1、通信原理课件通信原理课件5.1 引言引言 数字信号的传输需要解决的主要问题：数字信号的传输需要解决的主要问题：控制符号间干扰；控制符号间干扰；抗加性高斯白噪声的最佳性能；抗加性高斯白噪声的最佳性能；发、收两端的位定时同步。发、收两端的位定时同步。数字信号的传输可分为基带传输和频带传输两种方式。数字信号的传输可分为基带传输和频带传输两种方式。信信源源发发出出的的数数字字信信号号未未经经调调制制或或频频谱谱变变换换，直直接接在在有有效效频频带带与与信号频谱相对应的信道上传输的通信方式称为数字信号的信号频谱相对应的信道上传输的通信方式称为数字信号的基带传输基带传输。为为了了适适应应信信道道传传输输特
2、特性性而而将将数数字字基基带带信信号号进进行行调调制制，即即将将数数字字基基带带信信号号的的频频谱谱搬搬移移到到某某一一载载频频处处，变变为为频频带带信信号号进进行行传传输输的的方方式式称为称为频带传输频带传输。通信原理课件通信原理课件图图数字基带传输系统数字基带传输系统 通信原理课件通信原理课件数数字字基基带带传传输输系系统统的的输输入入端端通通常常是是码码元元速速率率为为R RB B，码码元元宽宽度度为为T Ts s的的二二进进制制（也也可可为为多多进进制制）脉脉冲冲序序列列，用用符符号号 ddk k 表示。表示。脉脉冲冲形形成成器器的的作作用用是是把把单单极极性性码码变变换换为为双双极极
3、性性码码或或其其它它形形式式适适合合于于信信道道传传输输的的、并并可可提提供供同同步步定定时时信信息息的的码码型型，脉冲形成器也称为脉冲形成器也称为码型变换器码型变换器。脉脉冲冲形形成成器器输输出出的的各各种种码码型型是是以以矩矩形形脉脉冲冲为为基基础础的的，这这种种以以矩矩形形脉脉冲冲为为基基础础的的码码型型往往往往低低频频分分量量和和高高频频分分量量都都比比较较大大，占占用用频频带带也也比比较较宽宽，直直接接送送入入信信道道传传输输，容容易易产产生失真。生失真。发送滤波器的作用是把它变换为比较平滑的波形发送滤波器的作用是把它变换为比较平滑的波形g gT T(t)(t)。通信原理课件通信原理
4、课件图图4-2数字基带传输系统各点波形数字基带传输系统各点波形 通信原理课件通信原理课件5.2 数字基带信号常用码型及波形数字基带信号常用码型及波形 对传输用的基带信号的主要要求有两点：对传输用的基带信号的主要要求有两点：1 1）对对各各种种码码型型的的要要求求，期期望望将将原原始始信信息息符符号号编编制制成成适适合合于传输用的码型；于传输用的码型；2 2）对对所所选选码码型型的的电电波波形形要要求求，期期望望电电波波形形适适宜宜于于在在信信道道中传输。中传输。基基带带信信号号的的码码型型类类型型很很多多，常常见见的的有有单单极极性性码码、双双极极性码、性码、AMIAMI码、码、HDB3HDB
5、3码和码和CMICMI码等。码等。适合于信道中传输的波形适合于信道中传输的波形:变化较平滑的脉冲波形。变化较平滑的脉冲波形。矩形脉冲矩形脉冲:易于形成和变换。易于形成和变换。通信原理课件通信原理课件5.2.1 数字基带信号常用的码型数字基带信号常用的码型适合于信道中传输的波形：变化平滑的脉冲波形适合于信道中传输的波形：变化平滑的脉冲波形 例如：升余弦脉冲波形例如：升余弦脉冲波形易于形成和变换：矩形脉冲易于形成和变换：矩形脉冲 通信原理课件通信原理课件1 1.单极性不归零码（单极性不归零码（NRZNRZ）q“1”码码q“0”码码有信号，用正电平表示无信号，用零电平表示（1）编码规则二进制信号二进
6、制信号1100010 101+E NRZ波形示意图0判决电平通信原理课件通信原理课件q 极性单一q 有直流分量（波形的电平平均值不为0）q脉冲之间无间隔(脉冲宽度=码元宽度）q 判决电平为0.5Eq 不能直接提供同步信号；q 要求信道的一端接地；（3）单极性不归零码的特点:通信原理课件通信原理课件q“1”码码q“0”码码用正电平表示用正电平表示用负电平表示用负电平表示2 2.双极性不归零码双极性不归零码（1）编码规则1 100010 101+E-E二进制信号二进制信号 双极性不归零码波形示意图判决电平0通信原理课件通信原理课件q 无直流分量q 脉冲之间无间隔q 信号的判决电平为 0q 抗干扰能
7、力较强（3）双极性不归零码的特点:通信原理课件通信原理课件3 3.单极性归零码（单极性归零码（RZRZ）脉冲宽度比码元宽度窄，每个正脉冲都会回到零电位。（1）编码规则1100010 101+E二进制信号二进制信号 单极性归零码波形示意图0设设码元间隔码元间隔为为TsTs，归零码宽度归零码宽度为为 ，则称则称 为为占空比占空比。通信原理课件通信原理课件q 码元间隔明显:有利于同步时钟提取q 脉冲窄:有利于减少码元间波形干扰q 码元能量小、抗干扰能力差（3）单极性归零码的特点:通信原理课件通信原理课件 “1”“1”码用正电平，码用正电平，“0”0”码用负电平表示，脉冲宽度比码码用负电平表示，脉冲宽
8、度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电位元宽度窄，每个脉冲都回到零电位。4 4.双极性归零码双极性归零码（1）编码规则-E二进制信号二进制信号11000 10 101E 双极性归零码波形示意图通信原理课件通信原理课件q 双极性归零码除了具有双极性不归零波形的特点外，还有利于同步脉冲的提取。（3）双极性归零码的特点：通信原理课件通信原理课件差分波形是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码，因此称它为相对码波形，而相应地称前面的单极性或双极性波形为绝对码波形。例如：5 5.差分码（相对脉冲码）差分码（相对脉冲码）“1”码“0”码电平跳变电平不变绝对码（1）编码规则通信原理课件通信原理课件绝对二进制码：1
9、0 1 1 1 0 0 1 1 0 相对码脉冲波形示意图-E+E（2）差分码波形差分码的优点：即使接收到的码元极性与发送端相反，差分码的优点：即使接收到的码元极性与发送端相反，也能正确判决。也能正确判决。通信原理课件通信原理课件an:输入码输入码(绝对码绝对码)差分码差分码 绝对码与相对码之间的变换原理T延迟延迟编码编码T延迟延迟解码解码（3）差分码的生成通信原理课件通信原理课件输入码an:1110010101差分码bn:1011100110（0）cn:1110010101bn波形:1011100110相对码脉冲波形示意图 数字基带信号常见码型数字基带信号常见码型通信原理课件通信原理课件几种基
10、本的数字基带信号码型几种基本的数字基带信号码型 通信原理课件通信原理课件2 数字基带信号常用的传输码型数字基带信号常用的传输码型 不不同同形形式式的的码码型型信信号号具具有有不不同同的的频频谱谱结结构构，我我们们将将适适于于在在信信道道中中传传输输的的基基带带信信号号码码型型称称为为线线路路传传输输码码型型。基基带传输信号码型设计应考虑如下一些原则：带传输信号码型设计应考虑如下一些原则：（1 1）对对于于频频带带低低端端受受限限的的信信道道传传输输，线线路路码码型型中中不不含含有有直直流流分分量量，且低频分量较少。且低频分量较少。（2 2）便于从相应的基带信号中提取定时同步信息。）便于从相应的
11、基带信号中提取定时同步信息。（3 3）信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰。）信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰。（4 4）所选码型应具有纠错、检错能力。）所选码型应具有纠错、检错能力。（5 5）码型变换设备要简单，易于实现。）码型变换设备要简单，易于实现。通信原理课件通信原理课件1.AMI码（传号交替反转码）码（传号交替反转码）“0”（空号）：（空号）：0“1”（传号）：正负交替（传号）：正负交替波形波形消息代码消息代码an:1110010101AMI码码：+11+10010+101（2）AMI码波形优点：不含直流成分；编译码电路简单，易发现误码。优点：不含直流
12、成分；编译码电路简单，易发现误码。不足：提取定时信号困难。不足：提取定时信号困难。用：用：ITU建议采用的传输码型之一建议采用的传输码型之一通信原理课件通信原理课件 AMI码的一种改进型，使连“0”个数不超过3个，避免丢失同步信号。2HDB3码（码（3阶高密度双极性码）（2）HDB3码编码规则q“1”（信码）用B表示：B与B之间符号相反。q“0000”用“000V”表示：破坏点V与V之间符号相反。q 若V与前一个B（包括BB）符号相同 则保持，若如相反，则将“000V”用“BB00V”表示 B B为补信码，为补信码，B与与B（包括（包括BB）之间符号相反。q 接收到“1”若和前一个“1”相同，
13、则还原为V，前三位为000 若和前一个“1”相反，则还原为B。通信原理课件通信原理课件例如：例如：代码代码AMI码码加加V加加B并调整并调整B及及B极性极性HDB3码码000 1+1+10 0 0 00 0 0 00 0 0 V+1 1 0 0 0 0 0 1 0 1-1+1 0 0 0 0 0 -1 0 +1-1+1 0 0 0 V-0 -1 0 +10 +1 0 0 0 V+-1+1 B-0 0 V-0 +1 0 -10 +1 0 0 0+1 -1+1-1 0 0-1 0 +1 0 -1通信原理课件通信原理课件（1）原码：）原码：0110000000000000110000（2）原码：）原
14、码：11110000001000001010000000（3）HDB3码码:0+1-100-1000+100-1+100+1-100-100（4）下列哪组）下列哪组HDB3码是错误的？码是错误的？A、0+1-10-1000+10B、+1-1+10000-10C、00+1-1000-100D、+100+1-1-1000通信原理课件通信原理课件通信原理与技术课件HDB3码的特点：码的特点：1 1 由由HDB3HDB3码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量频分量;2 HDB32 HDB3中连中连0 0串的数目至多为串的数目至多为3 3个，易于提取定
15、时信号。个，易于提取定时信号。3 3 编码规则复杂，但译码较简单。编码规则复杂，但译码较简单。用：HDB3HDB3码是应用最为广泛的码型码是应用最为广泛的码型,A,A律律PCMPCM四次群以下的四次群以下的接口码均为接口码均为HDB3HDB3码码.通信原理课件通信原理课件 数字双相码又称曼彻斯特（Manchester）码。每个码元用两个极性相反的码来表示。3.双相码双相码编码规则之一是：编码规则之一是：“0”码用码用“01”两位码表示两位码表示“1”码用码用“10”两位码表示两位码表示（1）编码规则：通信原理课件通信原理课件代码：代码：1100101双相码：双相码：10100101100110
16、0（2）数字双相码波形：通信原理课件通信原理课件q双相码只有极性相反的两个电平；q 双相码在每个码元周期中都存在电平跳变，所以富含位定时信息；q 这种码的正、负电平各半，所以无直流分量；q 编码过程也简单；q 适用数据终端设备在中速短距离上传输，如以太网。（3）数字双相码特点：数字双相码特点：通信原理课件通信原理课件4.CMI码码又称传号反转码又称传号反转码编码规则编码规则“1”码：码：“00”和和“11”交替表示；交替表示；“0”码：码：“01”表示。表示。优优点点：没没有有直直流流分分量量，且且有有频频繁繁出出现现波波形形跳跳变变，便便于于定定时信息提取，具有误码监测能力。时信息提取，具有
17、误码监测能力。用：在高次群脉冲编码调制设备中做接口码型。用：在高次群脉冲编码调制设备中做接口码型。通信原理课件通信原理课件通信原理与技术课件5 PST5 PST码码PSTPST码的全称是成对选择三进码。码的全称是成对选择三进码。为为防防止止PSTPST码码的的直直流流漂漂移移，当当在在一一个个码码组组中中仅仅发发送送单单个个脉脉冲冲时时，两两个个模模式式交交替替使用。使用。二进制代码二进制代码十模式十模式一模式一模式00011011-+0+0+-+0-0+-通信原理课件通信原理课件6 6 密勒（密勒（MillerMiller）码）码密密勒勒码码又又称称延延迟迟调调制制码码，它它是是双双相相码码
18、的的一一种种变变形形。编码规则如下编码规则如下：“1 1”码码用用“1010”或或“0101”表表示示。“0 0”码码分分两两种种情情形形处处理理：对对于于单单个个“0 0”时时，用用“1111”或或“0000”表示。表示。要求：要求：1 1）连）连0 0有跳变；有跳变；2 2）0 0到到1 1或或1 1到到0 0 不跳变；不跳变；3 3）连）连1 1没要求；没要求；通信原理课件通信原理课件通信原理与技术课件例如：例如：消息代码消息代码11010010密勒码密勒码1001111000111000通信原理课件通信原理课件5.3 5.3 数字基带信号的频谱数字基带信号的频谱 数字基带信号的频谱分析
19、数字基带信号的频谱分析:1.1.有没有可供提取同步信号用的离散分量有没有可供提取同步信号用的离散分量2.2.根据它的连续谱可以确定基带信号的带宽根据它的连续谱可以确定基带信号的带宽有没有直流成分有没有直流成分数字基带信号通常都是随机脉冲序列数字基带信号通常都是随机脉冲序列:只能用统计的方法研究其功率谱。只能用统计的方法研究其功率谱。对对于于其其功功率率谱谱的的分分析析在在数数学学运运算算上上比比较较复复杂杂，因因此此，这这里里我我们们只只给给出出分分析析的的思思路路和和推推导导的的结结果果并并对对结结果果进进行行分分析。析。通信原理课件通信原理课件1.1.数字基带信号的数学描述数字基带信号的数
20、学描述1 1）波形）波形设一个二进制的随机脉冲序列如下图设一个二进制的随机脉冲序列如下图（可以是任意脉冲）。（可以是任意脉冲）。码元时间间隔码元时间间隔:Ts:Tsg g1 1(t):(t):“0”0”码，出现的概率为码，出现的概率为P Pg g2 2(t):(t):“1”1”码，出现的概率为码，出现的概率为1-P1-P通信原理课件通信原理课件2 2）数学表达式）数学表达式数字基带信号数字基带信号s(t)s(t)可由下式表示可由下式表示其中，其中，g g1 1(t)(t)和和g g2 2(t)(t)统计独立统计独立 由由于于任任何何波波形形均均可可分分解解为为若若干干个个波波形形的的叠叠加加，
21、考考虑虑到到要要了了解解基基带带信信号号中中是是否否存存在在离离散散频频谱谱分分量量以以便便提提供供同同步步信信息息，而而周周期期信信号号的的频频谱谱是是离离散散的的，所所以以将将s(t)s(t)分分解解为为一一个个周周期期波波形形v(t)v(t)和和一一个个随随机机交交变变波波形形u(t)u(t)。即即通信原理课件通信原理课件 基带随机脉冲序列及其分解图基带随机脉冲序列及其分解图 通信原理课件通信原理课件2.数字基带信号的功率谱密度数字基带信号的功率谱密度1 1）稳态项）稳态项v(t)v(t)的功率谱密度的功率谱密度P PV V(f)(f)稳稳态态项项v(t)v(t)是是周周期期为为TsTs
22、的的周周期期函函数数，用用周周期期信信号号的的功功率率谱谱计算方法得到计算方法得到v(t)v(t)的功率谱的功率谱P PV V(f)(f)。经分析可得。经分析可得式中式中 双边单边通信原理课件通信原理课件2 2）交变项）交变项u(t)u(t)的功率谱密度的功率谱密度P Pu u(f)(f)由由于于u(t)u(t)是是功功率率型型的的随随机机信信号号。采采用用截截短短函函数数和和求求统统计计平平均的方法可得均的方法可得双边单边可见，交变波的功率谱是一个可见，交变波的功率谱是一个连续谱连续谱，由连续谱可以，由连续谱可以确定随机序列的带宽。确定随机序列的带宽。通信原理课件通信原理课件3 3）随机基带
23、序列随机基带序列s(t)s(t)的功率谱密度的功率谱密度 由于由于s(t)=v(t)+u(t)s(t)=v(t)+u(t)，则随机序列，则随机序列s(t)s(t)的的双边功率谱密度为双边功率谱密度为单边功率谱密度为单边功率谱密度为通信原理课件通信原理课件第一项第一项 是由交变项是由交变项 产生的产生的连续频谱连续频谱,对于实际应用的数字信号有对于实际应用的数字信号有 ,因此这一项总是因此这一项总是存在的存在的.第二项第二项 ,它是由稳态项它是由稳态项 产生的产生的直流成分直流成分的功率谱密度的功率谱密度,这一项不一定都存在这一项不一定都存在.例如一般的双极性码例如一般的双极性码 ,，此时若，此
24、时若”0 0”、“1 1”码等概率出现，则码等概率出现，则 ，就没有直流成，就没有直流成分。分。通信原理课件通信原理课件第三项第三项 是由稳态项是由稳态项 产生的产生的离散谱离散谱，这一项，特别是基波成分，这一项，特别是基波成分 如果存如果存在，对为同步信号的提取将很容易，这一项也不一定都在，对为同步信号的提取将很容易，这一项也不一定都存在例如双极性码在等概率时，该项不存在。存在例如双极性码在等概率时，该项不存在。通信原理课件通信原理课件例例求单极性不归零信号的功率谱密度，假定求单极性不归零信号的功率谱密度，假定P=1/2。解：设单极性不归零信号解：设单极性不归零信号g1(t)=0，g2(t)
25、为高度为为高度为1、宽度为、宽度为的矩形脉冲的矩形脉冲。单极性不归零信号单极性不归零信号 通信原理课件通信原理课件单极性不归零信号的功率谱单极性不归零信号的功率谱 代入得单极性不归零信号的双边功率谱密度为代入得单极性不归零信号的双边功率谱密度为通信原理课件通信原理课件因此:单极性不归零信号的功率谱只有连续谱和直流分量，不含有可用于提取同步信息的fs分量；由连续分量可方便求出单极性不归零信号功率谱的近似带宽（Sa函数第一零点）或能量带宽为 当 ，上述结论仍然成立。通信原理课件通信原理课件例例求单极性归零信号的功率谱密度，假定求单极性归零信号的功率谱密度，假定P=1/2。解解：设设单单极极性性归归
26、零零信信号号g1(t)=0，g2(t)为为图图所所示示的的高高度度为为1、宽度为宽度为（）的矩形脉冲。）的矩形脉冲。则则单极性归零信号单极性归零信号 通信原理课件通信原理课件单极性归零信号的功率谱单极性归零信号的功率谱代入式得单极性不归零信号的双边功率谱密度为代入式得单极性不归零信号的双边功率谱密度为 通信原理课件通信原理课件由以上分析可见由以上分析可见,单极性归零信号的功率谱不但单极性归零信号的功率谱不但有连有连续谱续谱,而且在而且在 .处处还存在离散谱还存在离散谱，因而其因而其含有可用于提取同步信息的含有可用于提取同步信息的 分量分量；由连续谱可方便求出单极性归零信号功率谱的近似宽由连续谱
27、可方便求出单极性归零信号功率谱的近似宽带（带（SaSa函数第一零点）为：函数第一零点）为：当当 时，上述结论仍然成立。时，上述结论仍然成立。通信原理课件通信原理课件例例求双极性码信号的功率谱密度，假定求双极性码信号的功率谱密度，假定P=1/2。解解：双双极极性性信信号号一一般般满满足足g1(t)=-g2(t)，因因此此G1(f)=-G2(f)，当当1、0码码等等概概时时，不不论论归归零零与与否否，稳稳态态分分量量v(t)都都是是0，因因此都没有直流分量和离散谱。此都没有直流分量和离散谱。双极性不归零信号的双边功率谱为双极性不归零信号的双边功率谱为双极性归零信号的双边功率谱为双极性归零信号的双边
28、功率谱为 因因此此，双双极极性性不不归归零零码码和和双双极极性性归归零零码码的的功功率率谱谱都都只只由由连连续续谱谱组组成成，都都没没有有直直流流分分量量，不不含含有有提提取取同同步步信信息息的的分分量量，但可以通过整流获取同步信息。但可以通过整流获取同步信息。通信原理课件通信原理课件综综上上所所述述，通通过过对对数数字字基基带带信信号号的的二二进进制制随随机机脉脉冲冲序序列列功率谱的分析：功率谱的分析：一一方方面面可可以以根根据据它它的的连连续续谱谱来来确确定定序序列列的的带带宽宽，从从上上述述举举例例可可以以看看出出，当当数数字字基基带带信信号号用用矩矩形形脉脉冲冲表表示示时时，其其带带宽
29、为连续谱的第一零点带宽；宽为连续谱的第一零点带宽；另另一一方方面面利利用用它它的的离离散散谱谱是是否否存存在在这这一一特特点点，可可以以明明确确能能否否从从脉脉冲冲序序列列中中直直接接提提取取定定时时分分量量和和采采取取怎怎样样的的方方法法可可以从基带脉冲序列中获得所需的离散分量。以从基带脉冲序列中获得所需的离散分量。通信原理课件通信原理课件5.4 5.4 数字基带传输的码间串扰数字基带传输的码间串扰 5.4.1 5.4.1 码间串扰码间串扰数字基带传输系统数字基带传输系统 通信原理课件通信原理课件图图 数字基带传输系统的数学模型数字基带传输系统的数学模型 通信原理课件通信原理课件输入信号入信
30、号dn一般一般认为是是单极性二极性二进制矩形脉冲序列；制矩形脉冲序列；dn经过码型型变换以后一般以后一般变换为双极性的双极性的码型型an；其中其中 在在波波形形形形成成时，通通常常先先对an进行行理理想想抽抽样，变成成二二进制制冲冲激激脉脉冲冲序序列列d(t)，然然后后送送入入发送送滤波波器器以以形形成成所所需需的波形。即的波形。即通信原理课件通信原理课件设传输函数函数发送送滤波器波器:GT()信道信道:C()接收接收滤波器波器:GR()则总传输特性特性为其其对应的的单位冲激响位冲激响应为 则在在d(t)的作用下，接收的作用下，接收滤波器波器输出信号出信号y(t)可表示可表示为 nR(t)是加
31、性噪声是加性噪声n(t)经过接收接收滤波器后波器后输出的窄出的窄带噪声。噪声。通信原理课件通信原理课件抽抽样样判判决决器器对对y(t)y(t)进进行行抽抽样样判判决决。设设对对第第k k个个码码元元进进行行抽抽样样判判决决，抽抽样样判判决决时时刻刻应应在在收收到到第第个个码码元元的的最最大大值值时时刻刻，设此时刻为设此时刻为kTkTs s+t+t0 0，把，把t=kTt=kTs s+t+t0 0代入式（代入式（4.3.34.3.3）得）得（5.18）第第k k个码元本身产生的所需抽样值个码元本身产生的所需抽样值除第除第k k个码元以外的其他码元产生个码元以外的其他码元产生的不需要的串扰值，称为
32、码间串扰。的不需要的串扰值，称为码间串扰。通信原理课件通信原理课件码间串扰码间串扰数数字字基基带带信信号号通通过过基基带带传传输输系系统统时时，由由于于系系统统（主主要要是是信信道道）传传输输特特性性不不理理想想，或或者者由由于于信信道道中中加加性性噪噪声声的的影影响响，使使收收端端脉脉冲冲展展宽宽，延延伸伸到到邻邻近近码码元元中中去去，从从而而造造成成对对邻邻近近码元的干扰，我们将这种现象称为码元的干扰，我们将这种现象称为码间串扰码间串扰。通信原理课件通信原理课件图图4-13基带传输中的码间串扰基带传输中的码间串扰 通信原理课件通信原理课件5.5 5.5 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的
33、基带传输特性 通过分析知通过分析知，若想消除码间串扰，应有若想消除码间串扰，应有 1 1）an：随机，不能通过码元拖尾相互抵消。（码元随机，行不通）：随机，不能通过码元拖尾相互抵消。（码元随机，行不通）2 2）理想）理想h(t):h(t):让码元波形拖尾迅速衰减，到下一个码元抽样判决时刻让码元波形拖尾迅速衰减，到下一个码元抽样判决时刻 衰减为零。（理论上正确，实际很难）衰减为零。（理论上正确，实际很难）3 3）实际）实际h(t)h(t)：允许有很长的拖尾，但让它在允许有很长的拖尾，但让它在t t0 0+Ts+Ts，t t0 0+2Ts+2Ts等后面码等后面码 元抽样判决时刻上正好为元抽样判决时
34、刻上正好为0 0。（可行）。（可行）5 5 消除码间串扰的思想消除码间串扰的思想通信原理课件通信原理课件图图 消除码间串扰的原理消除码间串扰的原理 通信原理课件通信原理课件也就是说，也就是说，h(t)h(t)的值除的值除t=0t=0时不为零外，在其他所有抽样时不为零外，在其他所有抽样点均为零。点均为零。研究如何设计基带传输特性H()，以形成在抽样时刻上无码间串扰的冲激响应波形h(t)。在假设信道和接收滤波器所造成的延迟t0=0时，无码间串扰的基带系统冲激响应满足下式：无无码间串扰的条件码间串扰的条件通信原理课件通信原理课件因为因为 现在将上式的积分区域用角频率间隔现在将上式的积分区域用角频率间
35、隔2/Ts分割，可得分割，可得 作变量代换：令作变量代换：令，则有则有 ，于是，于是交换求和与积分的次序，于是有交换求和与积分的次序，于是有这里，这里，我们已把我们已把重新记为重新记为。通信原理课件通信原理课件式（式（4.4.6）中中的物理意义是的物理意义是：把把H()的的分分割割各各段段平平移移到到(-/Ts,/Ts)的的区区间间对对应应叠叠加加求求和和，简称为简称为“切段叠加切段叠加”。令令则则Heq()就是就是H()的的“切段叠加切段叠加”，称，称Heq()为等效传输函为等效传输函数。将其代入式（数。将其代入式（4.4.6）可得）可得代入式代入式(4.4.2)，便可得到无码间串扰时，基带
36、传输特性应便可得到无码间串扰时，基带传输特性应满足的频域条件满足的频域条件通信原理课件通信原理课件该式称为奈奎斯特第一准则。它为我们确定某基带系统是否存在码间串扰提供了理论依据。Heq()的物理含义：从频域看，只要将该系统的传输特性H()按2/Ts间隔分段，再搬回(-/Ts,/Ts)区间叠加，叠加后若其幅度为常数，就说明此基带传输系统可以实现无码间串扰。通信原理课件通信原理课件图图Heq()的物理含义的物理含义 通信原理课件通信原理课件 符符合合奈奈奎奎斯斯特特第第一一准准则则的的、最最简简单单的的传传输输特特性性是是理理想想低通滤波器的传输特性，其传输函数为低通滤波器的传输特性，其传输函数为
37、其对应的冲激响应为其对应的冲激响应为 无无码间串扰的传输特性的设计码间串扰的传输特性的设计5.5.1 5.5.1 无码间串扰的理想低通滤波器无码间串扰的理想低通滤波器通信原理课件通信原理课件图图理想低通传输系统特性理想低通传输系统特性 由由图可可见，h(t)在在t=kTs(k0)时有有周周期期性性零零点点，当当发送送 序序 列列 的的 间 隔隔 为 Ts时 正正 好好 巧巧 妙妙 地地 利利 用用 了了 这 些些 零零 点点，实现了无了无码间串串扰传输。通信原理课件通信原理课件在图在图4 4-16-16所示的理想基带传输系统中，称截止频率所示的理想基带传输系统中，称截止频率 为为奈奎斯特带宽奈
38、奎斯特带宽。Ts=1/(2BTs=1/(2BN N):):奈奎斯特间隔，奈奎斯特间隔，是无码间串扰传输的最小码元间隔。是无码间串扰传输的最小码元间隔。R RB B=1/T=1/Ts s=2B=2BN N:奈奎斯特速率奈奎斯特速率，它是系统的最大码元传输速率。它是系统的最大码元传输速率。若若以高于以高于1/T1/Ts s波特的速率进行传输时会出现码间串扰。波特的速率进行传输时会出现码间串扰。理想低通传输函数（基带系统）的理想低通传输函数（基带系统）的频带利用率频带利用率为为最大的频带利用率：最大的频带利用率：2Baud/Hz2Baud/Hz通信原理课件通信原理课件理想低通传输特性的基带系统有最大
39、的频带利用率。但理想低通系统在实际应用中存在两个问题：一是理想矩形特性的物理实现极为困难；二是理想的冲激响应h(t)的“尾巴”很长，衰减很慢，当定时存在偏差时，可能出现严重的码间串扰。通信原理课件通信原理课件5.5.2 5.5.2 无码间串扰的滚降系统无码间串扰的滚降系统 原因：原因：频率截止特性过于陡峭频率截止特性过于陡峭,造成造成h(t)h(t)的尾巴衰减慢；的尾巴衰减慢；解决解决：Y()Y()的幅度对的幅度对B BN N呈奇对称；呈奇对称；滚降：滚降：理想低通特性理想低通特性，按奇对称条件按奇对称条件，进行进行“圆滑圆滑/滚降滚降”。定义滚降系数为定义滚降系数为:B BN N：无无滚降时
40、的截止频率滚降时的截止频率 B B2 2：滚降滚降部分的截止频率部分的截止频率显然，显然，0101通信原理课件通信原理课件不不同同的的有有不不同同的的滚滚降降特特性性。图图画画出出了了按按余余弦弦滚滚降降的的几几种种滚滚降降特特性性和和冲冲激激响响应应。具具有有滚滚降降系系数数的的余余弦弦滚滚降特性降特性H()H()可表示成可表示成而相应的冲激响应为而相应的冲激响应为 通信原理课件通信原理课件图图余弦滚降系统余弦滚降系统 通信原理课件通信原理课件=0对应的图形正好是理想低通滤波器越大抽样函数的拖尾振荡起伏越小、衰减越快。=1时，拖尾按速率t3衰减，抑制码间串扰的效果最好，它付出的代价是带宽增大
41、了一倍。此时系统的频带利用率为1 Baud/Hz。当=1时，H()可表示成通信原理课件通信原理课件引入滚降系数引入滚降系数后，系统的最高传码率后，系统的最高传码率R RB B不变，不变，但系统的带宽扩展为但系统的带宽扩展为 系统的频带利用率为系统的频带利用率为 通信原理课件通信原理课件n 例例 设设某某数数字字基基带带传传输输系系统统的的传传输输特特性性H()H()如如图图5-165-16所所示。其中示。其中为某个常数（为某个常数（0101）。）。n （1 1）试检验该系统能否实现无码间串扰传输？）试检验该系统能否实现无码间串扰传输？n （2 2）试试求求该该系系统统的的最最大大码码元元传传输
42、输速速率率为为多多少少？这这时时的的系统频带利用率为多大？系统频带利用率为多大？通信原理课件通信原理课件解：（解：（1 1）由于该系统可构成等效矩形系统）由于该系统可构成等效矩形系统 所以该系统能够实现无码间串扰传输所以该系统能够实现无码间串扰传输（2 2）该系统的最大码元传输速率）该系统的最大码元传输速率R Rmaxmax，即满足，即满足H Heqeq()()的的最大码元传输速率最大码元传输速率R RB B，容易得到：，容易得到：所以系统的频带利用率所以系统的频带利用率 通信原理课件通信原理课件5.6 5.6 部分响应系统部分响应系统 理想低通的特点：理想低通的特点：优：优：消除了码间串扰，
43、带宽利用率高，尾巴衰减慢；消除了码间串扰，带宽利用率高，尾巴衰减慢；缺缺：第第一一零零点点以以后后尾尾巴巴振振荡荡幅幅度度大大、收收敛敛慢慢、从从而而对对定定时时要要求求严严格格。若若定定时时稍有偏差，极易引起严重的码间串扰。稍有偏差，极易引起严重的码间串扰。等效理想低通的特点：如升余弦频率特性等效理想低通的特点：如升余弦频率特性优优：消消除除了了码码间间串串扰扰，其其冲冲击击响响应应的的尾尾巴巴振振荡荡幅幅度度虽虽然然减减小小了了，对对定定时时要要求求 也可放松。也可放松。缺：缺：增大了带宽，降低了频带利用率；达不到增大了带宽，降低了频带利用率；达不到2Baud/Hz2Baud/Hz。结论：
44、结论：频带利用率频带利用率 与与“尾巴尾巴”衰减衰减/收敛收敛 相互矛盾相互矛盾 对于高速率的传输尤其不利对于高速率的传输尤其不利两者兼顾：两者兼顾：部分响应系统部分响应系统 通信原理课件通信原理课件5.6.1 5.6.1 部分响应系统的特性部分响应系统的特性实例：实例：SaSa函数函数 矩形矩形两个时间上相隔一个码元两个时间上相隔一个码元T Ts s的波形相加的波形相加 第一部分响应系统第一部分响应系统通信原理课件通信原理课件图 g(t)及其频谱通信原理课件通信原理课件由图可见：由图可见：g(t)的频谱限制在的频谱限制在(-/Ts，/Ts)内，且呈缓变的半余弦滤内，且呈缓变的半余弦滤波特性，
45、其传输带宽为波特性，其传输带宽为B=1/2Ts，频带利用率为，频带利用率为=2(Baud/Hz)，达到基带系统在传输二进制序列时的理，达到基带系统在传输二进制序列时的理论极限值；论极限值；第二：第二：g(t)波形的拖尾按照波形的拖尾按照t2速率衰减，比速率衰减，比sinx/x波形的衰波形的衰减快了一个数量级；减快了一个数量级；第三：若用第三：若用g(t)作为传送波形，且码元间隔为作为传送波形，且码元间隔为Ts，则在抽，则在抽样时刻上会发生串扰，这种串扰发生在发送码元与其前后样时刻上会发生串扰，这种串扰发生在发送码元与其前后码元之间，而与其它码元间不发生串扰。码元之间，而与其它码元间不发生串扰。
46、通信原理课件通信原理课件码元发生串扰的示意图码元发生串扰的示意图 通信原理课件通信原理课件5.6.2 5.6.2 部分响应系统的实现部分响应系统的实现双二进制信号的产生双二进制信号的产生通信原理课件通信原理课件原始代码：a ak k a ak-1k-1 ：前一码元在第前一码元在第K K个时刻上的采样值个时刻上的采样值 信道中传输的是：Ck【相关编码相关编码，Ck有有-2、0及及+2三种取值三种取值】接收端：恢复码元ak缺点：有“错误传播”现象，只要有一个码元发生错误，就会相继影响以后的码元。通信原理课件通信原理课件1.1.第第类部分响应系统类部分响应系统预编码预编码相关编码相关编码模模2判决判
47、决预编码之后再预编码之后再相关编码：相关编码：模模2 2（mod2mod2）判决：）判决：预编码：预编码：在相关编码之前，预先把发送端的 变成：同为0，异为1也即：收到Ck后，模2，便可得到发送端的ak，不需要预先知道ak-1，因而不存在错误传播 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 11 01 011110120000000通信原理课件通信原理课件图图第第类部分响应系统组成框图类部分响应系统组成框图通信原理课件通信原理课件2.2.一般部分响应系统一般部分响应系统部分响应系统一般形式部分响应系统一般形式：N个相继间隔个相继间隔Ts的的sinx/x波形之和波形之和加权系数：加权系数：R1,R2
48、,RNR1,R2,RN，其取值为正、负整数及零。，其取值为正、负整数及零。第第类部分响应波形：类部分响应波形：R1=1,R2=1 R1=1,R2=1，其余系数，其余系数RN=0RN=0对应频谱函数：对应频谱函数：通信原理课件通信原理课件表表5-2常见的部分响应波形常见的部分响应波形类类别别R1R2R3R4R5二进制输入时二进制输入时的的Ck电平数电平数012I113II12 15III21-15通信原理课件通信原理课件类类别别R1R2R3R4R5二进制输入时二进制输入时的的Ck电平数电平数IV10-13V-1020-15续表（2）通信原理课件通信原理课件结论：结论：部分响应系统优点：部分响应系
49、统优点：1.实现实现2Baud/Hz的频带利用率，的频带利用率，2.“尾尾巴巴”衰衰减减大大和和收收敛敛快快，还还可可实实现现基基带带频频谱谱结结构构的的变变化。化。部分响应系统的缺点：部分响应系统的缺点：1.输输入入数数据据为为L进进制制时时，部部分分响响应应波波形形的的相相关关编编码码电电平平数要超过数要超过L个。个。2.相相同同输输入入信信噪噪比比，部部分分响响应应系系统统的的抗抗噪噪声声性性能能要要比比零零类响应系统差。类响应系统差。通信原理课件通信原理课件5.7 5.7 基带传输系统的抗噪声性能基带传输系统的抗噪声性能基带传输系统的抗噪声性能分析模型基带传输系统的抗噪声性能分析模型数
50、字系统抗噪声性能指标：误码率误码：由码间干扰和噪声两方面引起的简化起见，在无码间串扰的条件下计算由噪声引起的误码率。通信原理课件通信原理课件s(t):s(t):接收端收到的二进制波形接收端收到的二进制波形n nR R(t):(t):均均值值为为零零、双双边边功功率率谱谱密密度度为为n n0 0 /2/2的的高高斯斯白白噪噪声声，经经滤滤波波后后得得到的高斯带限噪声到的高斯带限噪声x(t):x(t):接收滤波器的输出接收滤波器的输出 =s(t)+n=s(t)+nR R(t)(t)1.1.二进制单极性数字基带系统的抗噪声性能二进制单极性数字基带系统的抗噪声性能单极性基带信号：单极性基带信号：通信原
