التداخل بين الرموز ISI

عندما يصبح التداخل بين الرموز كبيراً، فإنّ الحل الأكثر إرضاءً هو السماح بحدوثه ولكن مع مراعاة التداخل في عملية الكشف، وبدلاً من القضاء على التداخل بين الرموز يتم استخدام ما بعد التكافؤ لإجبار إشارة التشغيل على التحكم في مقدار التداخل بين الرموز، وعادة ما ينتج “ISI” عن الانتشار متعدد المسيرات أو استجابة التردد الخطي أو غير الخطي لقناة اتصال ممّا يؤدي إلى تشويش الرموز المتعاقبة معاً.

ما هو التداخل بين الرموز ISI

التداخل بين الرموز “ISI”: في الاتصالات السلكيةواللاسلكية، هو شكل من أشكال تشويه إشارة يتداخل فيها رمز واحد مع الرموز اللاحقة، وهذه ظاهرة غير مرغوب فيها لأنّ الرموز السابقة لها تأثير مشابه للضوضاء ممّا يجعل الاتصال أقل موثوقية، كما يؤدي انتشار النبضة إلى ما بعد الفترة الزمنية المخصصة لها إلى تداخلها مع النبضات المجاورة.

كما يُعد التداخل بين الرموز “ISI” بأنّه ظاهرة تتسرب فيها طاقة الرمز إلى الرموز التالية مسببة التداخل ويمكن أن يتسبب الترشيح الضيق في المرسل والمستقبل، أو تشويه القناة في انتشار شكل الموجة الذي يمثل رمزًا في فترات الرمز التالية، وفي القناة اللاسلكية الأرضية يمكن للإشارة أن تنتقل من المرسل إلى المستقبل عبر عدة مسارات متأخرة، وإذا كانت التأخيرات بين المسارات كبيرة مقارنة بفترة الرمز فإنّ الطاقة التي تحملها هذه الأصداء يمكن أن تسبب “ISI” مهماً للرموز التالية.

• “ISI” هي اختصار لـ “inter symbol interference”.

أساسيات التداخل بين الرموز ISI

تُضرب سلسلة من نبضات الوقت المستمر في سلسلة من الرموز وتُجمع للإرسال، ويتم ترشيح ناتج القناة وأخذ عينات بواسطة جهاز الاستقبال، ويتم تطبيق العينات المستلمة على قاطع شرائح للحصول على رموز البيانات المكتشفة، كما ينتج التداخل بين الرموز من الاتساع الخطي وتشتت الطور في القناة الذي يوسع النبضات ويؤدي إلى تداخلها مع بعضها البعض، ويحدد معيار “Nyquist” شرط مجال التردد على النبضات المستقبلة التي لا يوجد تحتها تداخل بين الرموز.

كما لا يتم استيفاء هذا الشرط أو شرط مشابه إلّا إذا تم مساواة القناة ممّا يعني أنّه يجب التصفية لتعويض تشتت القناة، ولسوء الحظ فإنّ أي معادلة لتشوه السعة تعزز أو تضخم أي ضوضاء ناتجة عن القناة تسمى تحسين الضوضاء، وبالتالي هناك مفاضلة بين التقليل الدقيق للتداخل بين الرموز وتقليل الضوضاء عند المدخل.

تتمثل بعض القيود الشديدة في تحقيق تسجيل مغناطيسي عالي الكثافة مع موثوقية بيانات مرضية في زيادة التداخل بين الرموز وانخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء في نظام القراءة، كما تخدم تقنية تحويل فورييه أداة مفيدة في إنشاء علاقة منطقية بين استنساخ التسجيل المغناطيسي وأنظمة الاتصال، حيث نتيجة لذلك في وضع يسمح بتطبيق التقنيات التي تم تطويرها في نظرية الاتصال لتحقيق تسجيل مغناطيسي موثوق به عالي الكثافة.

كما تم استخدام مفهوم نمط العين، وكما تم تطويره في نظرية الاتصال لتقييم وتقليل تأثير التداخل بين الرموز، وتم إجراء دراسة محاكاة من خلال تطبيق تقنية ترميز المستوى الترابطي لحساب فتحات العين وتم أيضاً عرض فتحات العين العمودية مقابل معدل نقل البيانات المقيس إلى نسبة عرض النطاق لسرعات وسائط مختلفة وسمك ومسافات رأس إلى وسائط مع شرط الحد الأدنى من التشويه.

مبدأ عمل التداخل بين الرموز ISI

يتم إعاقة الاتصال المتماسك تحت الماء بسبب انتشار الوقت المتأصل في الانتشار الصوتي في المحيط ونظراً لأنّ معالجة إشارة انعكاس الوقت تنتج ضغطاً نبضياً، فقد تم اقتراح الاتصالات كتطبيق طبيعي لهذه التقنية، وتستخدم الإصدارات السلبية من معالجة الانعكاس الزمني مصفوفة الاستلام فقط للقيام بترشيح متطابق زمنياً ومكانياً، ومع ذلك يمكن إثبات أن ضغط النبض الذي يحققه ليس مثالياً وأن المعادل الذي يعتمد فقط على معالجة الانعكاس الزمني سيكون له أرضية خطأ ناتجة عن التداخل غير المعوض بين الرموز “ISI”.

كما تم تطوير نموذج قائم على الفيزياء لـ “ISI” غير المعوض في معادل انعكاس الوقت السلبي، ويستفيد النموذج من توسيع الوضع العادي للمجال الصوتي، كما يتم تقريب تكامل الترشيح المطابق ويتم تفسير النتيجة الوسيطة باستخدام ثابت الدليل الموجي، وبعد الدمج عبر المصفوفة وأخذ العينات يتم حساب المتوسطات الإحصائية الرسمية لمخرجات إزالة التشكيل اللينة.

وتوضح النتائج كيف يتدرج الأداء مع النطاق الترددي مع عدد عناصر المصفوفة وموضعها وطول استجابة النبضة المحدودة المتطابقة مع المرشحات، كما تم الحصول على توافق جيد بين القياس المتوقع، كما تطورت أنظمة الاتصالات من التنفيذ التماثلي إلى التنفيذ الرقمي نظراً لمزايا الأخيرة المتمثلة في كفاءة النطاق الترددي والحصانة الاستثنائية للضوضاء.

يكمن التحدي الأكبر لأنظمة الاتصالات في تصميم نظام يحقق مفاضلة بين القيود المادية لنظام اتصال معين والحاجة إلى سعة أعلى والموارد المتاحة مثل استخدام النطاق الترددي والطاقة، كما يجب أن تعمل أنظمة الاتصالات الحديثة في نطاق محدود للغاية من الطيف الراديوي مع الحد الأدنى من التداخل مع الأنظمة الأخرى.

كما تم تحديد النطاقات الطيفية لتطبيقات محددة بهدف تقليل التداخل على الأنظمة الأخرى عن طريق الحد من الإشعاعات خارج النطاق، يتم تنفيذ الأقنعة الطيفية بواسطة مرشحات تشكيل النبض ويجب أن يحتوي تشكيل النبضة على إشارة الإرسال داخل النطاق المحدد مع تقليل احتمال حدوث أخطاء في المستقبل، ومن ناحية أخرى يتسبب تشكيل النبضة في حدوث تداخل بين الرموز “ISI” الذي يحط من عملية الكشف وبالتالي يقلل من أداء الخطأ للنظام بأكمله.

تعتبر القناة غير مشوهة ضمن عرض النطاق المعين “W” الذي تشغله الإشارة المرسلة، عندما تكون استجابة الاتساع ثابتة وتكون استجابة الطور دالة خطية للتردد، والقناة لديها تأخير مجموعة ثابت وكما يحدث تشوه السعة عندما لا تكون استجابة السعة عبارة عن تشوه ثابت، ويحدث تشوه تأخير أو تشوه طور عندما لا تكون استجابة الطور دالة خطية للتردد أي أن الغلاف أو تأخر المجموعة ليس ثابتاً تسمى القنوات ذات التشوه التأخير بأنّها قنوات مشتتة.

كيفية التعامل مع ISI

عندما يتم نقل سلسلة من النبضات عبر قناة تشتت قد تصل النبضات في فترات زمنية مختلفة ناتج القناة بسبب تأخير المجموعة غير الثابت، ونتيجةً لذلك قد تتداخل النبضات المرسلة مع بعضها البعض ممّا يجعلها غير قابلة للتمييز تماماً في جهاز الاستقبال، وتسمى هذه الظاهرة التداخل بين الرموز “ISI”.

تُعتبر التأثيرات المشتتة ذات أهمية خاصة في أنظمة الاتصالات ذات معدل البيانات العالية، كما يمكن أن يظهر تشتت التأخير أيضاً في قنوات متعددة المسيرات ذات متغير زمني، نظراً لأنّ نسخ الإشارات التي تنتقل عبر كل مسار انتشار قد تصل في أوقات مختلفة إلى المستقبل ممّا يؤدي إلى ظهور “ISI”، ومن الطرق الرئيسية للتعامل مع “ISI”:

1- معيار “Nyquist” الأول

فرض تأثير “ISI” على الصفر من خلال تصميم الإشارة، وتقنيات تشكيل النبض مثل الترشيح الصادق وتصفية جيب التمام المرتفع وترشيح جيب التمام المرتفع للجذر التربيعي.

2- إرسال الإشارات الاستجابة الجزئية

أدخل كمية خاضعة للرقابة من “ISI” في جانب الإرسال واستعد للتعامل معها عند جهاز الاستقبال.

3- تصميم خوارزميات لمواجهة “ISI”

العمل على معرفة كيفية التعايش مع وجود “ISI” وتصميم خوارزميات قوية في جهاز الاستقبال أي خوارزمية أقصى تقدير لتسلسل الاحتمالية “Viterbi” والمعادل.