تداخل الرموز

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

في مجال الاتصالات ، يُعدّ تداخل الرموز ( ISI ) شكلاً من أشكال تشويه الإشارة، حيث يتداخل رمزٌ ما مع الرموز اللاحقة. تُعتبر هذه الظاهرة غير مرغوب فيها، إذ تُحدث الرموز السابقة تأثيراً مشابهاً للضوضاء ، مما يُقلل من موثوقية الاتصال. ويؤدي امتداد النبضة خارج نطاقها الزمني المُحدد إلى تداخلها مع النبضات المجاورة. [ 1 ] عادةً ما ينتج تداخل الرموز عن انتشار الإشارة عبر مسارات متعددة، أو عن الاستجابة الترددية الخطية أو غير الخطية المتأصلة في قناة الاتصال ، مما يُؤدي إلى تداخل الرموز المتتالية.

يؤدي وجود التداخل بين الرموز (ISI) في النظام إلى حدوث أخطاء في جهاز اتخاذ القرار عند مخرج جهاز الاستقبال. لذا، يهدف تصميم مرشحات الإرسال والاستقبال إلى تقليل تأثيرات التداخل بين الرموز، وبالتالي إيصال البيانات الرقمية إلى وجهتها بأقل معدل خطأ ممكن.

تشمل طرق تخفيف التداخل بين الرموز معادلة التكيف ورموز تصحيح الأخطاء . [ 2 ]

الأسباب

انتشار متعدد المسارات

أحد أسباب التداخل بين الرموز هو الانتشار متعدد المسارات ، حيث تصل الإشارة اللاسلكية من جهاز الإرسال إلى جهاز الاستقبال عبر مسارات متعددة. تشمل أسباب ذلك الانعكاس (على سبيل المثال، قد ترتد الإشارة عن المباني)، والانكسار (كما هو الحال عند مرورها عبر أوراق الشجر)، والتأثيرات الجوية مثل التوصيل الجوي وانعكاس الأيونوسفير . ونظرًا لاختلاف أطوال هذه المسارات، تصل نسخ مختلفة من الإشارة إلى جهاز الاستقبال في أوقات متباينة. هذه التأخيرات تعني أن جزءًا من الرمز أو كله سينتشر في الرموز اللاحقة، مما يعيق الكشف الصحيح عنها. إضافةً إلى ذلك، غالبًا ما تشوه المسارات المتعددة سعة الإشارة و /أو طورها ، مما يتسبب في مزيد من التداخل مع الإشارة المستقبلة.

قنوات محدودة النطاق

من الأسباب الأخرى لتداخل الرموز إرسال الإشارة عبر قناة محدودة النطاق ، أي قناة يكون فيها استجابة التردد صفراً فوق تردد معين (تردد القطع). يؤدي تمرير الإشارة عبر هذه القناة إلى إزالة مكونات التردد التي تزيد عن تردد القطع. إضافةً إلى ذلك، قد تُضعف القناة أيضاً مكونات التردد التي تقل عن تردد القطع.

يؤثر ترشيح الإشارة المرسلة على شكل النبضة الواصلة إلى جهاز الاستقبال. ولا يقتصر تأثير ترشيح النبضة المستطيلة على تغيير شكلها خلال فترة الرمز الأولى فحسب، بل يمتد أيضًا على فترات الرموز اللاحقة. وعند إرسال رسالة عبر هذه القناة، تتداخل النبضة الممتدة لكل رمز مع الرموز اللاحقة.

توجد قنوات محدودة النطاق في كل من الاتصالات السلكية واللاسلكية. غالبًا ما يُفرض هذا التقييد نتيجة الرغبة في تشغيل إشارات مستقلة متعددة عبر نفس المنطقة/الكابل؛ ولهذا السبب، يُخصص لكل نظام عادةً جزء من إجمالي عرض النطاق الترددي المتاح. بالنسبة للأنظمة اللاسلكية، قد يُخصص لها جزء من الطيف الكهرومغناطيسي للبث فيه (على سبيل المثال، غالبًا ما يُبث راديو FM في نطاق 87.5-108 ميجاهرتز ). عادةً ما تُدير هذا التخصيص وكالة حكومية ؛ في حالة الولايات المتحدة، تكون هذه الوكالة هي لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC). أما في الأنظمة السلكية، مثل كابلات الألياف الضوئية ، فيُحدد مالك الكابل التخصيص. 

يمكن أن يكون تحديد النطاق الترددي ناتجًا أيضًا عن الخصائص الفيزيائية للوسط - على سبيل المثال، قد يكون للكابل المستخدم في نظام سلكي تردد قطع لا يمكن أن ينتشر فوقه عمليًا أي من الإشارة المرسلة.

تستخدم أنظمة الاتصالات التي تنقل البيانات عبر قنوات محدودة النطاق عادةً تقنية تشكيل النبضات لتجنب التداخل الناتج عن محدودية عرض النطاق. إذا كان استجابة تردد القناة ثابتة وكان لمرشح التشكيل عرض نطاق محدود، فمن الممكن إجراء اتصال خالٍ تمامًا من تداخل الرموز. في كثير من الأحيان، لا تكون استجابة القناة معروفة مسبقًا، ويُستخدم مُعادل تكيفي لتعويض استجابة التردد.

تأثيرات على أنماط العين

إحدى طرق دراسة التداخل بين الرموز (ISI) في نظام تعديل الشفرة الطورية (PCM) أو نظام نقل البيانات تجريبيًا هي تطبيق الموجة المستقبلة على لوحات الانحراف الرأسية لجهاز راسم الإشارة، وتطبيق موجة سن المنشار بمعدل الرموز المرسلة R (حيث R = 1/T) على لوحات الانحراف الأفقية. يُطلق على العرض الناتج اسم نمط العين نظرًا لتشابهه مع العين البشرية في حالة الموجات الثنائية. تُسمى المنطقة الداخلية لنمط العين بفتحة العين. يوفر نمط العين معلومات قيّمة حول أداء النظام المعني.

  1. يُحدد عرض فتحة العين الفترة الزمنية التي يمكن خلالها أخذ عينات من الموجة المستقبلة دون خطأ ناتج عن التداخل بين الرموز. ومن الواضح أن الوقت الأمثل لأخذ العينات هو اللحظة التي تكون فيها فتحة العين مفتوحة على أوسع نطاق.
  2. يتم تحديد حساسية النظام لخطأ التوقيت من خلال معدل إغلاق العين مع تغير وقت أخذ العينات.
  3. يحدد ارتفاع فتحة العين، عند وقت أخذ عينات محدد، هامش التفوق على الضوضاء.

يُمكن لنمط العين، الذي يُمثل تراكب العديد من عينات الإشارة، أن يُعطي تمثيلاً بيانياً لخصائص الإشارة. الصورة الأولى أعلاه هي نمط العين لنظام إزاحة الطور الثنائي (PSK)، حيث يُمثل الرقم 1 بسعة -1، والرقم 0 بسعة +1. يقع زمن أخذ العينات الحالي في مركز الصورة، بينما يقع زمن أخذ العينات السابق واللاحق على حوافها. يُمكن رؤية الانتقالات المختلفة من زمن أخذ عينات إلى آخر (مثل الانتقال من 1 إلى صفر، ومن 1 إلى 1، وهكذا) بوضوح على الرسم التخطيطي.

هامش الضوضاء - أي مقدار الضوضاء اللازم لإحداث خطأ في جهاز الاستقبال - يُحدد بالمسافة بين الإشارة ونقطة السعة الصفرية عند لحظة أخذ العينات؛ بمعنى آخر، كلما ابتعدت الإشارة عن الصفر عند لحظة أخذ العينات، كان ذلك أفضل. ولتفسير الإشارة بشكل صحيح، يجب أخذ عينات منها في مكان ما بين النقطتين اللتين تتقاطع فيهما انتقالات الصفر إلى الواحد والواحد إلى الصفر. ومرة ​​أخرى، كلما ابتعدت هاتان النقطتان، كان ذلك أفضل، لأن هذا يعني أن الإشارة ستكون أقل حساسية لأخطاء توقيت أخذ العينات عند جهاز الاستقبال.

تظهر آثار التداخل بين الرموز (ISI) في الصورة الثانية، وهي نمط عين النظام نفسه عند تشغيله عبر قناة متعددة المسارات. ويمكن ملاحظة آثار استقبال نسخ متأخرة ومشوهة من الإشارة في فقدان وضوح انتقالات الإشارة. كما يقلل ذلك من هامش الضوضاء ونافذة أخذ عينات الإشارة، مما يدل على تدهور أداء النظام (أي زيادة نسبة خطأ البت ).

مواجهة الاستخبارات الباكستانية

نبضات متتالية من نوع جيب التمام المرفوع، مما يدل على خاصية انعدام التداخل بين الرموز.

توجد عدة تقنيات في مجال الاتصالات وتخزين البيانات تحاول التغلب على مشكلة التداخل بين الرموز.

  • صمم الأنظمة بحيث تكون استجابة النبضة قصيرة بما يكفي بحيث تنتقل طاقة ضئيلة جدًا من رمز إلى الرمز التالي.
  • افصل الرموز في الوقت المناسب باستخدام فترات الحماية .
  • قم بتطبيق معادل على جهاز الاستقبال، والذي يحاول، بشكل عام، إلغاء تأثير القناة عن طريق تطبيق مرشح عكسي.
  • قم بتطبيق كاشف تسلسلي عند جهاز الاستقبال، والذي يحاول تقدير تسلسل الرموز المرسلة باستخدام خوارزمية فيتربي .

التداخل المتعمد بين الرموز

توجد أيضًا أنظمة تعديل مشفرة تقوم عمدًا بتضمين مقدار محدد من التداخل بين الرموز (ISI) في النظام من جانب المرسل، وهو ما يُعرف باسم الإشارة الأسرع من تردد نايكويست . يُوازن هذا التصميم بين زيادة التعقيد الحسابي في جهاز الاستقبال وزيادة سعة شانون لنظام الإرسال والاستقبال ككل. [ 3 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ لاثي، بي بي؛ دينغ، تشي (2009). أنظمة الاتصالات الرقمية والتناظرية الحديثة (  الطبعة الرابعة). مطبعة جامعة أكسفورد، ص  95. ISBN 9780195331455.
  2. ↑ الاتصالات الرقمية بقلم سيمون هايكين، جامعة ماكماستر
  3. ↑ أندرسون، جون ب.؛ روسيك، فريدريك؛ أوال، فيكتور (أغسطس 2013). "إشارات أسرع من نايكويست" (ملف PDF) . وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 101 (8): 1817-1830 . doi : 10.1109/JPROC.2012.2233451 .

للمزيد من القراءة

  • ويليام ج. دالي وجون و. بولتون (1998). هندسة الأنظمة الرقمية . مطبعة جامعة كامبريدج. الصفحات 280-285 . ISBN  9780521592925.
  • هيرفيه بينوا (2002). التلفزيون الرقمي . دار فوكال للنشر. الصفحات 90-91 . ISBN  9780240516950.