Межсимвольная интерференция - Intersymbol interference

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]

Причины

Многолучевое распространение

Основная статья: 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.

Ограничение полосы также может быть связано с физическими свойствами среды - например, кабель, используемый в проводной системе, может иметь частоту среза, выше которой практически никакой передаваемый сигнал не будет распространяться.

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

Дополнительная информация о рисунках глаз: Рисунок 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.

  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, на которую накладывается множество отсчетов сигнала, может дать графическое представление характеристик сигнала. Первое изображение ниже - это глазок для двоичного файла. фазовая манипуляция (PSK) система, 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.).

В запас шума - количество шума, необходимое для того, чтобы приемник получил ошибку, - определяется расстоянием между сигналом и точкой нулевой амплитуды во время 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, так как это означает, что сигнал будет менее чувствителен к ошибкам синхронизации выборок на приемнике.

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 ).

  • Глазковая диаграмма двоичной системы PSK

  • Глазковая диаграмма той же системы с добавленными эффектами многолучевого распространения

Противодействие ISI

В телекоммуникации и хранение данных, которые пытаются обойти проблему межсимвольной интерференции.

  • 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

Существуют также системы кодированной модуляции, которые намеренно встраивают контролируемое количество ISI в систему на стороне передатчика, известное как сигнализация быстрее Найквиста. В такой конструкции потеря вычислительной сложности приемника обменивается на выигрыш в пропускной способности по Шеннону всей системы приемопередатчика. Увидеть [3] для недавнего обзора этой техники.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Lathi, B.P .; Дин, Чжи (2009). Современные цифровые и аналоговые системы связи (Четвертое изд.). Oxford University Press, Inc. стр. 394. ISBN  9780195331455.
  2. ^ Цифровые коммуникации Саймона Хайкина, Университет Макмастера
  3. ^ «Быстрее, чем передача сигналов Найквиста», Дж. Б. Андерсон, Ф. Русек и В. Овалл, Труды IEEE, август 2013 г.

дальнейшее чтение

внешние ссылки