En telecomunicaciones , la interferencia entre símbolos ( ISI ) es una forma de distorsión de una señal en la que un símbolo interfiere con los símbolos siguientes. 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 desdibujen.
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 así entregar los datos digitales a su destino con la menor tasa de error posible.
Las formas de aliviar la interferencia entre símbolos incluyen ecualización adaptativa y 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 caminos. 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 efectos atmosféricos como los conductos atmosféricos y la reflexión ionosférica . Dado que los distintos caminos pueden tener diferentes longitudes, esto da como resultado que diferentes versiones de la señal lleguen al receptor en diferentes momentos. Estos retrasos significan que parte o la totalidad de un símbolo determinado se extenderá a los símbolos posteriores, interfiriendo así con la detección correcta de esos símbolos. Además, los diversos caminos a menudo distorsionan la amplitud y/o fase de la señal, provocando así una mayor interferencia 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 donde la respuesta de frecuencia es cero por encima de cierta frecuencia (la frecuencia de corte). Pasar una señal a través de dicho canal da como resultado la eliminación de componentes de frecuencia por encima de esta frecuencia de corte. Además, el canal también puede atenuar los componentes de la frecuencia por debajo de la frecuencia de corte.
Este filtrado de la señal transmitida afecta a la forma del pulso que llega al receptor. Los efectos de filtrar un pulso rectangular no solo cambian la forma del pulso dentro del primer período de símbolo, sino que también se extiende a lo largo de los períodos de símbolo posteriores. Cuando se transmite un mensaje a través de dicho canal, el pulso extendido de cada símbolo individual interferirá con los símbolos siguientes.
Los canales de banda limitada están presentes tanto en comunicaciones por cable como inalámbricas. La limitación a menudo viene impuesta por el deseo de operar múltiples señales independientes a través de la misma área/cable; Debido a esto, a cada sistema normalmente se le asigna una parte del ancho de banda total disponible. Para los sistemas inalámbricos, se les puede asignar una porción del espectro electromagnético para transmitir (por ejemplo, la radio FM a menudo se transmite en el rango de 87,5 a 108 MHz ). Esta asignación suele ser administrada por una agencia gubernamental ; en el caso de 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 señal transmitida se propagará.
Los sistemas de comunicación que transmiten datos a través de canales de banda limitada generalmente implementan modelado 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 ningún ISI. 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 experimentalmente ISI en un PCM o sistema de transmisión de datos es aplicar la onda recibida a las placas de desviación vertical de un osciloscopio y aplicar una onda en diente de sierra a la velocidad de símbolo transmitida R (R = 1/T) a la desviación horizontal. platos. La visualización resultante se denomina patrón ocular debido a su parecido con el ojo humano para las ondas binarias. La región interior del patrón del ojo se llama apertura del ojo. Un patrón ocular proporciona una gran cantidad de información sobre el rendimiento del sistema pertinente.
Un patrón ocular, 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 binario de manipulación por desplazamiento de fase (PSK) 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 provocar que el receptor obtenga un error) está dado por la distancia entre la señal y el punto de amplitud cero en el momento del muestreo; en otras palabras, cuanto más lejos de cero esté la señal en el momento del muestreo, mejor. Para que la señal se interprete correctamente, se debe muestrear en algún lugar entre los dos puntos donde 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 errores en la sincronización de las muestras en el receptor.
Los efectos de ISI se muestran en la segunda imagen, que es un patrón de ojo del mismo sistema cuando opera en un canal multitrayecto. Los efectos de recibir versiones retrasadas y distorsionadas de la señal se pueden ver en la pérdida de definición de las transiciones de la 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 bits ).
Existen varias técnicas en telecomunicaciones y almacenamiento de datos que intentan solucionar el problema de la interferencia entre símbolos.
También existen sistemas de modulación codificados que incorporan intencionalmente una cantidad controlada de ISI en el sistema en el lado del transmisor, lo que se conoce como señalización más rápida que Nyquist. Un diseño de este tipo intercambia una penalización en la complejidad computacional en el receptor por una ganancia de capacidad de Shannon del sistema transceptor general. [3]