En telecomunicaciones , la interferencia entre símbolos ( ISI ) es una forma de distorsión de una señal en la que un símbolo interfiere con los símbolos subsiguientes. Este es un fenómeno no deseado ya que los símbolos anteriores tienen un efecto similar al ruido , lo que hace que la comunicación sea menos confiable. La propagación del pulso más allá de su intervalo de tiempo asignado hace que interfiera con los pulsos vecinos. [1] La ISI generalmente es causada por la propagación por trayectos múltiples o la respuesta de frecuencia lineal o no lineal inherente de un canal de comunicación que hace que los símbolos sucesivos se difuminen.
La presencia de ISI en el sistema introduce errores en el dispositivo de decisión a la salida del receptor. Por lo tanto, en el diseño de los filtros de transmisión y recepción, el objetivo es minimizar los efectos de ISI y, de esta manera, entregar los datos digitales a su destino con la menor tasa de error posible.
Las formas de aliviar la interferencia entre símbolos incluyen la ecualización adaptativa y los códigos de corrección de errores . [2]
Una de las causas de la interferencia entre símbolos es la propagación por trayectos múltiples , en la que una señal inalámbrica de un transmisor llega al receptor a través de múltiples trayectos. Las causas de esto incluyen la reflexión (por ejemplo, la señal puede rebotar en los edificios), la refracción (como a través del follaje de un árbol) y los efectos atmosféricos, como la conducción atmosférica y la reflexión ionosférica . Dado que los distintos trayectos pueden tener diferentes longitudes, esto da como resultado que las diferentes versiones de la señal lleguen al receptor en diferentes momentos. Estos retrasos significan que parte o la totalidad de un símbolo determinado se propagará a los símbolos posteriores, lo que interferirá con la detección correcta de esos símbolos. Además, los distintos trayectos a menudo distorsionan la amplitud o la fase de la señal, lo que provoca más interferencias con la señal recibida.
Otra causa de interferencia entre símbolos es la transmisión de una señal a través de un canal de banda limitada , es decir, uno en el que la respuesta de frecuencia es cero por encima de una determinada frecuencia (la frecuencia de corte). Al pasar una señal a través de un canal de este tipo, se eliminan los componentes de frecuencia por encima de esta frecuencia de corte. Además, los componentes de la frecuencia por debajo de la frecuencia de corte también pueden verse atenuados por el canal.
Este filtrado de la señal transmitida afecta la forma del pulso que llega al receptor. Los efectos del filtrado de un pulso rectangular no solo cambian la forma del pulso dentro del primer período de símbolo, sino que también se extienden a lo largo de los períodos de símbolo subsiguientes. Cuando se transmite un mensaje a través de un canal de este tipo, el pulso extendido de cada símbolo individual interferirá con los símbolos siguientes.
Los canales de banda limitada están presentes tanto en las comunicaciones por cable como en las inalámbricas. La limitación suele venir impuesta por el deseo de operar múltiples señales independientes a través de la misma área o cable; debido a esto, a cada sistema se le asigna normalmente una parte del ancho de banda total disponible. En el caso de los sistemas inalámbricos, se les puede asignar una porción del espectro electromagnético para transmitir (por ejemplo, la radio FM suele transmitir en el rango de 87,5 a 108 MHz ). Esta asignación suele estar a cargo de una agencia gubernamental ; en el caso de los Estados Unidos, se trata de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC). En un sistema cableado, como un cable de fibra óptica , la asignación la decidirá el propietario del cable.
La limitación de banda también puede deberse a las propiedades físicas del medio: por ejemplo, el cable que se utiliza en un sistema cableado puede tener una frecuencia de corte por encima de la cual prácticamente ninguna de las señales transmitidas se propagará.
Los sistemas de comunicación que transmiten datos a través de canales con banda limitada generalmente implementan la conformación de pulsos para evitar interferencias causadas por la limitación del ancho de banda. Si la respuesta de frecuencia del canal es plana y el filtro de conformación tiene un ancho de banda finito, es posible comunicarse sin interferencias. A menudo, la respuesta del canal no se conoce de antemano y se utiliza un ecualizador adaptativo para compensar la respuesta de frecuencia.
Una forma de estudiar la ISI en un sistema PCM o de transmisión de datos de forma experimental es aplicar la onda recibida a las placas de deflexión verticales de un osciloscopio y aplicar una onda de dientes de sierra a la tasa de símbolos transmitida R (R = 1/T) a las placas de deflexión horizontales. La imagen resultante se denomina patrón ocular debido a su semejanza con el ojo humano para las ondas binarias. La región interior del patrón ocular se denomina apertura ocular. Un patrón ocular proporciona una gran cantidad de información sobre el rendimiento del sistema pertinente.
Un patrón de ojo, que superpone muchas muestras de una señal, puede dar una representación gráfica de las características de la señal. La primera imagen de arriba es el patrón de ojo para un sistema de modulación por desplazamiento de fase (PSK) binario en el que un uno está representado por una amplitud de -1 y un cero por una amplitud de +1. El tiempo de muestreo actual está en el centro de la imagen y los tiempos de muestreo anterior y siguiente están en los bordes de la imagen. Las distintas transiciones de un tiempo de muestreo a otro (como uno a cero, uno a uno, etc.) se pueden ver claramente en el diagrama.
El margen de ruido (la cantidad de ruido necesaria para que el receptor obtenga un error) está determinado por la distancia entre la señal y el punto de amplitud cero en el momento del muestreo; en otras palabras, cuanto más alejada esté la señal del cero en el momento del muestreo, mejor. Para que la señal se interprete correctamente, debe muestrearse en algún punto entre los dos puntos en los que se cruzan las transiciones de cero a uno y de uno a cero. Nuevamente, cuanto más separados estén estos puntos, mejor, ya que esto significa que la señal será menos sensible a los errores en la sincronización de las muestras en el receptor.
Los efectos de la ISI se muestran en la segunda imagen que es un patrón de ojo del mismo sistema cuando opera sobre un canal multitrayecto. Los efectos de recibir versiones retardadas y distorsionadas de la señal se pueden ver en la pérdida de definición de las transiciones de señal. También reduce tanto el margen de ruido como la ventana en la que se puede muestrear la señal, lo que demuestra que el rendimiento del sistema será peor (es decir, tendrá una mayor tasa de error de bit ).
Existen varias técnicas en telecomunicaciones y almacenamiento de datos que intentan solucionar el problema de la interferencia entre símbolos.
También existen sistemas de modulación codificada que incorporan intencionalmente una cantidad controlada de interferencias inducidas (ISI) en el sistema del lado del transmisor, lo que se conoce como señalización más rápida que Nyquist. Este diseño compensa una penalización de complejidad computacional en el receptor con una ganancia de capacidad de Shannon del sistema transceptor general. [3]