窄带系统可以简化信道模型,通常只需要考虑少数几条主要的多径路径(如 Nh = 2)。
宽带系统
定义:
宽带系统是指系统的带宽接近或大于信道的相干带宽。宽带系统的带宽较大,信号的频谱范围较宽。
特点:
-
带宽较大:
- 宽带系统的带宽通常较大,例如LTE系统的带宽可以达到 20MHz 或更高。
- 由于带宽大,信号的频谱范围较宽。
-
多径效应影响较大:
- 在宽带系统中,信号的带宽接近或大于信道的相干带宽,因此多径效应(如时延扩展)对信号的影响较大。
- 不同路径的信号到达接收端时,它们的频率响应变化较大,因此信道在频率上是频率选择性的(Frequency-Selective)。
-
符号间干扰(ISI)较大:
- 由于多径效应的影响较大,符号间干扰(ISI)也较大,系统需要复杂的均衡技术(如频域均衡或时域均衡)来处理ISI。
-
符号长度远小于时延扩展:
- 在宽带系统中,符号长度通常远小于时延扩展。例如,LTE系统的符号长度可能为 0.1μs,而时延扩展可能为 10μs。
-
复杂信道模型:
- 由于多径效应的影响较大,宽带系统需要更复杂的信道模型,通常需要考虑更多的多径路径(如 Nh > 2)。
-
常用技术:
- 为了应对多径效应和符号间干扰,宽带系统通常采用正交频分复用(OFDM)技术,将宽带信号分成多个窄带子载波,从而降低多径效应的影响。
窄带系统与宽带系统的对比
特性 | 窄带系统 | 宽带系统 |
---|---|---|
带宽 | 较小(如180kHz) | 较大(如20MHz或更高) |
多径效应影响 | 较小 | 较大 |
符号间干扰(ISI) | 较小 | 较大 |
符号长度与时延扩展关系 | 符号长度与时延扩展相当 | 符号长度远小于时延扩展 |
信道模型复杂度 | 简单(如Nh = 2) | 复杂(如Nh > 2) |
常用技术 | 无需复杂均衡技术 | 正交频分复用(OFDM)等复杂技术 |
注:消除符号间的干扰技术就是均衡。频域均衡主要在宽带系统得以应用。
总结:
- 窄带系统:带宽小,多径效应影响小,符号间干扰小,信道模型简单。
- 宽带系统:带宽大,多径效应影响大,符号间干扰大,信道模型复杂,通常需要采用OFDM等技术来应对多径效应。
为什么说频域均衡在宽带系统下时,FFT优势才明显
频域均衡在宽带系统中具有明显的优势,主要是因为:
-
宽带系统的带宽大,信号长度大,FFT的计算效率优势显著。
-
宽带系统的多径效应严重,频域均衡可以更好地处理频率选择性衰落。通过FFT,可以将多径效应的影响转换为频域的频率选择性衰落,从而更容易进行均衡处理。
-
FFT的并行处理特性 适合宽带系统的并行处理需求。
-
频域均衡与OFDM的结合 使得FFT在宽带系统中成为核心技术。
因此,在宽带系统中,FFT的优势才得以充分发挥,频域均衡成为一种高效且实用的均衡技术。
为什么宽带系统下,多径效应严重
在宽带系统中,多径效应严重的原因是:
-
宽带系统的带宽大,信号的频谱范围宽,信号的不同频率成分会经历不同的衰落(频率选择性衰落)。
-
宽带系统的符号长度小,符号长度远小于时延扩展,导致符号间干扰(ISI)严重。例如,LTE系统的符号长度可能为 0.1μs,而时延扩展可能为 10μs。
-
宽带系统的多径路径数量多,信号在传播过程中会经历更多的反射、折射和散射,导致多径路径的时延差异大。
因此,宽带系统的带宽大、符号长度小以及多径路径数量多,共同导致了多径效应的严重性。