Межсимвольная интерференция - Intersymbol interference

В связи , межсимвольной интерференции ( МСИ ) является одной из форм искажения в виде сигнала , в котором один символ вмешивается с последующими символами. 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 интерферировать с соседними импульсами. ISI обычно вызывается многолучевым распространением или присущей линейной или нелинейной частотной характеристикой канала связи, вызывающей слияние последовательных символов.

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.

Способы уменьшения межсимвольных помех включают в себя коды адаптивной коррекции и коррекции ошибок .

Причины

Многолучевое распространение

Основная статья: Многолучевое распространение

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 неограниченным диапазоном

Другой причиной межсимвольных помех является передача сигнала через канал с ограниченной полосой пропускания , то есть канал, в котором частотная характеристика равна 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, 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.

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 доступной полосы пропускания . Для беспроводных систем им может быть выделен участок электромагнитного спектра для передачи (например, FM-радио часто транслируется в диапазоне 87,5–108  МГц ). Это распределение обычно управляется государственным агентством ; в случае Соединенных Штатов это Федеральная комиссия по связи (FCC). В проводной системе, такой как оптоволоконный кабель , решение о распределении принимает владелец кабеля.

Ограничение полосы также может быть связано с физическими свойствами среды - например, кабель, используемый в проводной системе, может иметь частоту среза, выше которой практически ни один из передаваемых сигналов не будет распространяться.

Системы связи, которые передают данные по каналам с ограниченной полосой пропускания, обычно используют формирование импульсов, 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 характеристика канала заранее неизвестна, и для компенсации частотной характеристики используется адаптивный эквалайзер .

Влияние на структуру глаз

Дополнительная информация о рисунках глаз: Рисунок глаз

Один из способов экспериментального исследования межсимвольной интерференции в PCM или системе передачи данных - это приложить полученную волну к вертикальным отклоняющим пластинам осциллографа и приложить пилообразную волну со скоростью передачи символов R (R = 1 / T) к горизонтальному отклонению. тарелки. Полученное изображение 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.

  1. Ширина глазка определяет временной интервал, в течение которого полученная волна может быть дискретизирована без ошибок от ISI. Очевидно, что предпочтительное время для взятия пробы - это момент времени, когда глаз открыт максимально широко.
  2. Чувствительность системы к ошибке синхронизации определяется скоростью закрытия глаза при изменении времени выборки.
  3. Высота отверстия глаза в указанное время выборки определяет запас по шуму.

Глазковая диаграмма, которая накладывает множество отсчетов сигнала, может дать графическое представление характеристик сигнала. Первое изображение ниже - это глазковая диаграмма для системы двоичной фазовой манипуляции (PSK), в которой единица представлена ​​амплитудой -1, а ноль - амплитудой +1. Текущее время выборки находится в центре изображения, а предыдущее и следующее время выборки - по краям изображения. На диаграмме отчетливо видны различные переходы от одного времени выборки к другому (например, «один к нулю», «один к одному» и т. Д.).

Запас помехоустойчивости - количество шума , требуется , чтобы заставить приемник , чтобы получить ошибку - задается расстояние между сигналом и точкой нулевой амплитуды в момент выборки; Другими словами, чем дальше от нуля во время выборки, тем лучше сигнал. Чтобы сигнал был правильно интерпретирован, он должен быть дискретизирован где-то между двумя точками, где пересекаются переходы от нуля к одному и от одного к нулю. Опять же, чем дальше друг от друга эти точки, тем лучше, поскольку это означает, что сигнал будет менее чувствителен к ошибкам синхронизации выборок в приемнике.

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 ).

  • Глазковая диаграмма двоичной системы PSK

  • Глазковая диаграмма той же системы с добавленными эффектами многолучевого распространения

Противодействие ISI

В телекоммуникациях и хранении данных существует несколько методов, которые пытаются обойти проблему межсимвольных помех.

  • Создавайте системы так, чтобы импульсная характеристика была достаточно короткой, чтобы очень мало энергии от одного символа попадало на следующий символ.
Последовательные импульсы с приподнятым косинусом, демонстрирующие свойство нулевого ISI

Преднамеренное межсимвольное вмешательство

Также существуют системы кодированной модуляции, которые намеренно встраивают контролируемое количество ISI в систему на стороне передатчика, известную как сигнализация «быстрее, чем по Найквисту» . В такой конструкции потеря вычислительной сложности приемника обменивается на выигрыш в пропускной способности по Шеннону всей системы приемопередатчика.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки