что такое межсимвольная интерференция

OFDM — технология цифровой модуляции в сетях WiMax и LTE

Мы представляем вторую статью из цикла постов о беспроводной передачи данных.

В комментариях к первой из них: «Модуляция радиосигнала» уважаемый nerudo посоветовал рассказать о таком важном моменте как OFDM. Что мы c удовольствием и делаем.

Что такое OFDM?

OFDM (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing — ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием)

Это схема модуляции, использующая множество несущих. Канал делится на несколько субканалов или subcarrier (русский аналог «поднесущая» кажется мне немного смешным, я постараюсь избегать этого слова, употребляя где необходимо «вспомогательная несущая»)
В OFDM высокоскоростной поток данных конвертируется в несколько параллельных битовых потоков меньшей скорости, каждый из которых модулируется своей отдельной несущей.
Все это множество несущих передается одновременно.

Главное преимущество OFDM заключается в том, что продолжительность символа во вспомогательной несущей значительно больше в сравнении с задержкой распространения, чем в традиционных схемах модуляции. Это делает OFDM гораздо устойчивее к межсимвольной интерференции (ISI, intersymbol interference).

ISI – Межсимвольная интерференция

Межсимвольная интерференция это форма искажения сигнала, которая вызвана воздействием одного символа на другой. Этот эффект наблюдается как в проводных, так и в беспроводных системах передачи данных.
Магистерская диссертация вашего покорного слуги как раз была посвящена борьбе с межсимвольной интерференцией , поэтому объясню на примере кабельной линии. Кабель представляет собой распределенную RC-цепочку, и высокочастотные компоненты сигнала в нем подвержены затуханию. Самый критичный случай — это одиночная единица после серии нулей или одиночный ноль после единиц:

При передачи данных «по воздуху» нет RC составляющей, но включается другой механизм, приводящий к тому же эффекту. Он называется многолучевое распространение.
В следствие этого эффекта беспроводной сигнал от передатчика достигает приемника через несколько разных путей. Причины этого отражения (например от зданий) — рефракция (преломление при прохождению через кроны деревьев) и атмосферные эффекты.
Так как все пути разной длинны, а некоторые из описанных выше эффектов приводят к задержке сигнала, в результате разные версии сигнала придут к приемнику в разное время. Из-за взаимного наложения всех этих сигналов результирующий сигнал будет искажен.
Я возьму пример искажения сигнала при многолучевом распространении из Википедии.
Исходный сигнал:

Сигнал подвергшийся эффекту многолучевого распространения:

Возможно уважаемый хабрачитатель при виде этих картинок сделал удивленное лицо. Сейчас поясню.
Это так называемая глазковая диаграмма. Она строится очень просто: все источники взаимодействия или сигналы накладываются друг на друга. Под «глазом» подразумевается область в середине, по форме напоминающая глаз. На первой картинке «глаз широко откры
т», на второй «глаз прищурен». Если «глаз закроется» или будет меньше определенной величины, то такой сигнал уже нельзя будет принять.
Интуитивно понятно, что чем выше частота сигнала, тем меньше будет «глаз».

Ключевым принципом OFDM является использование охранного интервала. Это возможно благодаря тому, что продолжительность каждого символа достаточно велика.
Приведу пример из англоязычной Википедии:
«Если кто-то передает миллион символов в секунду, используя однонесущую модуляцию по беспроводному каналу, то продолжительность каждого символа будет равна одной микросекунде или меньше. Из этого вытекают определенные требования к синхронизации и необходимость подавлять многолучевую интерференцию. Если тот же миллион символов в секунду распределяется между тысячей субканалов, продолжительность каждого символа может быть увеличена на три порядка (т.е. до одной миллисекунды) при приблизительно той же пропускной способности. Предположим, что мы можем вставить охранный интервал равный 1/8 продолжительности символа между каждым символом. Межсимвольная интерференция может быть терпима, если время между приемом первого и последнего эха меньше охранного интервала (т.е. 125 микросекунд). Это соответствует максимальной разнице в 37.5 километров между длиной пути сигнала.

Другим преимуществом является устойчивость к частотно-зависимому затуханию. Такой тип затухания может оказывать очень негативное влияние при многолучевом распространении сигнала, особенно если источник и приемник не находятся в прямой видимости. При OFDM модуляции данные распределяются между множеством вспомогательных несущих, поэтому информация пострадавшая в нескольких субканалах может быть восстановлена с помощью ЕСС.

Источник

В телекоммуникации, межсимвольная интерференция (ISI) является формой искажение из сигнал в каком символ мешает последующим символам. Это нежелательное явление, поскольку предыдущие символы имеют такой же эффект, как и шум, что снижает надежность связи. Распространение импульса за пределы отведенного ему временного интервала заставляет его мешать соседним импульсам. [1] ISI обычно вызывается многолучевым распространением или присущей линейной или нелинейной частотной характеристике канал связи заставляя последовательные символы «размываться» вместе.

Наличие ISI в системе вносит ошибки в устройство принятия решения на выходе приемника. Следовательно, при разработке фильтров передачи и приема цель состоит в том, чтобы минимизировать влияние ISI и тем самым доставлять цифровые данные к месту назначения с наименьшей возможной частотой ошибок.

Способы уменьшить межсимвольные помехи включают: адаптивная коррекция и коды исправления ошибок. [2]

Содержание

Причины

Многолучевое распространение

Одна из причин межсимвольной интерференции: многолучевое распространение в котором беспроводной сигнал от передатчика достигает приемника по нескольким путям. Причины этого включают отражение (например, сигнал может отражаться от зданий), преломление (например, через листва дерева) и атмосферные эффекты, такие как атмосферный воздуховод и ионосферное отражение. Поскольку разные пути могут иметь разную длину, это приводит к тому, что разные версии сигнала поступают в приемник в разное время. Эти задержки означают, что часть или весь данный символ будет распространяться на последующие символы, тем самым мешая правильному обнаружению этих символов. Кроме того, различные пути часто искажают амплитуда и / или фаза сигнала, тем самым вызывая дальнейшие помехи принятому сигналу.

Каналы с неограниченным диапазоном

Другой причиной межсимвольных помех является передача сигнала через ограниченный диапазон канал, т. е. тот, где частотный отклик равен нулю выше определенной частоты (частоты среза). Прохождение сигнала через такой канал приводит к удалению частотных составляющих выше этой частоты среза. Кроме того, компоненты частоты ниже частоты среза также могут ослабляться каналом.

Эта фильтрация передаваемого сигнала влияет на форму импульса, приходящего на приемник. Эффекты фильтрации прямоугольного импульса не только изменяют форму импульса в пределах первого периода символа, но также распространяются на последующие периоды символа. Когда сообщение передается через такой канал, импульс расширения каждого отдельного символа будет мешать следующим символам.

Каналы с ограниченным диапазоном частот присутствуют как в проводной, так и в беспроводной связи. Ограничение часто налагается желанием передавать несколько независимых сигналов через одну и ту же зону / кабель; из-за этого каждой системе обычно выделяется часть общей пропускная способность имеется в наличии. Для беспроводных систем им может быть выделена часть электромагнитный спектр передать в (например, FM радио часто транслируется в диапазоне 87,5–108МГц ассортимент). Этим распределением обычно занимается государственное агентство; в случае Соединенных Штатов это Федеральная комиссия связи (FCC). В проводной системе, такой как оптоволоконный кабель, распределение будет определяться владельцем кабеля.

Системы связи, которые передают данные по каналам с ограниченной полосой пропускания, обычно реализуют формирование импульса чтобы избежать помех, вызванных ограничением полосы пропускания. Если частотная характеристика канала плоская, а формирующий фильтр имеет конечную полосу пропускания, можно вообще обмениваться данными без ISI. Часто ответ канала заранее неизвестен, и адаптивный эквалайзер используется для компенсации частотной характеристики.

Влияние на структуру глаз

Один из способов изучить ISI в PCM или система передачи данных экспериментально заключается в подаче принятой волны на вертикальные отклоняющие пластины осциллографа и подаче пилообразной волны с передаваемой символьной скоростью R (R = 1 / T) на горизонтальные отклоняющие пластины. Получающийся в результате дисплей называется глазковой диаграммой из-за его сходства с человеческим глазом для двоичных волн. Внутренняя часть глазного рисунка называется глазным отверстием. Глазковая диаграмма дает большой объем информации о производительности соответствующей системы.

Эффекты ISI показаны на втором изображении, которое является глазковой диаграммой той же системы при работе по многолучевому каналу. Эффект от приема задержанных и искаженных версий сигнала можно увидеть в потере четкости переходов сигналов. Это также уменьшает как запас шума, так и окно, в котором сигнал может быть дискретизирован, что показывает, что производительность системы будет хуже (т.е. коэффициент битовых ошибок).

Источник

Наличие ISI в системе вносит ошибки в устройство принятия решения на выходе приемника. Следовательно, при разработке фильтров передачи и приема цель состоит в том, чтобы минимизировать влияние ISI и, таким образом, доставлять цифровые данные к месту назначения с наименьшей возможной частотой ошибок.

СОДЕРЖАНИЕ

Причины

Многолучевое распространение

Каналы с неограниченным диапазоном

Эта фильтрация передаваемого сигнала влияет на форму импульса, поступающего на приемник. Эффекты фильтрации прямоугольного импульса не только изменяют форму импульса в пределах первого периода символа, но также распространяются на последующие периоды символа. Когда сообщение передается через такой канал, импульс расширения каждого отдельного символа будет мешать последующим символам.

Влияние на структуру глаз

Один из способов экспериментального исследования межсимвольной интерференции в PCM или системе передачи данных состоит в том, чтобы приложить полученную волну к вертикальным отклоняющим пластинам осциллографа и приложить пилообразную волну со скоростью передачи символов R (R = 1 / T) к горизонтальному отклонению. тарелки. Получающийся в результате дисплей называется глазковой диаграммой из-за его сходства с человеческим глазом для двоичных волн. Внутренняя часть глазного рисунка называется глазным отверстием. Глазковая диаграмма предоставляет большой объем информации о производительности соответствующей системы.

Эффекты ISI показаны на втором изображении, которое представляет собой глазковую диаграмму той же системы при работе по многолучевому каналу. Эффект от приема задержанных и искаженных версий сигнала можно увидеть в потере четкости переходов сигналов. Это также уменьшает как запас помехоустойчивости, так и окно, в котором сигнал может быть дискретизирован, что показывает, что производительность системы будет хуже (т. Е. Она будет иметь больший коэффициент ошибок по битам ).

Источник

Межсимвольная интерференция

В современном мире электронная техника развивается семимильными шагами. Каждый день появляется что-то новое, и это не только небольшие улучшения уже существующих моделей, но и результаты применения инновационных технологий, позволяющих в разы улучшить характеристики.

Не отстает от электронной техники и приборостроительная отрасль – ведь чтобы разработать и выпустить на рынок новые устройства, их необходимо тщательно протестировать, как на этапе проектирования и разработки, так и на этапе производства. Появляются новая измерительная техника и новые методы измерения, а, следовательно – новые термины и понятия.

Для тех, кто часто сталкивается с непонятными сокращениями, аббревиатурами и терминами и хотел бы глубже понимать их значения, и предназначена эта рубрика.

Межсимвольная интерференция (МСИ, InterSymbol Interference, ISI) является эффектом наложения в приемнике символов друг на друга. Особенностью многих линий радиосвязи (например, тропосферных, спутниковых, мобильных и т. п.) является многолучевой характер распространения радиосигнала. В точке приёма сигнал является суммой большого числа элементарных сигналов различных амплитуд со случайным временем запаздывания. Отдельные лучи могут запаздывать друг относительно друга на существенную величину (большая разность хода различных лучей в радиоканале), что и вызывает эффект МСИ.

МСИ — искажение сигнала за счет откликов на другие (более ранние) символы, которые могут проявляться как помехи. Так же этот эффект может наблюдаться из-за ограниченной полосы пропускания радиотракта. По степени искажения формы импульса межсимвольные помехи могут быть большими или малыми, а сама эта степень при наложении сигналов зависит от разности времени прихода сигналов в точку приёма. Разницу времени распространения по максимальному и минимальному путям обычно называют временем многолучевости.

Источник

Межсимвольная интерференция

Наличие ISI в системе вносит ошибки в устройство принятия решения на выходе приемника. Следовательно, при разработке фильтров передачи и приема цель состоит в том, чтобы минимизировать влияние ISI и, таким образом, доставлять цифровые данные к месту назначения с наименьшей возможной частотой ошибок.

СОДЕРЖАНИЕ

Причины [ править ]

Многолучевое распространение [ править ]

Одной из причин межсимвольных помех является многолучевое распространение, при котором беспроводной сигнал от передатчика достигает приемника по нескольким путям. Причины этого включают отражение (например, сигнал может отражаться от зданий), преломление (например, сквозь листву дерева) и атмосферные эффекты, такие как атмосферный воздуховод и ионосферное отражение.. Поскольку разные пути могут иметь разную длину, это приводит к тому, что разные версии сигнала поступают в приемник в разное время. Эти задержки означают, что часть или весь данный символ будет распространяться на последующие символы, тем самым препятствуя правильному обнаружению этих символов. Кроме того, различные пути часто искажают амплитуду и / или фазу сигнала, тем самым вызывая дополнительные помехи принимаемому сигналу.

Каналы с ограниченным диапазоном [ править ]

Эта фильтрация передаваемого сигнала влияет на форму импульса, поступающего на приемник. Эффекты фильтрации прямоугольного импульса не только изменяют форму импульса в пределах первого периода символа, но также распространяются на последующие периоды символа. Когда сообщение передается через такой канал, импульс расширения каждого отдельного символа будет мешать последующим символам.

Влияние на структуру глаз [ править ]

Эффекты ISI показаны на втором изображении, которое представляет собой глазковую диаграмму той же системы при работе по многолучевому каналу. Эффект от приема задержанных и искаженных версий сигнала можно увидеть в потере четкости переходов сигналов. Это также уменьшает как запас помехоустойчивости, так и окно, в котором сигнал может быть дискретизирован, что показывает, что производительность системы будет хуже (т. Е. Она будет иметь больший коэффициент ошибок по битам ).

Источник