부호 간 간섭

전기 통신에서 **부호 간 간섭**(符號間干涉, , **ISI**)은 하나의 부호가 이후의 부호들과 서로 간섭을 일으키는 디스토션의 한 형태이다. 이전의 부호들이 노이즈와 유사한 효과를 내어 통신의 신뢰성을 떨어뜨리기 때문에 이는 원치 않는 현상이다. 펄스가 할당된 시간 간격을 벗어나 퍼지게 되면 인접한 펄스들과 간섭을 일으키게 된다. ISI는 주로 다경로 전파나, 연속된 부호들을 서로 흐릿하게 만드는 통신 채널 고유의 선형 또는 비선형 주파수 응답에 의해 발생한다.

시스템에 ISI가 존재하면 수신기 출력의 결정 장치(decision device)에 오류가 발생한다. 따라서 송신 및 수신 필터를 설계할 때의 목표는 ISI의 영향을 최소화하여 가능한 가장 낮은 오류율로 디지털 데이터를 목적지까지 전달하는 것이다.

부호 간 간섭을 완화하는 방법으로는 적응 등화와 오류 정정 부호 등이 있다.

## 원인
### 다경로 전파

부호 간 간섭의 원인 중 하나는 송신기의 무선 신호가 여러 경로를 통해 수신기에 도달하는 다경로 전파이다. 이러한 현상의 원인으로는 반사(예: 신호가 건물에 부딪혀 튕겨 나감), 굴절(예: 나무의 나뭇잎을 통과함), 그리고 대기 덕트 현상이나 전리층 반사와 같은 대기 효과가 있다. 다양한 경로의 길이는 서로 다를 수 있으므로, 결과적으로 신호의 서로 다른 버전들이 서로 다른 시간에 수신기에 도착하게 된다. 이러한 지연은 특정 부호의 일부 또는 전부가 후속 부호로 퍼지게 됨을 의미하며, 결과적으로 해당 부호들의 정확한 검출을 방해한다. 또한, 다양한 경로는 흔히 신호의 진폭 및 위상을 왜곡시켜 수신 신호에 추가적인 간섭을 일으킨다.

### 대역 제한 채널
부호 간 간섭의 또 다른 원인은 대역 제한 채널을 통한 신호 전송이다. 즉, 특정 주파수(차단 주파수) 이상의 주파수 응답이 0인 채널을 말한다. 이러한 채널을 통해 신호를 통과시키면 차단 주파수 이상의 주파수 성분이 제거된다. 또한, 차단 주파수 이하의 주파수 성분도 채널에 의해 감쇠될 수 있다.

이러한 전송 신호의 필터링은 수신기에 도착하는 펄스의 모양에 영향을 준다. 사각형 펄스를 필터링하면 첫 번째 부호 주기 내에서 펄스의 모양이 변할 뿐만 아니라, 이후의 부호 주기까지 넓게 퍼지게 된다. 이러한 채널을 통해 메시지가 전송되면, 각 개별 부호의 퍼진 펄스가 다음 부호들과 간섭을 일으킨다.

대역 제한 채널은 유선 및 무선 통신 모두에 존재한다. 이러한 제한은 대개 동일한 지역이나 케이블을 통해 여러 개의 독립적인 신호를 운용하려는 필요에 의해 부과되며, 이 때문에 각 시스템은 일반적으로 사용 가능한 전체 대역폭의 일부를 할당받는다. 무선 시스템의 경우, 전송을 위해 전자기 스펙트럼의 한 조각을 할당받을 수 있다(예: FM 라디오는 흔히 87.5–108&nbsp;MHz 범위에서 방송된다). 이러한 할당은 보통 관청에서 관리하며, 미국의 경우 연방 통신 위원회(FCC)가 이를 담당한다. 광섬유 케이블과 같은 유선 시스템에서는 케이블 소유자가 할당을 결정한다.

대역 제한은 매체의 물리적 특성 때문에 발생할 수도 있다. 예를 들어, 유선 시스템에 사용되는 케이블은 특정 차단 주파수 이상에서는 전송된 신호가 거의 전파되지 않는 특성을 가질 수 있다.

대역 제한 채널을 통해 데이터를 전송하는 통신 시스템은 대개 대역폭 제한으로 인한 간섭을 피하기 위해 펄스 성형(pulse shaping)을 구현한다. 만약 채널 주파수 응답이 평탄하고 성형 필터가 유한한 대역폭을 가진다면, ISI 없이 통신하는 것이 가능하다. 종종 채널 응답을 사전에 알 수 없는 경우가 있는데, 이때는 주파수 응답을 보상하기 위해 적응 등화기가 사용된다.

## 아이 패턴에 미치는 영향

PCM이나 데이터 전송 시스템에서 ISI를 실험적으로 연구하는 한 가지 방법은 수신된 파형을 오실로스코프의 수직 편향판에 인가하고, 송신 부호율 R(R = 1/T)의 톱니파를 수평 편향판에 인가하는 것이다. 그 결과로 나타나는 디스플레이는 이진 파형의 경우 인간의 눈과 닮았다고 하여 아이 패턴(eye pattern)이라고 불린다. 아이 패턴의 내부 영역은 '아이 오프닝(eye opening)'이라고 한다. 아이 패턴은 해당 시스템의 성능에 대한 많은 정보를 제공한다.
# 아이 오프닝의 너비는 ISI로 인한 오류 없이 수신 파형을 샘플링할 수 있는 시간 간격을 정의한다. 샘플링을 위한 최적의 시간은 눈이 가장 넓게 열려 있는 순간임이 분명하다.
# 타이밍 오차에 대한 시스템의 민감도는 샘플링 시간이 변함에 따라 눈이 닫히는 속도에 의해 결정된다.
# 특정 샘플링 시간에서 아이 오프닝의 높이는 노이즈에 대한 마진을 정의한다.


파일:Binary PSK eye diagram.svg|이진 PSK 시스템의 아이 다이어그램
파일:Multipath system eye diagram.svg|다경로 효과가 추가된 동일 시스템의 아이 다이어그램


신호의 많은 샘플을 겹쳐 놓은 아이 패턴은 신호 특성을 그래픽으로 표현해 준다. 위의 첫 번째 이미지는 이진 위상 편이 변조(PSK) 시스템의 아이 패턴으로, 1은 진폭 -1로, 0은 진폭 +1로 표현된다. 현재 샘플링 시간은 이미지의 중앙에 있으며, 이전 및 다음 샘플링 시간은 이미지의 가장자리에 있다. 한 샘플링 시간에서 다른 샘플링 시간으로의 다양한 전이(예: 1에서 0으로, 1에서 1로 등)를 다이어그램에서 명확하게 볼 수 있다.

잡음 여유(noise margin)는 샘플링 시간에 신호와 제로 진폭 지점 사이의 거리에 의해 주어진다. 즉, 샘플링 시간에 신호가 0에서 멀어질수록 더 좋다. 신호가 올바르게 해석되려면 0에서 1로, 그리고 1에서 0으로 변하는 전이가 교차하는 두 지점 사이의 어딘가에서 샘플링되어야 한다. 다시 말하지만, 이 지점들이 서로 멀리 떨어져 있을수록 좋은데, 이는 수신기에서 샘플 타이밍의 오차에 신호가 덜 민감해진다는 것을 의미하기 때문이다.

ISI의 영향은 두 번째 이미지에 나타나 있는데, 이는 다경로 채널에서 작동할 때 동일한 시스템의 아이 패턴이다. 지연되고 왜곡된 신호 버전들을 수신한 결과가 신호 전이의 선명도 상실로 나타난다. 이는 또한 잡음 여유와 신호를 샘플링할 수 있는 창(window)을 모두 감소시키며, 이는 시스템의 성능이 나빠질 것임을(즉, 더 높은 비트 오류율을 가질 것임을) 보여준다.

## ISI 대처 방안
섬네일|right|연속적인 raised-cosine 임펄스, 제로 ISI 특성을 보여줌
전기 통신 및 데이터 저장 분야에는 부호 간 간섭 문제를 해결하려는 여러 기술이 있다.

* 임펄스 응답이 충분히 짧아 한 부호의 에너지가 다음 부호로 거의 스며들지 않도록 시스템을 설계한다.
* 보호 구간(guard period)을 두어 시간상으로 부호를 분리한다.
* 수신기에서 등화기를 적용한다. 이는 넓은 의미에서 역 필터를 적용하여 채널의 영향을 되돌리려는 시도이다.
* 수신기에서 최대 우도 시퀀스 추정 장치를 적용한다. 이는 비터비 알고리즘을 사용하여 송신된 부호의 시퀀스를 추정하려는 시도이다.

## 의도적인 부호 간 간섭
송신 측에서 의도적으로 통제된 양의 ISI를 시스템에 구축하는 부호화 변조 시스템도 존재하며, 이를 나이퀴스트보다 빠른 신호 전달(faster-than-Nyquist signaling)이라 한다. 이러한 설계는 수신기의 계산 복잡성 손해를 감수하는 대신 전체 송수신기 시스템의 샤논 용량 이득을 얻는다.

## 같이 보기
* 나이퀴스트 ISI 판정 기준

## 각주

## 더 읽어보기
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## 외부 링크
* Definition of ISI from Federal Standard 1037C
* Intersymbol interference concept

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