数字基带传输课件.ppt

1、第第5章章 数字基带传输系统数字基带传输系统5.1 数字基带传输概述数字基带传输概述5.2 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性5.3 基带传输的常用码型基带传输的常用码型5.4 基带脉冲传输与码间串扰基带脉冲传输与码间串扰 5.5 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性5.6 无码间串扰基带系统的抗噪声性能无码间串扰基带系统的抗噪声性能5.7 眼图眼图5.1 数字基带传输概述数字基带传输概述数字信号数字信号信号参量只能取信号参量只能取有限个离散值有限个离散值的信号，的信号，也叫离散信号也叫离散信号数字基带信号数字基带信号包含包含丰富的低频分量，甚至直流分丰富的低频分量，

2、甚至直流分量量，这样的数字信号称为数字基带信号。，这样的数字信号称为数字基带信号。数字基带传输数字基带传输在某些具有在某些具有低通特性低通特性的有线信道中，的有线信道中，特别是特别是传输距离不太远传输距离不太远的情况下，的情况下，数字基带信号可以数字基带信号可以直接传输直接传输，称之为数字基带传输。（例：双绞线，称之为数字基带传输。（例：双绞线，100base-T以太网）以太网）数字频带传输数字频带传输大多数信道是大多数信道是带通带通型的，数字基带型的，数字基带信号必须经过信号必须经过载波调制载波调制，把频谱搬移到高频处把频谱搬移到高频处才能在才能在信道中传输，这种传输称为数字频带（调制或载波

3、）信道中传输，这种传输称为数字频带（调制或载波）传输。传输。数字基带传输系统的数字基带传输系统的研究意义研究意义：采用对称电缆的近程数据通信系统广泛采用数字基带传采用对称电缆的近程数据通信系统广泛采用数字基带传输；输；数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题；数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题；采用线性调制的频带传输系统可采用线性调制的频带传输系统可等效为等效为基带传输系统来基带传输系统来研究；研究；数字基带传输系统的基本结构数字基带传输系统的基本结构主要由主要由信道信号形成器、信道、接收滤滤器和抽样信道信号形成器、信道、接收滤滤器和抽样判决器判决器组成。组成。为了保证系统可靠有序地工作

4、，为了保证系统可靠有序地工作，还应有还应有同步系统同步系统（P324同步原理）。同步原理）。信道信号形成器信道信号形成器把原始基带信号变换成适合于信道传输把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，的基带信号，这种变换主要是通过这种变换主要是通过码型变换码型变换和和波形变换波形变换来实来实现的。现的。信道信道是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，信是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，信道的传输特性通常道的传输特性通常不满足无失真传输条件不满足无失真传输条件，甚至是随机变化，甚至是随机变化的。另外的。另外信道还会进入噪声信道还会进入噪声。接收滤波器接收滤波器主要作用是主要作用是滤除带

5、外噪声滤除带外噪声，对信道特性，对信道特性均衡均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。使输出的基带波形有利于抽样判决。抽样判决器抽样判决器在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样输出波形进行抽样判决判决，以恢复或再生基带信号。而，以恢复或再生基带信号。而用来抽样的位定时脉冲则用来抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信号中提取依靠同步提取电路从接收信号中提取。（a）（b）（c）（d）基带系统各点波形示意图基带系统各点波形示意图输入的基带信号码型变换后的波形码型和波形变换后

6、的波形信道输出信号（e）（f）（g）基带系统各点波形示意图基带系统各点波形示意图接收滤波器输出波形位定时同步脉冲恢复的信息第4个码元发生误码5.2 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 5.2.1 数字基带信号数字基带信号数字基带信号数字基带信号是指是指消息代码的电波形消息代码的电波形，它是它是用不同的电平用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码或脉冲来表示相应的消息代码。数字基带信号的类型很多，例如。数字基带信号的类型很多，例如矩形脉冲，三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等，下面矩形脉冲，三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等，下面以矩形脉冲以矩形脉冲为例为例介绍几种常用的基带信号波形。介绍几种

7、常用的基带信号波形。单极性不归零波形单极性不归零波形 这种这种信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码0和和1，其特点是极性单一，其特点是极性单一，有直流分量，有直流分量，脉冲之间无间隔。脉冲之间无间隔。另外另外位同步信息包含在电平的转换之中，当出现连位同步信息包含在电平的转换之中，当出现连 0 和连和连1序列时序列时没没有位同步信息有位同步信息。双极性不归零波形双极性不归零波形 脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码 1、0，当，当 0、1 符号等可能出现时无直流分量。符号等可能出现时无直流分量。这样，这样，恢

8、复信号的恢复信号的判决电判决电平为零值平为零值，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强。强。单极性归零波形单极性归零波形 有有电脉冲宽度小于码元宽度电脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平所以称为归零波形。单极性归零波形长度内总要回到零电平所以称为归零波形。单极性归零波形可可以直接提取定时信息以直接提取定时信息（出现连（出现连0序列时无法提取位同步信息）序列时无法提取位同步信息）双极性归零波形双极性归零波形 每个码元内的脉冲都回到零电平，即相邻脉冲之间必定每个码元内的脉冲都回到零电平，即相邻脉冲之

9、间必定留有零电位的间隔。留有零电位的间隔。有利于同步脉冲的提取有利于同步脉冲的提取。差分波形差分波形 这种波形这种波形不是用码元本身的电平表示消息代码，而是不是用码元本身的电平表示消息代码，而是用相邻码元电平的跳变和不变来表示消息代码用相邻码元电平的跳变和不变来表示消息代码。由于差分波。由于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，因此称它为相相对码波形对码波形，而相应地称前面的单极性或双极性波形为，而相应地称前面的单极性或双极性波形为绝对码绝对码波形波形。多电平波形多电平波形 多于一个二进制符号对应一个脉冲的波形，统称为多电多于一个二进制

10、符号对应一个脉冲的波形，统称为多电平波形或多值波形。由于这种波形的平波形或多值波形。由于这种波形的一个脉冲可以代表多个二一个脉冲可以代表多个二进制符号进制符号，故在高数据速率传输系统中，采用这种信号形式是，故在高数据速率传输系统中，采用这种信号形式是适宜的。适宜的。若数字基带信号中若数字基带信号中各码元波形相同而取值不同各码元波形相同而取值不同，则可表，则可表示为：示为：式中，式中，是第是第 n 个信息符号所对应的电平值；个信息符号所对应的电平值；为码元间隔；为码元间隔；为某种标准脉冲波形，对于二进制代码序列，若令为某种标准脉冲波形，对于二进制代码序列，若令 代表代表“0”，代表代表“1”，则

11、，则由于由于an是一个随机变量，是一个随机变量，数字基带信号可用随机序列数字基带信号可用随机序列表示。表示。Sn(t)=5.2.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 通过通过对数字基带信号进行谱分析对数字基带信号进行谱分析，可以，可以了解信号需要占据的了解信号需要占据的频带宽度频带宽度，所包含的频谱分量所包含的频谱分量，有无直流分量有无直流分量，有无定时分量有无定时分量等。等。由于由于数字基带信号是随机信号，没有确定的频谱，只能用功数字基带信号是随机信号，没有确定的频谱，只能用功率谱密度来描述其频谱特性率谱密度来描述其频谱特性，下面我们将从功率谱密度的定义，下面我们将从功率谱密度的定义出发

12、，得出数字基带信号的功率谱密度。出发，得出数字基带信号的功率谱密度。设二进制的随机脉冲序列如下图所示，其中设二进制的随机脉冲序列如下图所示，其中 表示表示“0”码，码，表示表示“1”码，码，和和 在实际中可以是任意的脉在实际中可以是任意的脉冲。冲。假设假设 和和 出现的概率分别为出现的概率分别为P 和和1-P，且统计独立，则，且统计独立，则其中其中 把把s(t)分解成分解成稳态波稳态波v(t)和和交变波交变波u(t)。所谓稳态波，即是随机。所谓稳态波，即是随机序列序列s(t)的统计平均分量，取决于每个码元内出现的统计平均分量，取决于每个码元内出现 、的概率加权平均的概率加权平均 v(t)是一个

13、是一个以以 为周期的周期函数为周期的周期函数。Es(t)=交变波交变波u(t)是是s(t)与与v(t)之差，即之差，即其中第其中第n 个码元为个码元为于是于是根据根据 和和 的表示式，的表示式，可表示为可表示为或者写成或者写成其中其中显然显然u(t)是随机脉冲序列。是随机脉冲序列。1v(t)的功率谱密度的功率谱密度由于由于v(t)是以是以 为周期的周期信号，故为周期的周期信号，故式中式中由于在由于在 范围内范围内,，所以，所以又由于又由于 只存在只存在 范围内，所以范围内，所以式中式中再根据周期信号功率谱密度与傅里叶系数再根据周期信号功率谱密度与傅里叶系数 的关系式，有的关系式，有 可见可见稳

14、态波的功率谱稳态波的功率谱 是冲击强度取决是冲击强度取决 的的离散线离散线谱谱，根据离散谱可以确定随机序列，根据离散谱可以确定随机序列是否包含直流分量是否包含直流分量(m=0)和和定时分量定时分量 (m=1)。2u(t)的功率谱密度的功率谱密度 u(t)是功率型的随机脉冲序列，它的功率谱密度可采用截短是功率型的随机脉冲序列，它的功率谱密度可采用截短函数和求统计平均的方法来求，根据功率谱密度的原始定义函数和求统计平均的方法来求，根据功率谱密度的原始定义其中其中 是是u(t)的截短函数的截短函数 的频谱函数；截取时间的频谱函数；截取时间T 是是（2N+1）个码元的长度，即）个码元的长度，即式中，式

15、中，N 为一个足够大的数值，且当为一个足够大的数值，且当T时，意味着时，意味着N。根据根据 以及以及则则式中式中于是于是其统计平均为其统计平均为当当m=n 时时当当mn 时时所以所以根据式根据式 ，可求得交变波的功率谱，可求得交变波的功率谱可见，可见，交变波的的功率谱交变波的的功率谱 是是连续谱连续谱，它与，它与 和和 的频谱以及出现概率的频谱以及出现概率P 有关，根据连续谱可以确定随机序列的有关，根据连续谱可以确定随机序列的带宽带宽。3s(t)=u(t)+v(t)的功率谱密度的功率谱密度如果写成单边的，则有如果写成单边的，则有 随机脉冲序列的功率谱密度可能包含连续谱随机脉冲序列的功率谱密度可

16、能包含连续谱 和离散谱和离散谱 。对于对于连续谱连续谱而言，由于而言，由于 ，因而，因而 总是存在的总是存在的；而；而离散谱是否存在离散谱是否存在，取决取决 和和 的波形及其出现的概率的波形及其出现的概率P。2fs例例5-1 对于对于单极性波形单极性波形：若设：若设g 1(t)=0，g 2(t)=g（t），则随），则随机脉冲序列的双边功率谱密度为机脉冲序列的双边功率谱密度为等概（等概（P=1/2）时，上式简化为时，上式简化为（1）若表示）若表示“1”码的波形码的波形 g 2(t)=g(t)为为不归零矩形脉冲不归零矩形脉冲，即，即其频谱函数为其频谱函数为门函数的门函数的傅里叶变傅里叶变换需要记换

17、需要记忆忆()()g tG f当当 ,的取值情况：的取值情况：m=0,，因此因此离散谱中有直流分量离散谱中有直流分量；m为不等于零的整数时，为不等于零的整数时，离散谱均为零，因而，离散谱均为零，因而无定时信号无定时信号。随机序列的带宽取决于连续谱随机序列的带宽取决于连续谱，该频谱的第一个零点在该频谱的第一个零点在 ，因此因此单极性不归零信号的带宽单极性不归零信号的带宽为为 。二进制基带信号的功率谱密度二进制基带信号的功率谱密度2（2）若）若g2(t)=g(t)为为半占空归零矩形脉冲半占空归零矩形脉冲，即脉冲宽度，即脉冲宽度 时，时，其频谱函数为其频谱函数为当当 ,的取值情况：的取值情况：m=0

18、,，因，因此此离散谱中有直流分量离散谱中有直流分量；m 为奇数时为奇数时，此时有离散谱，因而此时有离散谱，因而有定时信号有定时信号；m为偶数时为偶数时，此时此时无离散谱无离散谱。例例5-2 对于对于双极性波形双极性波形：若设：若设g 1(t)=-g 2(t)=g(t)，则，则等概（等概（P=1/2）时）时，上式变为，上式变为若若g(t)为高为为高为1，脉宽等于码元周期（即不归零）的矩形脉，脉宽等于码元周期（即不归零）的矩形脉冲冲，那么上式可写成，那么上式可写成从以上两例可以看出：从以上两例可以看出：（1）随机序列的带宽取）随机序列的带宽取 和和 之中较大带宽的一个作之中较大带宽的一个作为序列带

19、宽。为序列带宽。时间波形的占空比越小，频带越宽。矩形脉冲脉时间波形的占空比越小，频带越宽。矩形脉冲脉宽宽，则，则 。（2）单极性基带信号是否存在离散线谱取决于矩形脉冲的占）单极性基带信号是否存在离散线谱取决于矩形脉冲的占空比，空比，单极性归零信号中有定时分量，单极性不归零信号中无单极性归零信号中有定时分量，单极性不归零信号中无定时分量，定时分量，0、1 等概的双极性信号（无论是否归零）没有离等概的双极性信号（无论是否归零）没有离散谱，也就是说无直流分量和定时分量散谱，也就是说无直流分量和定时分量。研究随机脉冲序列的功率谱的意义：研究随机脉冲序列的功率谱的意义：可以根据连续谱来确定序列的带宽；可

20、以根据连续谱来确定序列的带宽；根据离散谱是否存在，确定能否从脉冲序列中直接提取定根据离散谱是否存在，确定能否从脉冲序列中直接提取定时分量。时分量。占空比占空比(Duty Ration)在电信领域中有如下含义：在一串理想的脉冲周期序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。5.3 基带传输的常用码型基带传输的常用码型对传输用的基带信号主要有对传输用的基带信号主要有两个方面的要求两个方面的要求：（1）对码型的要求，原始消息代码必须编成适合于传输用的码型；）对码型的要求，原始消息代码必须编成适合于传输用的码型；（2）对所选码型的电波形要求，电波形应适合于基带系统的传输。）对所选码型的电波形

21、要求，电波形应适合于基带系统的传输。前者属于前者属于传输码型传输码型的选择，后者是的选择，后者是基带脉冲基带脉冲的选择。的选择。传输码的结构应具有传输码的结构应具有下列主要特性下列主要特性：(1)相应的基带信号相应的基带信号无直流分量无直流分量，且低频分量少；，且低频分量少；(2)便于从信号中提取便于从信号中提取定时信息定时信息；(3)信号中信号中高频分量尽量少高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰；，以节省传输频带并减少码间串扰；(4)不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；(5)具有内在的检错能力。具有内在的检错能力。(6)

22、编译码设备要尽可能简单，等等。编译码设备要尽可能简单，等等。1.AMI 码码(传号交替反转码传号交替反转码)编码规则是将二进制消息代码编码规则是将二进制消息代码“1”(传号传号)交替地变换为传输交替地变换为传输码的码的“+1”和和“-1”，而，而“0”(空号空号)保持不变。保持不变。举例：举例：消息代码：消息代码：1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 AMI 码：码：+1 0 0-1+1 0 0 0 0 0 0 0 1+1 0 0 1+1优点优点：不含直流成分，高、低频分量少；不含直流成分，高、低频分量少；全波整流变为单极性归零波形后可提取位定时信号。全波整流

23、变为单极性归零波形后可提取位定时信号。AMI 码的编译码电路简单，便于利用传号极性交替规律观察误码情况。码的编译码电路简单，便于利用传号极性交替规律观察误码情况。不足不足：当原信码出现当原信码出现连连“0”串串时，信号的电平长时间不跳变，造成时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时提取定时信号的困难信号的困难。解决连。解决连“0”码问题的有效方法之一是采用码问题的有效方法之一是采用 HDB3 码。码。2.HDB3 码（码（3 阶高密度双极性码）阶高密度双极性码）它是它是 AMI 码的一种改进型，其目的是为了码的一种改进型，其目的是为了保持保持AMI码的优点码的优点而克服其缺点，使连而克服其缺点

24、，使连“0”个数不超过个数不超过3个个。编码规则：编码规则：（1）当信码的连）当信码的连“0”个数不超过个数不超过 3 时，仍按时，仍按 AMI 码的规则编，即传号码的规则编，即传号极性交替；极性交替；（2）当连）当连“0”个数超过个数超过 3 时，则将第时，则将第 4 个个“0”改为非改为非“0”脉冲，记为脉冲，记为+V 或或-V，称之为破坏脉冲。，称之为破坏脉冲。相邻相邻 V 码的极性必须交替出现码的极性必须交替出现，以确保编，以确保编好的码中无直流；好的码中无直流；（3）为了便于识别，）为了便于识别，V 码的极性应与其前一个非码的极性应与其前一个非“0”脉冲的极性相同脉冲的极性相同，否则

25、，将四连否则，将四连“0”的第一个的第一个“0”更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，并记为并记为+B 或或-B；（4）破坏脉冲之后的传号码极性也要交替。）破坏脉冲之后的传号码极性也要交替。信息代码：信息代码：1000 0 1000 0 1 1 000 0 l 1 AMI 码：码：-1000 0 +1000 0 -1 +1 000 0 -1 +1 HDB3 码：码：-1000 -V +1000 +V -1 +1 -B00 -V +l -1 HDB3 码译码：码译码：每一个破坏符号每一个破坏符号 V 总是与前一非总是与前一非0 符号同极性符号同极性，从收到的符号序，从

26、收到的符号序列中可以容易地找到破坏点列中可以容易地找到破坏点 V，于是也断定，于是也断定 V 符号及其前面的符号及其前面的 3 个个符号必是连符号必是连 0 符号，从而恢复符号，从而恢复 4 个连个连 0 码，再将所有码，再将所有-1 变成变成+1 后便后便得到原消息代码。得到原消息代码。优点优点：HDB3 码保持了码保持了 AMI 码的优点外，同时还将连码的优点外，同时还将连“0”码限制在码限制在 3 个以内，故有利于位定时信号的提取。个以内，故有利于位定时信号的提取。练习：信息代码为练习：信息代码为1 0000 0000 0000 0000 110，确定相应，确定相应的的HDB3码码3.P

27、ST 码（成对选择三进码）码（成对选择三进码）编码过程是：先将二进制代码两两分组，然后再把每一码编码过程是：先将二进制代码两两分组，然后再把每一码组编码成两个三进制数字组编码成两个三进制数字(+、-、0)。因为两位三进制数字共。因为两位三进制数字共有有 9种状态，故可灵活地选择其中的种状态，故可灵活地选择其中的 4 种状态。为防止种状态。为防止 PST 码的直流漂移，码的直流漂移，当在一个码组中仅发送当在一个码组中仅发送单个脉冲单个脉冲时，两个模式时，两个模式应交替变换应交替变换。代码：代码：0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 PST 码：码：0+-+-0 +0 +-+或：

28、或：0-+-+0 -0 +-+优点优点：PST 码能提供足够的定时分量，且码能提供足够的定时分量，且无直流成分，编码过程也较简单。无直流成分，编码过程也较简单。不足不足：这种码在识别时需要提供：这种码在识别时需要提供“分组分组”信息，即需要建立帧同步。信息，即需要建立帧同步。4.数字双相码数字双相码（曼彻斯特（曼彻斯特（Manchester）码）码）用一个周期的正负对称方波表示用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示，而用其反相波形表示“1”。编码规则之一：编码规则之一：“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，代码：代码：1 1

29、 0 0 1 0 1 双相码：双相码：10 10 01 01 10 01 10 优点优点：双相码在每个码元周期的中心点都存在电平跳变，所以富含位：双相码在每个码元周期的中心点都存在电平跳变，所以富含位 定时信息。又因为这种码的正、负电平各半，所以无直流分量，编码定时信息。又因为这种码的正、负电平各半，所以无直流分量，编码过程也简单。过程也简单。缺点缺点：带宽比原信码大：带宽比原信码大 1 倍。倍。5.4 基带脉冲传输与码间串扰基带脉冲传输与码间串扰基带传输系统模型基带传输系统模型假设假设 对应的基带信号对应的基带信号 d(t)是间隔为是间隔为 ，强度由，强度由 决定的单位决定的单位冲击序列，即

30、冲击序列，即此信号激励发送滤波器此信号激励发送滤波器(即信道信号形成器即信道信号形成器)时，则时，则发送滤波器的输出信发送滤波器的输出信号号为为()()TTgtG若设信道的传输特性为若设信道的传输特性为 ，接收滤波器的传输特性为，接收滤波器的传输特性为 ，则，则基带基带传输系统的总传输特性传输系统的总传输特性为为单位冲击响应为单位冲击响应为 接收滤波器的输出信号接收滤波器的输出信号是是是加性噪声是加性噪声 经过接收滤波器后输出的噪声。经过接收滤波器后输出的噪声。()()h tH 抽样判决器对抽样判决器对y(t)进行进行抽样判决抽样判决，以确定所传输的数字信，以确定所传输的数字信息序列息序列要对

31、第要对第 k个码元个码元 进行判决进行判决，应在，应在 时刻上对时刻上对 y(t)抽样抽样第一项第一项 是第是第k 个码元波形的抽样值，它是确定个码元波形的抽样值，它是确定 的依据的依据第二项对当前码元第二项对当前码元 的判决起着干扰的作用，所以称为的判决起着干扰的作用，所以称为码间串扰码间串扰值值第三项是输出噪声在抽样瞬间的值，是一种第三项是输出噪声在抽样瞬间的值，是一种随机噪声干扰随机噪声干扰，也要，也要影响对第影响对第k个码元的正确判决。个码元的正确判决。结论结论：由于：由于码间串扰码间串扰和和随机噪声随机噪声的存在，对的存在，对 取值的判决可能判取值的判决可能判对也可能判错。因此，对也

32、可能判错。因此，为了使误码率尽可能的小，必须最大限度为了使误码率尽可能的小，必须最大限度的减小码间串扰和随机噪声的影响的减小码间串扰和随机噪声的影响。t0是信道和接收滤波器所造成的延迟是信道和接收滤波器所造成的延迟若要消除码间串扰，应有若要消除码间串扰，应有5.5 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性0()0nsn ka h kn Ttl 如果相邻码元的前一个码元波形到达后一个码元抽样判决时刻时已如果相邻码元的前一个码元波形到达后一个码元抽样判决时刻时已经衰减到经衰减到0，就能满足要求。但这样的波形不易实现，因为实际中的，就能满足要求。但这样的波形不易实现，因为实际中的h(t)的波

33、形有很长的的波形有很长的“拖尾拖尾”，也正是码元的，也正是码元的“拖尾拖尾”造成了对相邻码造成了对相邻码元的串扰。元的串扰。l 只要只要让让h(t)在在t0+TS,t0+2TS等后面码元的抽样判决时刻上取值正好为等后面码元的抽样判决时刻上取值正好为0，就能消除码间串扰，这也是，就能消除码间串扰，这也是消除码间串扰的基本思想消除码间串扰的基本思想 l 无码间串扰时，无码间串扰时，假设假设t0=0，基带传输系统，基带传输系统冲击响应冲击响应应满足：应满足：l 无码间串扰时，对应的无码间串扰时，对应的基带传输特性基带传输特性应满足的频域条件是：应满足的频域条件是：该条件称为该条件称为奈奎斯特第一准则

34、奈奎斯特第一准则 我们在我们在不考虑噪声不考虑噪声时，研究时，研究如何设计基带传输特性如何设计基带传输特性H(w)，以形成，以形成在抽样时刻无码间串扰的冲击响应波形在抽样时刻无码间串扰的冲击响应波形h(t)()()h tHconstant_1,0()0,other integers skh kTk2()constant_2,0,1,2 issiHiwTT；2()constant_2,issiHwTT奈奎斯特第一准则的奈奎斯特第一准则的物理意义物理意义：分割、平移、叠分割、平移、叠加、常数加、常数满足奈奎斯特第一准则的满足奈奎斯特第一准则的H(w)不是唯一的，最简单的一种如下：不是唯一的，最简单

35、的一种如下：constant,()0,ssTH wT 从上图可以看出，若输入序列以从上图可以看出，若输入序列以1/Ts波特的速率传输时，所需的波特的速率传输时，所需的最小传输带宽最小传输带宽为为1/2Ts Hz，这是在抽样时刻，这是在抽样时刻无码间串扰无码间串扰条件下，基带系统所能达到的极限情况，该带条件下，基带系统所能达到的极限情况，该带宽称为宽称为奈奎斯特带宽奈奎斯特带宽若基带传输系统的带宽为若基带传输系统的带宽为W，则该系统，则该系统无码间串扰无码间串扰的的最高传输速率最高传输速率为为2W波特，该波特，该速率称为速率称为奈奎斯特速率奈奎斯特速率理想低通滤波器理想低通滤波器理想低通滤波器在

36、实际应用中存在两个问题：理想低通滤波器在实际应用中存在两个问题：l 理想矩形特性的滤波器理想矩形特性的滤波器物理实现极为困难物理实现极为困难；l 理想低通滤波器的理想低通滤波器的冲激响应冲激响应h(t)的的“尾巴尾巴”很长很长，衰减很慢，当，衰减很慢，当定时存在偏差时，可能出现严重的码间串扰。定时存在偏差时，可能出现严重的码间串扰。造成这两个问题的原因都是系统的造成这两个问题的原因都是系统的频率截止特性过于陡峭频率截止特性过于陡峭，可以按下图，可以按下图的方式来设计的方式来设计H(W)，使陡峭的频率截止特性变为，使陡峭的频率截止特性变为圆滑的滚降特性圆滑的滚降特性可见可见传输带宽由传输带宽由W

37、1=1/2Ts增加为增加为W2。，以此换来物理实现相对容易以及，以此换来物理实现相对容易以及h(t)的拖尾变短。的拖尾变短。+=5.6 无码间串扰基带系统的抗噪声性能无码间串扰基带系统的抗噪声性能讨论在讨论在无码间串扰的条件下无码间串扰的条件下，噪声对基带信号传输的影响噪声对基带信号传输的影响，即计，即计算噪声引起的误码率算噪声引起的误码率设二进制接收波形为设二进制接收波形为 s(t)，信道噪声，信道噪声 n(t)通过通过接收滤波器接收滤波器后的输出噪后的输出噪声为声为 ，则，则若二进制基带信号为双极性，设它在抽样时刻的电平取值为若二进制基带信号为双极性，设它在抽样时刻的电平取值为+A 或或-

38、A（分别对应与信码（分别对应与信码“1”或或“0”）,则则 x(t)在在抽样时刻抽样时刻的取值为的取值为设判决电路的设判决电路的判决门限判决门限 ，判决规则为，判决规则为下面我们具体分析由于信道加性噪声引起的误码的概率下面我们具体分析由于信道加性噪声引起的误码的概率无噪声影响时无噪声影响时的信号波形的信号波形叠加噪声后的叠加噪声后的信号波形信号波形信道加性噪声信道加性噪声 通常被假设为均值为通常被假设为均值为 0、双边功率谱密度为双边功率谱密度为 的的平稳高斯白噪声，而接收滤波器又是一个线性网络，故接收滤波器的平稳高斯白噪声，而接收滤波器又是一个线性网络，故接收滤波器的输出噪声，即判决电路输入

39、噪声输出噪声，即判决电路输入噪声 也是均值为也是均值为 0 的平稳高斯噪声，的平稳高斯噪声，且它的功率谱密度且它的功率谱密度 为为方差（噪声平均功率）为方差（噪声平均功率）为噪声瞬时值的统计特性可用下述一维概率密度函数描述噪声瞬时值的统计特性可用下述一维概率密度函数描述当发送当发送“1”时，时，的一维概率密度函数为的一维概率密度函数为当发送当发送“0”时，时，的一维概率密度函数为的一维概率密度函数为在在-A 到到+A 之间选择一个适当的电平之间选择一个适当的电平 作为判决门限，根据判决规作为判决门限，根据判决规则将会出现以下几种情况：则将会出现以下几种情况：噪声会引起噪声会引起两种误码两种误码

40、：(1)发发“1”错判为错判为“0”的概率的概率 P(0/1)1.误差函数误差函数2.单调递增的奇函数单调递增的奇函数(2)发发“0”错判为错判为“1”的概率的概率 P(1/0)基带传输系统总的误码率基带传输系统总的误码率可表示为可表示为在在 A 和和 一定条件下，可以找到一个使误码率最小的判决门限电一定条件下，可以找到一个使误码率最小的判决门限电平，这个门限电平称为平，这个门限电平称为最佳门限电平最佳门限电平。若令若令 ，则可求得最佳门限电平，则可求得最佳门限电平当当 P(1)=P(0)=1/2 时，时，基带传输系统总误码率为基带传输系统总误码率为结论结论：在发送概率相等，且在：在发送概率相

41、等，且在最佳门限电平下，系统的总误最佳门限电平下，系统的总误码率仅依赖于信号峰值码率仅依赖于信号峰值 A与噪与噪声均方根值声均方根值 的比值的比值,而与采而与采用什么样的信号形式无关。用什么样的信号形式无关。注意：这是注意：这是针对针对双极性双极性信号信号的讨论的讨论1.互补误差函数互补误差函数2.单调递减单调递减Pe对于对于单极性信号单极性信号,电平取值为电平取值为+A（对应（对应“1”码）或码）或 0（对应（对应“0”码）码）当当 P(1)=P(0)=1/2 时，时，结论：结论：在单极性与双极性基带信号的峰值在单极性与双极性基带信号的峰值 A 相等、噪声均方根值相等、噪声均方根值 也相也相

42、等时，单极性基带系统的抗噪声性能不如双极性基带系统等时，单极性基带系统的抗噪声性能不如双极性基带系统。等概条件下，单极性的最佳判决门限电平为等概条件下，单极性的最佳判决门限电平为 A/2，当信道特性发当信道特性发生变化时，信号幅度生变化时，信号幅度A将随着变化，故判决门限电平也随之改变，将随着变化，故判决门限电平也随之改变，而不能保持最佳状态，从而导致误码率增大。而不能保持最佳状态，从而导致误码率增大。双极性的最佳判决门限电平为双极性的最佳判决门限电平为 0，与信号幅度无关，因而不随信，与信号幅度无关，因而不随信道特性变化而变，故能保持最佳状态。道特性变化而变，故能保持最佳状态。5.7 眼图眼

43、图l观察眼图的方法观察眼图的方法:用用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端一个示波器跨接在接收滤波器的输出端,然后调然后调整示波器水平扫描周期整示波器水平扫描周期,使其与接收码元的周期同步使其与接收码元的周期同步.示波器扫描所得示波器扫描所得的每一个码元的波形将的每一个码元的波形将重叠重叠在一起，因为在传输二进制信号波形时在一起，因为在传输二进制信号波形时,示波器显示的图形很像人的眼睛，故名示波器显示的图形很像人的眼睛，故名“眼图眼图”。l当存在当存在码间干扰码间干扰时，会导致波形失真，扫描迹线形成的眼图迹线杂时，会导致波形失真，扫描迹线形成的眼图迹线杂乱，乱，“眼睛眼睛”张开的越较小且不端正；

44、眼图的张开的越较小且不端正；眼图的“眼睛眼睛”张开的越大，张开的越大，且眼图越端正，表示码间干扰越小，反之表示干扰越大；且眼图越端正，表示码间干扰越小，反之表示干扰越大；l当存在当存在噪声噪声时，眼图的迹线变成比较模糊的带状的线，噪声越大，时，眼图的迹线变成比较模糊的带状的线，噪声越大，线条越宽，越模糊，线条越宽，越模糊，“眼睛眼睛”张开的越小张开的越小 l实际应用中对系统性能的定量分析难以进行，需要采用简便的实实际应用中对系统性能的定量分析难以进行，需要采用简便的实验方法来定性测量系统性能，一个有效的方法就是验方法来定性测量系统性能，一个有效的方法就是观察接收信号的观察接收信号的眼图眼图有码

45、间串扰的双极性基带波形有码间串扰的双极性基带波形无码间串扰的双极性基带波形无码间串扰的双极性基带波形 眼图可以眼图可以定性反映定性反映码间串扰的大小和噪声的大小码间串扰的大小和噪声的大小。眼图可以用来。眼图可以用来指示接收滤波器的调整，以减少码间串扰，改善系统性能。为了说明指示接收滤波器的调整，以减少码间串扰，改善系统性能。为了说明眼图和系统性能之间的关系，我们把眼图简化为一个模型。眼图和系统性能之间的关系，我们把眼图简化为一个模型。(1)最佳抽样时刻最佳抽样时刻应是应是“眼睛眼睛”张开最大的时刻张开最大的时刻；(2)眼图眼图斜边的斜率斜边的斜率决定了决定了系统对抽样定时误差的灵敏程度系统对抽

46、样定时误差的灵敏程度；(3)图的阴影区的垂直高度表示信号的畸变范围；图的阴影区的垂直高度表示信号的畸变范围；(4)图中央的横轴图中央的横轴位置对应于判决位置对应于判决门限电平门限电平；(5)抽样时刻上抽样时刻上,上下两阴影区的间隔距离之半上下两阴影区的间隔距离之半为为噪声的容限噪声的容限,噪声瞬时值超过它噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决；就可能发生错误判决；(6)图中图中倾斜阴影带与横轴相交的区间倾斜阴影带与横轴相交的区间表示了表示了接收波形零点位置的变化范围，接收波形零点位置的变化范围，即过零点畸变。即过零点畸变。它对利用信号零交点的平均位置来提取定时信息的接收系统它对利用信号零交点的平均位置来提取定时信息的接收系统有很大影响有很大影响几乎无噪声和无码间干扰下得到的眼图几乎无噪声和无码间干扰下得到的眼图在一定噪声和码间干扰下得到的眼图在一定噪声和码间干扰下得到的眼图注意注意：接收二进制波形时，在一个码元周期接收二进制波形时，在一个码元周期 内只能看到一只内只能看到一只眼睛；若接收的是眼睛；若接收的是 M 进制波形，进制波形，则在一个码元周期内可以则在一个码元周期内可以看到纵向显示的看到纵向显示的(M-1)只眼睛；另外，若扫描周期为只眼睛；另外，若扫描周期为 时，时，可以看到并排的可以看到并排的 n 只眼睛只眼睛。