Inter Symbol Interference
Communicatie kan heel eenvoudig zijn voor niet-technische mensen: “aan de ene kant zetten we een signaal op een kabel, glasvezel of in de lucht. Aan de andere kant hebben we een ontvanger die het signaal oppikt en dat is een fluitje van een cent”.
Niets is echter minder waar. Het transmissie medium (kanaal) is nooit ideaal en kan de transmissie op vele slechte manieren beïnvloeden. Een schadelijk effect is “Inter-Symbool Interferentie”, dat we in dit artikel zullen proberen uit te leggen.
Inter-Symbool Interferentie (ISI) is een fenomeen dat optreedt bij digitale transmissie door onvolkomenheden in het transmissiekanaal.
Er zijn twee redenen waarom symbolen die na elkaar worden verzonden toch kunnen interfereren.
- Beperking bandbreedte kanaal (bandbreedte niet hoog genoeg)
- Kanaal-vertraging-spreiding (verschillende vertragingen van de symbolen)
Beperking kanaalbandbreedte
Hoe hoger de digitale symbolensnelheid, hoe hoger de bandbreedte die nodig is om de symbolen zonder vervorming te verzenden. De regel is dat de geleverde bandbreedte de symbolensnelheid moet volgen.
In digitale communicatie is de benodigde bandbreedte recht evenredig met de symbol rate.
Het negeren van deze regel zal het scherpe begin en einde van het symbool verzachten (steile signalen betekenen een hoge bandbreedte). Het gevolg is dat de opeenvolgende symbolen elkaar gaan overlappen, wat gezien kan worden als ruis (ongewenste signalen). Het verlagen van de bandbreedte van het kanaal kan het signaal verslechteren, waardoor het moeilijker wordt om individuele symbolen aan de ontvangerzijde te detecteren.
De volgende figuur is een proef om het effect van de bandbreedte op het signaal te laten zien. Als de symbol rate toeneemt en de bandbreedte van het kanaal gelijk blijft, zullen symbolen complexer zijn om zonder fouten te detecteren.
Kanaal-vertraging-spreiding
Bij uitzendingen kunnen en zullen veel reflecties van elektromagnetische golven optreden. De ontvanger ontvangt meerdere signalen met verschillende vertragingen. Symbolen zullen elkaar beginnen te overlappen en met elkaar interfereren. Hoe groter de overlap, hoe meer interferentie en hoe moeilijker het zal zijn om de individuele symbolen te detecteren.
Ook hier speelt de transmissiesnelheid van de symbolen een belangrijke rol. Hoe hoger de symbolensnelheid, hoe meer de vertragingsspreiding een belangrijke rol speelt.
De bovenstaande figuur laat zien hoe symbolen die te kort zijn in tijd/lengte kunnen interfereren bij ontvangst door een ontvanger van een voertuig. Door de verschillende lengtes van de paden worden de symbolen in tijd ten opzichte van elkaar verschoven.
Opeenvolgende symbolen zijn ROOD, ORANJE, GROEN en BLAUW gekleurd. Hieruit blijkt dat de vertraging tussen signalen als gevolg van verschillende paden, ertoe kan leiden dat de ontvanger twee verschillende symbolen tegelijk opvangt. Dit is een typisch voorbeeld van ISI in draadloze transmissies.
Opmerking:
Het is ook een fenomeen dat voorkomt in golfgeleiders en glasvezeloptica. Zowel golfgeleiders als glasvezelkabels hebben een zogenaamde “modus”. Vezels lijken erg op RF-golfgeleiders.
Een multimode vezel is dikker en er treden reflecties op in de mantel (buiten de vezelbuis). Lichtsignalen kunnen verschillende gereflecteerde paden nemen en ISI zal optreden. Daarom is de transmissie beperkt tot een paar honderd meter. Dit type vezel is ook goedkoop.
Een vezel die signalen over een grote afstand kan transporteren, wordt echter een monomodus vezel genoemd. Deze is zo dun dat er maar één lichtstraal dwars door de vezelkern kan gaan. Deze vezel genereert bijna geen ISI en kan worden gebruikt voor langeafstandscommunicatie (onderzeese vezelkabels).
De begrippendiagrammen tonen het verschil tussen de twee kabels. ISI wordt gegenereerd op de multimode vezel, dus de lengte is een probleem. Hoe langer de vezel, hoe groter de vertragingsspreiding en hoe kleiner de bandbreedte. De zeer korte vezelkabels (een paar meter) die we in audio gebruiken zijn multimode vezels.
