ISI 발생원인

1. 개요

2. 발생원인

3. Nyquist 채널

   3.1 필터효과를 고려한 전송채널 모델

   3.2 심볼간 간섭(ISI)을 영으로 만드는 Nyquist 채널 특성

   3.3 Nyquist 채널 응답의 구현

4. ISI 방지 대책

5. Eye pattern

1. 개요

 - Inter Symbol Interference의 약자로 심벌간 간섭을 의미

 - ISI는 전송되는 디지털 심볼 신호가 다중경로 페이딩, 대역제한된 채널을 통과하는 등의 문제를 겪으면서 발생되는 디지털 심볼간에 상호 간섭현상을 말한다.

 - 이로 인해 디지털 펄스 전송 간에 비트중첩과 간섭에 의한 오류가 발생

 - PCM 통신 채널에서  펄스 파형이 일그러져 수신기에서 각 비트에 할당된 타임 슬롯을 벗어나 인접 슬롯으로 들어가 복원과정에서 정보를 판정할 때 간섭을 주는 현상

 - 전송로의 잡음에 의해 일어나지만 잡음이 없는 상황에서도 불완전한 필터 작용과 시스템 대역의 제한으로 심볼 간의 간섭이 일어날 수 있음

2. 발생 원인

  2.1 전송로 잡음

  2.2 불완전한 필터 

  2.3 시스템 대역 제한

       - 실제 전송채널은 대역폭이 제한

       - 데이터 심벌은 채널 통과 시 필터링 효과로 퍼지고 훼손된다

       - 연속되는 심벌의 퍼짐은 심벌간 간섭(ISI)을 야기

3. Nyquist 채널

  3.1 전형적인 Baseband 디지털 시스템

      - 송신단, 채널, 수신단의 필터효과를 고려한 전송 모델에서 전체적인 등가전달함수 H(f)는 다음과 같다

         H(f)=Ht(f)×Hc(f)×Hr(f)

     - 필터링 효과 때문에 수신된 펄스 신호는 그림처럼 서로 Overlap 되어 Intersymbol Interference(ISI)를 일으킨다

     - 잡음이 있는 경우는 비트에러율이나 심벌에러율 더 악화

     <출처>  http://cnx.org/content/m26781/latest/?collection=col10805/latest 

           

   3.2 심볼간 간섭(ISI)을 영으로 만드는 Nyquist 채널 특성

        - Nyquist는 Rs[Symbols/sec]의 심벌 전송률로 전송되는 데이터를 ISI 없이 검출하기 위해 필요한 최소한의 대역폭은 W=1/2×Rs or 1/2T[Hz]임을 증명함

        - 아래는 이상적인 Nyquist 필터의 특성을 나타냄

   

                                             (a) H(f)=T×rect(f/(1/T))

                                             (b) h(t)=sinc(t/T)

        - 전형적인 디지털 Baseband system 전달함수가 나이퀴스트 필터 특성을 갖도록 할 경우 ISI 없이 입력신호 검출 가능

            H(f)=Ht(f)×Hc(f)×Hr(f)=Nyquist 필터

        - 2개의 펄스(h(t), h(t-T))가 Long-tail을 갖고 있음에도 h(t-T)가 sampling 되는 시점에 h(t)는 항상 Zero point를 통과하여 Zero ISI가 됨

 

   - 근사화된 이상적인 나이퀴스트 필터로 가장 많이 사용하는 것은 올림 코사인 함수(the raised cosine)임

     (Roll off 계수, r=(W-Wo)/Wo, 0≤r≤1)

     (Rs[Symbols/sec]의 심벌 전송률에 대하여 ISI가 발생하지 않기 위해 필요한 최소한의 대역폭 W=1/2×Rs(1+r)) 

  

  3.3 Nyquist 채널 응답의 구현

     - 시스템 전달함수인 H(f)가 Nyquist 채널 특성을 갖도록 수신측에서 보상하는 회로를 등화기라한다

         Hrc(f)=Ht(f)×Hc(f)×Hr(f)×He(f)

          여기서 He(f)가 등화기의 주파수 전달함수이다

         

      - 송신과 수신단 필터가 올림 코사인 제곱근(Root Raised Cosine, RRC)인 주파수 전달함수를 갖는다면         

       채널 왜곡을 보상하기 위한 등화기의 전달함수는 단순히 채널 전달함수의 역(He(f)=1/Hc(f))으로 하면된다.

4. ISI 방지 대책

 - 부호 간 간섭이 '0'이 되도록 하는 펄스 성형 필터(올림 코사인 제곱근 필터)를 사용

 - 진폭과 위상 왜곡과 같은 전송로의 왜곡의 보상을 위한 등화기(equaliser)를 사용

 - 등화기의 특성을 조정하기 위해 눈 패턴을 사용함

5. Eye pattern

 - 오실로스코우프로 측정 가능

 - 수신 신호를 오실로스코우프의 수직편향판에 가하고 전송된 심볼율(Rs[symbol/sec]=1/T[sec/symbol])과 동일한 주기를 갖는 톱날파를 수평편향판에 가하면 눈패턴이 생김

 - 눈을 많이 뜰수록 잡음이 없는 것이고 눈이 완전히 감기면 ISI 간섭이 매우 심한 경우임

  가. Timing error

      - sampling에서의 에러에 관련한 것으로서 눈이 열린 최대 높이의 위치가 최적의 샘플링 순간이 된다

   나. Sensitivity

      - 아이 패턴의 기울기를 통해 시간 오차에 대한 민감도를 알 수 있다

   다. Noise Margin

      - 눈이 열린 높이만큼을 잡음에 대한 여분으로 잡을 수 있다

   라. Maximum Distortion

      - 눈 패턴의 맨 위와 아래의 파형들의 진동폭은 신호가 샘플링되는 순간 왜곡되는 최대값을 나타냄 

<References>

http://blog.naver.com/jhongban?Redirect=Log&logNo=100042576027

http://www.rfdh.com/bas_com/1-8.htm

http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?m_temp1=887