多径效应如何引起符号间串扰(ISI)

在无线信道中传输由于多径效应引起的码间串扰问题。

1、多径产生多径干扰:符号内干扰、符号间干扰

符号内干扰:OFDM符号内含有众多频率,由于信道的频率选择性,同一符号内不同频率分量到达接收端时信号衰减不一样,因此会产生误差。

.ISI:符号间干扰(Inter Symbol Interference)。这里的ISI和之前我们挂在嘴边的码间串扰是两个不同的概念对于某一个子载波而言,OFDM系统中提到的ISI专指因为多径传输造成的第i条路径信号对第1条路径造成的影响。并且我们认为第i条路径传送的信号相比第1条路径来讲具有最大的时延,基于这样一个事实,我们可以把ISI建模成一个简单的模型去分析,即模型中仅仅只含有第1条路径和第i条路径两路信号。   

.ICI:信道干扰(Inter Carrier Interference多载波间干扰)。OFDM系统的信道就是众多频率不同但是相互正交的载波,在理论模型里面认为各个子载波相互正交,所以OFDM系统不存在ICI。但是实际的系统是存在ICI的,并且目前来看这个ICI还是由多径造成的。

2、OFDM中消除多径干扰的方法

.符号内干扰:OFDM通过把高速率数据流进行串/并转换或者信道均衡/信道估计来消除

.ISI:OFDM通过保护间隔来解决ISI。这个保护间隔可以填充ZP(补零)或者CP(循环前缀)或者CS(循环后缀)。

.ISI消除原理:保护间隔长度大于信道的最大多径时延,这样一个OFDM的多径分量就不会对下一个OFDM符号造成干扰。(下一个符号因为是以保护间隔开头,之后才是真实数据,它不会受到上一个符号的影响,因为上一个符号的一部分都会落在保护间隔内。)

ISI干扰图:

    上图展示的是某一个OFDM符号的两条传输路径。两条竖线就是符号周期的长度。图中第2径就是相对于第1径有最大时延的那条路径。

 因为有时延,致使第1条路径的第一个符号传送完毕之后紧接着传送第二个符号时(从A点开始,两竖线间表示一个符号),第2条路径还在传送第一个符号。图中A就是第一条路径的第一个符号完结点,而第二条路径的第一个符号却一直持续到了D点。

这样一来,CD段叠加到AB段会使第一径的第二个符号受到干扰,对于连续的多个OFDM依次按照这样的叠加循环往复造成了ISI。由此可以看到,ISI产生影响的仅仅只是最大时延那么一小段即图中CD段而已。那么CD段之前难道没有影响吗?答案是否定的,那种影响也是存在的,可以增加也可能减小。同时这也是为什么说多径传输的最大时延如果小于码元宽度我们认为多径传输基本不造成通信质量下降的原因。

增加保护间隔后的图如下:

 上图仍然是有两条传输路径的OFDM符号,只不过在两个OFDM符号之间插入了保护间隔:AB和DE。注意,每一条路径都会有保护间隔,第一条路径的保护间隔是AB,第二条路径的保护间隔是DE。保护间隔采用补零的措施即ZP。

    看第一径的第一个符号传送完毕之后因为有保护间隔的存在,致使第二条路径的第一个符号虽然还有一小段尾巴CD,但是CD完全处在了第一径的保护间隔AB之内。如此,第一径经过保护间隔之后传送第二个符号BF时恰巧又碰上的是第二径的保护间隔DE。

     这样以来,我们发现插入保护间隔之后,只要这个保护间隔的长度大于信号最大时延,那么因为多径时延造成的ISI基本就可以消除。当然,实现这一理论的前提是,解调端解调信号时把保护间隔忽略掉,并不把他当成是有效信号的成分。

参考了两篇博客(它们的解释工作十分出色):

1.https://blog.csdn.net/weixin_42227141/article/details/83988746

2.https://blog.csdn.net/Reborn_Lee/article/details/81038263

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