BLAST

BLAST

通信技術
BLAST是英語Bell Labs Layered Space-Time的縮寫,是一項新的通信技術,它采用多天線系統利用多徑傳播效應以達到提高頻譜利用率的目的。如今BLAST技術已經與OFDM(正交頻分複用)以及自适應編碼(Adaptive Coding)技術一道被公認為3G(Beyond IMT2000)時代以至4G的三大關鍵的空中接口技術。
  • 中文名:BLAST
  • 外文名:Bell Labs Layered Space-Time
  • 别名:
  • 性質:通信技術
  • 目的:提高頻譜利用率

技術

通信難題

所有的蜂窩通信系統均面臨着兩個基本問題:多址幹擾和碼間幹擾(ISI)。它們是各自獨立互不相關的兩個問題,這意味着解決其中任何一個問題都不會自然地導緻另一個問題的解決。截止目前,人們所看到的每一次空中技術的革命都是源自于多址技術的進步,如FDMA、TDMA、CDMA,同時,随着數據速率的提高,在給定蜂窩體制内的碼間幹擾(多徑幹擾)的問題已經變得日漸突顯:理論上多徑衰落與信号的碼率成正比,于是人們發展出了許多方法來解決這個問題,典型的如智能天線,RAKE RECEIVER、OFDM(正交頻分複用)等,BLAST是最新的一種解決多徑幹擾的方法,3G後空中接口的技術革新應該來自對于這一問題的解決方法的突破。

BLAST的核心是MIMO(MULTIPLE INPUT/MULTIPLE OUTPUT),它是如何解決多徑效應從而提高頻譜效率的呢?大家知道無線電傳播的多徑效應與信号的周期成反比,若能在每一個傳播信道上降低信号的傳播速率,就能相應地在該信道上減弱多徑衰落,一個直觀的做法就是在饋入的高速源數據流上實施串/并轉換從而将其分割成多個子數據流,這些降速了的子數據流在傳播時應該得到較少的多徑衰落。在頻域劃分就是OFDM,若在空間域劃分就是BLAST。

向傳統挑戰

從仙農信道容量的公式可以推導出,對于互不相關的多進多出的瑞力衰落信道HMN,其吞吐量與這樣的信道的數量是一個線性關系,亦即滿足上述條件的空中信道的容量與收發信天線的數量是成正比的,如圖1所示。

實施BLAST的一個必要條件是從發信端至收信端應有足夠多的互不相關的多徑,這在真實的傳播環境中自然不是問題!這是一個令人吃驚的結果:傳統上總是希望多徑越少越好,而BLAST恰恰利用多徑來拓寬頻譜!

另外一個關鍵的問題是如何區分這些空間域上的子信道。在每個子信道上傳播的信号都是同頻同時的,那麼如何消除在接收端的同頻幹擾?解決問題的關鍵在于正确地區分子信道,即如何在子信道上打上标記,一個自然的想法是為每個子信道編碼,如用WALSH碼,但是WALSH碼本身會占用帶寬,這樣做的結果将使頻譜效率的提高大打折扣。其實答案就在傳播信道本身,首先引入傳播系數的概念:傳播系數反映了經過編碼的信号在信道傳播中的能量損耗。由于子信道間的互不相關性,其相應的傳播系數也是互不相關的,這些互不相關的傳播系數就構成了對子信道的标記。

如何獲取傳播系數呢?一般可采用在每個子信道上發送導頻或在每個數據幀前插入訓練序列(The training sequence)的方式來獲取。這時我們就可以得出實施BLAST的兩個重要前提:各子信道的傳播系數是互不相關的;收信方必須在收信前對信道有充分的了解(即準确的信道估計)。

與OFDM的融合

從本質上,BLAST與OFDM并不排斥,是完全一緻的,二者均通過降低源數據流的碼率來獲得對多徑的抵抗能力,無非一個在空間域實施(BLAST),一個在頻率域實施(OFDM)而已,但正是二者實施方式的不同,使它們表面看起來非常的不同,貝爾實驗室正在做的一項重要工作就是研究如何将二者結合起來,從而達到一個前所未有的頻譜效率的高度,這項技術就是WaveBLAST,或稱為SPACE-TIMEBLAST。

研究進展

朗訊已經成功地開發出了BLAST芯片組,下一步的重要工作就是将它應用到實踐中。事實上,将BLAST整和進OneBTS平台并不是一件十分複雜的工作,而BLAST所帶來的容量增益卻是顯而易見的。

BLAST/MIMO技術已被納入3GPP的Release 6以及3GPP2的Rev.D中。在一種BLAST用于HSDPA的典型應用中,在5MHz的帶寬内,僅采用QPSK的調制方式就可達到19.2Mbps的吞吐量,頻譜效率可達3.84bps/Hz。

研究領域還包括如何将BLAST的應用範圍擴展到室外的蜂窩環境,因此還需深入研究室外無線電信号的傳播特性,更有效且足夠簡單的系統結構,信号處理的算法,改進的天線系統等。此外,還包括如何将BLAST與OFDM很好地結合起來等。

對于運營商而言,對通信質量的追求是赢得最終終端用戶的關鍵。而BLAST在3G中的成功融合應用(3G通過高帶寬确保了多徑的實現)将使高質量的無線通信得以簡捷實現,從而實現應用層面的跨越。

分析工具

概述

BLAST(Basic Local Alignment Search Tool)是一套在蛋白質數據庫或DNA數據庫中進行相似性比較的分析工具。BLAST程序能迅速與公開數據庫進行相似性序列比較。BLAST結果中的得分是對一種對相似性的統計說明。

BLAST采用一種局部的算法獲得兩個序列中具有相似性的序列。如果您想進一步了解BLAST算法,您可以參考NCBI的BLAST Course,該頁有BLAST算法的介紹。

BLAST代表貝爾實驗室分層空時結構。如果您正在訪問我們的非英語版本,并希望看到貝爾實驗室分層空時結構的英文版本,請向下滾動到底部,您将看到貝爾實驗室分層空時結構在英語中的含義。請記住,BLAST的縮寫廣泛應用于銀行、計算機、教育、金融、政府和衛生等行業。除了BLAST之外,貝爾實驗室分層空時結構可能還簡稱為其他首字母縮略詞。

功能

BLAST對一條或多條序列(可以是任何形式的序列)在一個或多個核酸或蛋白序列庫中進行比對。BLAST還能發現具有缺口的能比對上的序列。

BLAST是基于Altschul等人在J.Mol.Biol上發表的方法(J.Mol.Biol.215:403-410(1990)),在序列數據庫中對查詢序列進行同源性比對工作。從BLAST發展到NCBI提供的BLAST2.0,已将有缺口的比對序列也考慮在内了。BLAST可處理任何數量的序列,包括蛋白序列和核酸序列;也可選擇多個數據庫但數據庫必須是同一類型的,即要麼都是蛋白數據庫要麼都是核酸數據庫。所查詢的序列和調用的數據庫則可以是任何形式的組合,既可以是核酸序列到蛋白庫中作查詢,也可以是蛋白序列到蛋白庫中作查詢,反之亦然。

GCG及EMBOSS等軟件包中包含有五種BLAST:

1、BLASTP是蛋白序列到蛋白庫中的一種查詢。庫中存在的每條已知序列将逐一地同每條所查序列作一對一的序列比對。

2、BLASTX是核酸序列到蛋白庫中的一種查詢。先将核酸序列翻譯成蛋白序列(一條核酸序列會被翻譯成可能的六條蛋白),再對每一條作一對一的蛋白序列比對。

3、BLASTN是核酸序列到核酸庫中的一種查詢。庫中存在的每條已知序列都将同所查序列作一對一地核酸序列比對。

4、TBLASTN是蛋白序列到核酸庫中的一種查詢。與BLASTX相反,它是将庫中的核酸序列翻譯成蛋白序列,再同所查序列作蛋白與蛋白的比對。

5、TBLASTX是核酸序列到核酸庫中的一種查詢。此種查詢将庫中的核酸序列和所查的核酸序列都翻譯成蛋白(每條核酸序列會産生6條可能的蛋白序列),這樣每次比對會産生36種比對陣列。

通常根據查詢序列的類型(蛋白或核酸)來決定選用何種BLAST。假如是作核酸-核酸查詢,有兩種BLAST供選擇,通常默認為BLASTN。如要用TBLASTX也可,但記住此時不考慮缺口。

BLAST适用于本地查詢。可以下載公共數據庫,對于該數據庫的更新和維護是必不可少的。如果要直接到網上查詢也可以(即NetBlast),但記住如果你認為自己的序列很有價值的話,還是謹慎為宜。

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