第五章 数字基带信号传输

1、机械工业出版社 2004年1月5数字基带信号传输数字基带信号传输n研究对象：数字基带传输系统研究对象：数字基带传输系统n研究目的：从剖析数字基带传输系统，掌握数字通信系统研究目的：从剖析数字基带传输系统，掌握数字通信系统分析和设计的基本方法和思路分析和设计的基本方法和思路n研究方法：研究方法： 有限带宽信道条件下的信号设计方法（第有限带宽信道条件下的信号设计方法（第1-3节）；节）； 存在存在AWGN基带信道条件下的最佳接收机的设计方法（第基带信道条件下的最佳接收机的设计方法（第4节）；节）； 介绍评价数字基带传输系统性能的眼图（第介绍评价数字基带传输系统性能的眼图（第5节）和提高实节）和提高

2、实际数字基带传输系统接收机性能的时域均衡技术（第际数字基带传输系统接收机性能的时域均衡技术（第6节）节）等。等。机械工业出版社 2004年1月5数字基带信号传输数字基带信号传输n5.1概述概述n5.2数字基带传输中的码间串扰和噪声数字基带传输中的码间串扰和噪声n5.3部分响应系统部分响应系统n5.4二进制确知信号的最佳接收二进制确知信号的最佳接收n5.5眼图眼图n5.6均衡技术均衡技术机械工业出版社 2004年1月5.1概述概述n5.1.1问题的描述问题的描述本章研究的问题是什么，简化为数学模型本章研究的问题是什么，简化为数学模型是什么样的？是什么样的？n5.1.2数字基带信号的码型数字基带信

3、号的码型什么是码型，各种码型的特点，什么样的什么是码型，各种码型的特点，什么样的码型适合信道传输码型适合信道传输n5.1.3数字基带信号的功率谱分析数字基带信号的功率谱分析基带信号占用的频带怎样，该用什么样的基带信号占用的频带怎样，该用什么样的信道去传输信道去传输机械工业出版社 2004年1月5.1.1问题的描述问题的描述n什么是数字基带信号？什么是数字基带信号？信号含丰富的低频分量，甚至直流分量；信号含丰富的低频分量，甚至直流分量；n什么是数字基带传输？什么是数字基带传输？数字基带信号在信道中的直接传输；如在某些具有低通特性的有线信道数字基带信号在信道中的直接传输；如在某些具有低通特性的有线

4、信道中，特别是传输距离不太远的情况下；中，特别是传输距离不太远的情况下；n什么是数字频带传输？什么是数字频带传输？数字基带信号经过载波调制，把频谱搬移到高载波处在带通型信道中的传数字基带信号经过载波调制，把频谱搬移到高载波处在带通型信道中的传输；输； 也称为调制或载波传输；也称为调制或载波传输；n为什么要研究数字基带传输系统？为什么要研究数字基带传输系统？1在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广泛采用了这种传输方式；在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广泛采用了这种传输方式；2数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题，也就是说，基带传输系统的数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题，也就是说，

5、基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题；许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题；3任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基带传输系统来研究；任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基带传输系统来研究；机械工业出版社 2004年1月基带传输系统的基本结构基带传输系统的基本结构-1二进制符 号码 型变换器发 送滤波器信道接 收滤波器抽样判决同步提取电路定时脉冲输出cp)(ty()st naTG(f)RG(f)C(f) na()tn图图5-1 数字基带传输系统数字基带传输系统机械工业出版社 2004年1月基带传输系统的基本结构基带传输系统的基本结构-2n码型变换器把原始基带信号变

6、换成适合于信道传输的的各种码码型变换器把原始基带信号变换成适合于信道传输的的各种码型，达到与信道匹配的目的；型，达到与信道匹配的目的；n发送滤波器码型变换器输出的各种码型是以矩形为基础的，发发送滤波器码型变换器输出的各种码型是以矩形为基础的，发送滤波器的作用就是把它变换为比较平滑的波形，如升余弦波形送滤波器的作用就是把它变换为比较平滑的波形，如升余弦波形等，这样利于压缩频带、便于传输；等，这样利于压缩频带、便于传输；n信道它是允许基带信号通过的媒质，通常不满足无失真传输条信道它是允许基带信号通过的媒质，通常不满足无失真传输条件，甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。一般认为噪声件，甚至是随机

7、变化的。另外信道还会进入噪声。一般认为噪声为为AWGN；n接收滤波器接收滤波器 滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决；形有利于抽样判决；n抽样判决器传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位抽样判决器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）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号；或再生基带信号；机械工业出版社 2004年1月基带系统各点波形示意图 机械工业出版社 2004年1月ttttt10101100000(a)(b)(c)(d)(

8、e)(f)(g)0 nat0t10111001na( )s t( )y t( )r t基基带带系系统统各各点点波波形形示示意意图图机械工业出版社 2004年1月研究的目标：研究的目标：n可靠性：在接收端要以最小的错误概率可靠性：在接收端要以最小的错误概率恢复出发送序列恢复出发送序列an，也就是要研究误，也就是要研究误码率与系统的什么参数有关，如何能使码率与系统的什么参数有关，如何能使误码率达到最小；误码率达到最小；n有效性：基带传输系统的带宽都是有限有效性：基带传输系统的带宽都是有限的，在有限带宽情况下如何尽可能提高的，在有限带宽情况下如何尽可能提高码元速率；码元速率； 机械工业出版社 200

9、4年1月研究目标的数学描述：研究目标的数学描述：设发送滤波器传输函数为设发送滤波器传输函数为GT (f )，信道的传输特性为，信道的传输特性为C(f )，接收滤波器的传输特性为，接收滤波器的传输特性为GR(f )，其总传输特，其总传输特性为性为n如何设计总传输特性如何设计总传输特性H H ( (f f ) )，使得接收端恢复出的序列，使得接收端恢复出的序列 a an n 与发送端序列与发送端序列 a an n 之间的差错尽可能少；之间的差错尽可能少；n如何设计总传输特性如何设计总传输特性H H ( (f f ) )，使得在物理可实现时，频带，使得在物理可实现时，频带利用率尽可能高；利用率尽可能

10、高；n当总传输特性当总传输特性H H ( (f f ) )达不到设计要求时，可以采取什么办达不到设计要求时，可以采取什么办法进行补偿；法进行补偿；n最佳接收机的概念及基本设计方法；最佳接收机的概念及基本设计方法； )()()()(fGfCfGfHRT机械工业出版社 2004年1月5.1.2数字基带信号的码型数字基带信号的码型n对传输用的基带信号主要有两个方面的要求：对传输用的基带信号主要有两个方面的要求：（l）对传输码型的要求原始消息代码必须编）对传输码型的要求原始消息代码必须编成适合于传输用的码型；成适合于传输用的码型；（2）对基带脉冲的要求所选码型对应的电）对基带脉冲的要求所选码型对应的电

11、波形应适合于基带系统的传输；波形应适合于基带系统的传输；n研究目的：什么样的码型是适合信道传输的；研究目的：什么样的码型是适合信道传输的；机械工业出版社 2004年1月对传输码型的要求：对传输码型的要求： n相应的基带信号无直流分量，且低频分量少；相应的基带信号无直流分量，且低频分量少；n便于从信号中提取定时信息；便于从信号中提取定时信息；n信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰；少码间串扰；n不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；源的变化；n具有内在的检错能力；具有内在的检错能力；n编译码

12、设备要尽可能简单；编译码设备要尽可能简单； 机械工业出版社 2004年1月几种常见的基带信号码型几种常见的基带信号码型n单极性不归零码单极性不归零码n双级性不归零码双级性不归零码n单极性归零码单极性归零码n双级性归零码双级性归零码n差分码差分码n多进制（电平）码多进制（电平）码n极性交替转换码（极性交替转换码（AMI）n三阶高密度码（三阶高密度码（HDB3）n数字双相码（数字双相码（Manchester）码）码 n密勒码密勒码 机械工业出版社 2004年1月(1) 单极性不归零码单极性不归零码n有直流成份；有直流成份；n判决电平不能稳定在最判决电平不能稳定在最佳的电平，抗噪声性能佳的电平，抗噪

13、声性能不好；不好；n不能直接提取同步信号；不能直接提取同步信号；n传输时要求信道的一端传输时要求信道的一端接地，这样不能用两根接地，这样不能用两根芯线均不接地的电缆传芯线均不接地的电缆传输线输线01010011E机械工业出版社 2004年1月(2) 双极性不归零码双极性不归零码n其特点是二进制代码其特点是二进制代码1、0分分别用幅度相等的正负电平表别用幅度相等的正负电平表示，因此当示，因此当1、0符号等概出符号等概出现时无直流分量现时无直流分量n接收端恢复信号时的判决电接收端恢复信号时的判决电平为平为0，稳定不变，因而不受，稳定不变，因而不受信道特性变化的影响，抗干信道特性变化的影响，抗干扰能

14、力也较强；故双极性波扰能力也较强；故双极性波形有利于在信道中传输。形有利于在信道中传输。n双极性不归零码存在的主要双极性不归零码存在的主要缺点是：（缺点是：（1）不能直接提取）不能直接提取同步信号；（同步信号；（2）1、0符号符号不等概出现时，仍有直流成不等概出现时，仍有直流成份。份。1010011EE机械工业出版社 2004年1月(3) 单极性归零码单极性归零码n单极性归零码与单极性不归单极性归零码与单极性不归零码的区别是码元宽度小于零码的区别是码元宽度小于码元间隔，每个码元脉冲在码元间隔，每个码元脉冲在下一个码元到来之间回到零下一个码元到来之间回到零电平电平n设码元间隔为设码元间隔为Tb，

15、归零码宽，归零码宽度为度为 ，则称，则称 /Tb为占空比，为占空比， /Tb=0.5称为半占空码。称为半占空码。n单极性归零码可以直接提取单极性归零码可以直接提取定时信息，是其它波形提取定时信息，是其它波形提取位定时信号时需要采用的一位定时信号时需要采用的一种过渡波形。种过渡波形。01010011机械工业出版社 2004年1月(4) 双极性归零码双极性归零码n1 0 1 0 0 1 1 0n它是双极性码的归零形它是双极性码的归零形式；每个码元内的脉冲式；每个码元内的脉冲都回到零点平，即相邻都回到零点平，即相邻脉冲之间必定留有零电脉冲之间必定留有零电位的间隔。位的间隔。n它除了具有双极性不归它除

16、了具有双极性不归零码的特点外，还可以零码的特点外，还可以通过简单的变换电路通过简单的变换电路（全波整流电路），变（全波整流电路），变换为单极性归零码，有换为单极性归零码，有利于同步脉冲的提取。利于同步脉冲的提取。 机械工业出版社 2004年1月(5) 差分码差分码n不是用码元本身的电平表示不是用码元本身的电平表示消息代码，而是用相邻码元消息代码，而是用相邻码元的电平的跳变和不变来表示的电平的跳变和不变来表示消息代码；消息代码；n由于差分码是以相邻脉冲电由于差分码是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码，平的相对变化来表示代码，因此称它为相对码，而相应因此称它为相对码，而相应地称前面的单极性或双极性

17、地称前面的单极性或双极性码为绝对码。码为绝对码。n用差分码波形传送代码可以用差分码波形传送代码可以消除设备初始状态的影响，消除设备初始状态的影响，特别是在相位调制系统中用特别是在相位调制系统中用于解决载波相位模糊问题。于解决载波相位模糊问题。1010011EE机械工业出版社 2004年1月(6) 多进制码多进制码n这种波形的一个脉冲这种波形的一个脉冲可以代表多个二进制可以代表多个二进制符号，在码元速率一符号，在码元速率一定时可以提高信息速定时可以提高信息速率，故在高速数字传率，故在高速数字传输系统中得到广泛应输系统中得到广泛应用；用； 0000E3011110011101EEE3机械工业出版社

18、 2004年1月(7) 极性交替转换码极性交替转换码(AMI码码)-1n编码规则：将二进制消息代码编码规则：将二进制消息代码“1”（传号）交替地（传号）交替地变换为传输码的变换为传输码的“十十1”和和“一一1”，而，而“0”（空号）（空号）保持不变；保持不变；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 1AMI码：码： +1 0 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 -1 +1 0 0 -1 +1机械工业出版社 2004年1月(7) 极性交替转换码极性交替转换码(AMI码码)-2nAMI码对应的基带信号是正负极性交替的脉冲序列，而码对应的基带

19、信号是正负极性交替的脉冲序列，而0电位保电位保持不变。持不变。nAMI码的优点：码的优点：（1）由于）由于+1与与-1交替，交替，AMI码的功率谱（码的功率谱（见图见图5-4）中不含直流）中不含直流成分，高、低频分量少，能量集中在频率为成分，高、低频分量少，能量集中在频率为1/2码速处。码速处。（2）位定时频率分量虽然为）位定时频率分量虽然为0，但只要将基带信号经全波整流变为，但只要将基带信号经全波整流变为单极性归零波形，便可提取位定时信号。单极性归零波形，便可提取位定时信号。（3）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

20、。码情况。nAMI码的缺点：码的缺点：当原信码出现连当原信码出现连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。定时信号的困难。n解决方法：解决方法：HDB3码。码。 机械工业出版社 2004年1月归一化功率谱非归零码1.00.500.51.0/sff机械工业出版社 2004年1月(8) 三阶高密度三阶高密度(HDB3)(HDB3)码码-1n3阶高密度双极性码使连阶高密度双极性码使连“0”个数不超过个数不超过3个个n其编码步骤如下：其编码步骤如下：（1）取代变换：将信码中）取代变换：将信码中4个码个码0用用000V或或B00V代替，当两个相邻

21、的代替，当两个相邻的V码之间有奇数个码之间有奇数个1时用时用000V代替代替4个连个连0码，有偶数个码，有偶数个1码时采用码时采用B00V代替代替4个连个连0；（2）加符号：对）加符号：对(1)中得到的中得到的1码、破坏码码、破坏码V及平衡及平衡码码B加符号的原则是：加符号的原则是：V码的符号与前面第一个非码的符号与前面第一个非0码的符号相同，码的符号相同，1码和码和B码的符号与前面第一个码的符号与前面第一个非非0码的符号相反。码的符号相反。机械工业出版社 2004年1月(8) 三阶高密度三阶高密度(HDB3)码码-2编码举例：编码举例：代码：代码： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1

22、 1 0 0 0 0 1 1AMI码：码： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1步骤步骤1： -1 0 0 0 V +1 0 0 0 +V -1 +1 00 0 +V -1 +1步骤步骤2： -1 0 0 0 V +1 0 0 0 +V -1 +1 00 0 -V -1 +1HDB3：-1 0 0 0 V +1 0 0 0 +V -1 +1 -B 0 0 V +1 -1码字：码字： -1 0 0 0 1 +1 0 0 0 +1 -1 +1 -1 0 0 1 +1 -1机械工业出版社 2004年1月(8) 三阶高密度三阶高密度(HDB3)码码-3译码

23、规则：译码规则：n寻找相邻两个同极性码后者即为寻找相邻两个同极性码后者即为V码；码；n把把V码连同前码连同前3个码均改为个码均改为0；n所有正负所有正负1改为改为1，即恢复信码。，即恢复信码。HDB3码字：码字： -1 0 0 0 1 +1 0 0 0 +1 -1 +1 -1 0 0 1 +1 -1译码译码1： -1 0 0 0 V +1 0 0 0 +V -1 +1 -B 0 0 V +1 -1译码译码2： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 +1 -1代码：代码： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 机械工业出版社 2

24、004年1月(9) 数字双相码数字双相码 -1n又称又称Manchester码码n它用一个周期的正负对称方波表示它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”；n编码规则之一是：编码规则之一是：“0”码用码用“01”两位两位码表示，码表示，“1”码用码用“10”两位码表示两位码表示代代 码：码： 1 1 0 0 1 0 1双相码：双相码： 10 10 01 01 10 01 10 机械工业出版社 2004年1月(9) 数字双相码数字双相码 -1n双相码只有极性相反的两个电平，因为双相码在每双相码只有极性相反的两个电平，因为双相码在每个码元周期的中心点都存在电平

25、跳变，所以富含位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；定时信息；n这种码的正、负电平各半，所以无直流分量，编码这种码的正、负电平各半，所以无直流分量，编码过程简单；过程简单；n带宽比原信码大带宽比原信码大1倍。倍。n双相码适用于数据终端设备在近距离上传输，本地双相码适用于数据终端设备在近距离上传输，本地数据网常采用该码作为传输码型，信息速率可高达数据网常采用该码作为传输码型，信息速率可高达10Mb/s； 机械工业出版社 2004年1月(10) 密勒码密勒码-1 n密勒（密勒（Miller）码又称延迟调制码，它是双）码又称延迟调制码，它是双相码的一种变形；相码的一种变形；n编码规

26、则：编码规则：（1）“1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或或“01”表示；表示；（2）“0”码有两种情况：单个码有两种情况：单个“0”时，在码元间隔内不出现时，在码元间隔内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变，连电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变，连“0”时，在时，在两个两个“0”码的边界处出现电平跃变，即码的边界处出现电平跃变，即“00”与与“11”交替。交替。机械工业出版社 2004年1月(10) 密勒码密勒码-2/bt T/bt T0011010010AAAA机械工业出版社 2004年1月练习n已知信息代码为1010000

27、011000011，试确定相应的AMI、HDB3、数字双相码及密勒码，并分别画出它们的波形。（第一个非零码编为+1）机械工业出版社 2004年1月5.1.3 数字基带信号的功率谱分析数字基带信号的功率谱分析n研究对象：数字基带信号的功率谱结构研究对象：数字基带信号的功率谱结构n研究目的：针对信号谱的特点来选择相研究目的：针对信号谱的特点来选择相匹配的信道，确定是否可从信号中提取匹配的信道，确定是否可从信号中提取定时信号定时信号机械工业出版社 2004年1月二进制随机序列示意图二进制随机序列示意图0t2bT2bT()2bgtT()2bgtT()24bgtT()13bgtT()12bgtT()12

28、bgtT( )1g t图图5-6 随机脉冲序列示意图随机脉冲序列示意图 g1(t )“0”码，出现概率为码，出现概率为p Tb码元间隔码元间隔g2(t )“1”码码 ，出现概率为，出现概率为1-pf b码元速率码元速率机械工业出版社 2004年1月二进制随机序列功率谱密度二进制随机序列功率谱密度g1(t )G1(f ) g2(t) G2(f ) 一般一般G1(f ) G2(f )( )()( )( )2121bbPff PPGfGf() ()()()2121bbbbmfPG mfP Gmffmf连续谱决定信号带宽连续谱决定信号带宽离散谱决定信号是否有直流及定时分量离散谱决定信号是否有直流及定时

29、分量由于代表数字信息的由于代表数字信息的g1(t)及及g2(t)一般不同，故一般不同，故G1(f) G2(f)，因而连续谱总是存在的；，因而连续谱总是存在的；而离散谱是否存在，取决于而离散谱是否存在，取决于g1(t)和和g2(t)的波形及其出现的概率的波形及其出现的概率P机械工业出版社 2004年1月例例5-1单极性波形单极性波形n对于单极性波形：若设对于单极性波形：若设g1(t)=0，g2(t)=g(t)，则随机脉冲，则随机脉冲序列的双边功率谱密度为序列的双边功率谱密度为P=1/2时时讨论讨论2种情况：种情况：（1）若表示）若表示“1”码的波形码的波形g2(t)=g(t)为不归零矩形脉冲；为

30、不归零矩形脉冲；（2）若表示）若表示“ 1”码的波形为码的波形为g2(t)=g(t)为半占空归零矩形脉为半占空归零矩形脉冲；冲； 22( )(1)|( )|(1) ()|()bbbbbmP ff PPG ffP G mffmf22211( )|( )|()|()44bbbbbmP ffG ffG mffmf机械工业出版社 2004年1月例例5-1单极性不归零矩形单极性不归零矩形( )1,20bTtg t其它sin( )()bbbbbfTG fTT SafTfTm=0时，时，G(mf b)=TbSa(0) 0，因此离散谱中有直流分量；，因此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

31、数时，G(mf b)=0，离散谱均为零，因而无定时信号；，离散谱均为零，因而无定时信号； 22sin111( )( )()( )4444bbsbbbbfTTP ff TfSafTffT机械工业出版社 2004年1月n随机序列的带宽取决于随机序列的带宽取决于连续谱，实际由单个码连续谱，实际由单个码元的频谱函数元的频谱函数G(f )决定，决定，一般取该频谱的第一个一般取该频谱的第一个零点处零点处n单极不归零矩形信号的单极不归零矩形信号的带宽为带宽为B=f bn单极性半占空归零信号单极性半占空归零信号的带宽为的带宽为B=2f b f0不归零码归零码1bT1( )spf1( )4f机械工业出版社 20

32、04年1月例例5-1单极性半占空归零矩形单极性半占空归零矩形( )1,220btTg t其它( )()22bbTfTG fSam=0时，时，G (mf b)=(Tb/2) Sa(0) 0，因此离散谱中有直流分量；，因此离散谱中有直流分量；m为奇数时，为奇数时，G (mf b)=(Tb/2)Sa (m /2) 0，此时有离散谱，其中，此时有离散谱，其中m=1时，时，G (mfb)=(Tb/2)Sa ( /2) 0，因而有定时信号；，因而有定时信号；m为偶数时，为偶数时，G(mf b)=(Tb/2)Sa (m /2)=0，此时无离散谱。，此时无离散谱。 221( )()() ()162162bbs

33、bmTfTmP fSaSafmf机械工业出版社 2004年1月例例5-2双极性波形双极性波形n对于双极性波形：若设对于双极性波形：若设g1(t )=-g2(t )=g(t )，则随机脉冲序，则随机脉冲序列的双边功率谱密度为列的双边功率谱密度为P=1/2时时若则若则22( )4(1)|( )|(21) ()|()sbbbbmP ff PPG ffPG mffmf2( )( )sbP ff G f( )1,20bTtg t其它2( )()sbbP fT SafT1、0等概时，双极性波形无离散分量；带宽为等概时，双极性波形无离散分量；带宽为B=f b机械工业出版社 2004年1月结论结论n随机序列的

34、带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数随机序列的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数G1(f )或或G2(f )，两者之中应取较大带宽的一个作为序列带宽；，两者之中应取较大带宽的一个作为序列带宽；n时间波形的占空比越小，频带越宽。通常以谱的第一个零点时间波形的占空比越小，频带越宽。通常以谱的第一个零点作为矩形脉冲的近似带宽，它等于脉宽作为矩形脉冲的近似带宽，它等于脉宽 的倒数，即的倒数，即Bs=1/ 。由图由图5-7可知，不归零脉冲的可知，不归零脉冲的 =Tb，则，则BS=f b；半占空归零；半占空归零脉冲的脉冲的 =Tb/2，则，则BS=1/ =2f b。其中。其中fb=1/Tb，是位定时，是位定

35、时信号的频率，在数值上与码速率信号的频率，在数值上与码速率RB相等。相等。n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，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，单极性归零信号中有定时分量，可直接提取。单极性不归零单极性归零信号中有定时分量，可直接提取。单极性不归零信号中无定时分量，若想获取定时分量，要进行波形变换。信号中无定时分量，若想获取定时分量，要进行波形变换。0、1等概的双极性信号没有离散谱，也就是说无直流分量和定时等概的双极性信号没有离散谱，也就是说无直流分量和定时分量。分量。机械工业出版社 2004年1月波形的选择波形的选择n矩形缺点：功率谱密度在第一个零点以

36、后，还有不少矩形缺点：功率谱密度在第一个零点以后，还有不少能量（有拖尾），如果信道带宽限制在能量（有拖尾），如果信道带宽限制在0到第一个零点到第一个零点范围内，则会引起波形传输的较大失真；范围内，则会引起波形传输的较大失真；n因此实际用于传输的波形往往要求功率谱密度更多能因此实际用于传输的波形往往要求功率谱密度更多能量集中在第一个零点之内，而第一个零点之外的拖尾量集中在第一个零点之内，而第一个零点之外的拖尾很小，而且衰减的速度很快。很小，而且衰减的速度很快。 2bT2bT0t( )g t12bT2bT0t( )g t1bTbT机械工业出版社 2004年1月以升余弦与矩形功率谱密度以升余弦与矩形

37、功率谱密度bff1 1.52340.500.25f0不归零码归零码1bT1( )spf1( )4f机械工业出版社 2004年1月练习n设双极性RZ码的基本波形是幅度为A、码元宽度为Tb，占空比为0.5的矩形脉冲。n（1）求功率谱密度Ps(f).n（2）求定位频率fb分量振幅Amb.机械工业出版社 2004年1月HOMEWORKnP168n第6题nP168n第7题机械工业出版社 2004年1月REVIEWn1.几个名词：极性 归零 占空比n2.几个重要码型：AMI码 HDB3码 双相码n3. 随机序列功率谱密度公式（研究目的?）n4. 4种基本码型在等概情况下的功率谱密度公式及波形机械工业出版社

38、 2004年1月5.2数字基带传输中的码间串扰数字基带传输中的码间串扰n研究问题：基带传输中的可靠性问题研究问题：基带传输中的可靠性问题n研究对象：码间串扰研究对象：码间串扰n研究目的：如何设计没有码间串扰的基研究目的：如何设计没有码间串扰的基带传输系统带传输系统n研究方法：由定性到定量，由特殊到研究方法：由定性到定量，由特殊到 一一般般机械工业出版社 2004年1月误码产生的原因n1. 噪声的影响n2. 码间串扰机械工业出版社 2004年1月码间串扰的定义码间串扰的定义n由于信道特性的不理想，波形失真比较由于信道特性的不理想，波形失真比较严重时，可能出现前面几个码元的波形严重时，可能出现前面

39、几个码元的波形同时串到后面，对后面某一个码元的抽同时串到后面，对后面某一个码元的抽样判决产生影响。这种影响就叫做码间样判决产生影响。这种影响就叫做码间串扰。串扰。机械工业出版社 2004年1月机械工业出版社 2004年1月二、数字基带传输系统的模型二、数字基带传输系统的模型 和数学分析和数学分析机械工业出版社 2004年1月抽样判决器 na na发送滤波器传输信道接收滤波器( )TGf( )RGf( )y t( )n t( )C f( )d t( )s t( )()nbnd tatnT( )()nTbns ta gtnT机械工业出版社 2004年1月)(thd(t)y(t)发送滤波器发送滤波器

40、信道信道接收滤波器接收滤波器问题：问题：H(f)满足什么条件，使得输出信号满足什么条件，使得输出信号y(t)中无码间串扰，中无码间串扰，以使抽样判决器正确判决，恢复出发送序列的估计序列以使抽样判决器正确判决，恢复出发送序列的估计序列an )()()()(fGfCfGfHRTdfefHthftj2)()()()()(txthty)(bnnnTtha设设 时刻的值为第时刻的值为第k个码元的最大值个码元的最大值 0tkTb)()(00tTnkhatkTybnnb)()(00tTnkhathabknnnk第第k个码元个码元的取样值的取样值除第除第k个码元外其个码元外其它码元的串扰值它码元的串扰值机械工

41、业出版社 2004年1月三、无码间串扰的传输特性三、无码间串扰的传输特性机械工业出版社 2004年1月两种可能：两种可能：（1）通过各项互相抵消使等式为）通过各项互相抵消使等式为0；（2）0)(0tTnkhabknnn0)(0tTnkhb机械工业出版社 2004年1月nktTnkhb0)(0冲激响应应具备的条件冲激响应应具备的条件n即前面码元的波形即前面码元的波形在后面码元取样时在后面码元取样时刻的值为刻的值为0机械工业出版社 2004年1月000)(kkhkThkb常数时域无码间串扰的传输特性时域无码间串扰的传输特性机械工业出版社 2004年1月tTb3Tb)()(tTSathb-Tb-3T

42、b0.5TbTb1.5Tb-0.5Tb-Tb-1.5Tb)()(2tTSathbt0.5Tb1.5Tb2)2(1)2()(tTtTSathbb-0.5Tb-1.5Tbt机械工业出版社 2004年1月满足无码间串扰的传输特性不满足无码间串扰的传输特性不止一个，我们在实际系统中到止一个，我们在实际系统中到底应该选哪一个？为什么这样底应该选哪一个？为什么这样选？选？机械工业出版社 2004年1月tTb3Tb)()(tTSathb-Tb-3Tb0.5TbTb1.5Tb-0.5Tb-Tb-1.5Tb)()(2tTSathbt0.5Tb1.5Tb2)2(1)2()(tTtTSathbb-0.5Tb-1.5

43、Tbt机械工业出版社 2004年1月bT2bT2bT2bT2)(H)(HbT)(HbT机械工业出版社 2004年1月选择传输特性的依据选择传输特性的依据n带宽小；带宽小；n尾尾 巴振荡幅度小，收敛快；巴振荡幅度小，收敛快；n容易实现；容易实现；机械工业出版社 2004年1月2( )( )jfth tH f edf频域推导频域推导nt=kTbn把上式的积分区间用分段积分代替，每把上式的积分区间用分段积分代替，每段长为段长为1/Tb，则上式可写成，则上式可写成2()( )bjfkTbh kTH f edf机械工业出版社 2004年1月频域推导频域推导(21) 22(21) 2()( )bbbmTj

44、fkTbmTmh kTH f edf 1 21 2221 21 2()()()bbbbbbTTjfkTjfkTbbbTTmmh kTH fm T edfH fm T edf1 221 2( )bbbTjfkTTB f edf( )()bmB fH fm T000022202( )1( )jnf tnnTjnf tTnf tV eVf t edtT2( )bjnfTnnB fb e1 221 2( )bbbTjnfTnbTbTB f edf()nbbbT hnT机械工业出版社 2004年1月频域推导频域推导n要满足无码间串扰，则有要满足无码间串扰，则有n代入代入 ，则有，则有B (f )=Tb

45、n我们得到当数字基带信号码元速率为我们得到当数字基带信号码元速率为f b时，无码间串时，无码间串扰时的基带传输特性必须满足扰时的基带传输特性必须满足 n奈奎斯特第一准则奈奎斯特第一准则 000bnTnbn2( )bjnfTnnB fb e(/)bbmH fm TT机械工业出版社 2004年1月 的物理含义的物理含义n将将H (f )在频率轴上以在频率轴上以1/T b为周期切开为周期切开并叠加，如果叠加后的结果为常数（不并叠加，如果叠加后的结果为常数（不必一定为必一定为T b），则无码间串扰，否则就），则无码间串扰，否则就有码间串扰。有码间串扰。n上式没有任何条件限制，说明在整个频上式没有任何条

46、件限制，说明在整个频率轴上叠加后的结果均为常数，但事实率轴上叠加后的结果均为常数，但事实上我们只需检验在上我们只需检验在 f f b /2范围内是否范围内是否满足上述条件即可。满足上述条件即可。 (/)bmH fm T机械工业出版社 2004年1月 讨论讨论nf b2W（码元速率大于两倍系统带宽）（码元速率大于两倍系统带宽） n结论：当码元速率大于基带传输系统带宽结论：当码元速率大于基带传输系统带宽的两倍时，无法得到一个无码间串扰的系的两倍时，无法得到一个无码间串扰的系统，或者说无法设计一个无码间串扰的信统，或者说无法设计一个无码间串扰的信号波形。号波形。nbTnfH)(bT1bT1WWWTb

47、1WTb1WTb1(/)bmH fm T机械工业出版社 2004年1月 讨论讨论nf b =2W（码元速率等于两倍系统带宽）（码元速率等于两倍系统带宽） n结论：唯一可能的传输函数为结论：唯一可能的传输函数为 (/)bmH fm TnbTnfH)(WWbf2bfbf2bf( )0fWH fotherwise常量sin()( )sinbbbt Ttx tct TT机械工业出版社 2004年1月 讨论讨论nf b2W（码元速率小于两倍系统带宽）（码元速率小于两倍系统带宽） n结论：多个结论：多个H (f )重叠相加的结果，就有可重叠相加的结果，就有可能使能使 的条件得以满足。的条件得以满足。 (/

48、)bmH fm TnbTnfH)(WWbf2bfbf2bf(/)bbmH fm TT机械工业出版社 2004年1月结论结论n输入序列若以输入序列若以f b波特的速率进行传输时，所需的最小传输带宽波特的速率进行传输时，所需的最小传输带宽f b/2Hz。这是在抽样时刻无码间串扰条件下，基带系统所能达到的极。这是在抽样时刻无码间串扰条件下，基带系统所能达到的极限情况。限情况。n奈奎斯特带宽：奈奎斯特带宽： fb/2Hzn奈奎斯特速率：奈奎斯特速率：给定基带系统带宽为给定基带系统带宽为W时，则该系统无码间串扰的时，则该系统无码间串扰的最高传输速率为最高传输速率为2W波特波特n基带系统所能提供的最高频带

49、利用率为基带系统所能提供的最高频带利用率为 =2波特赫波特赫n当码元速率小于奈奎斯特速率时，判断基带传输系统是否在抽样时当码元速率小于奈奎斯特速率时，判断基带传输系统是否在抽样时刻无码间串扰的条件为是否为常数。刻无码间串扰的条件为是否为常数。 n若某基带传输系统在码元速率为若某基带传输系统在码元速率为f b波特时无码间串扰，则当码元速波特时无码间串扰，则当码元速率为率为f b/n时也无码间串扰，其中时也无码间串扰，其中n为整数为整数 (/)bmH fm T( )(/)2beqbmfHfH fm Tf常数机械工业出版社 2004年1月如何选择如何选择H (f )满足满足n只有只有m=0这一项这一

50、项( )(/)2beqbmfHfH fm Tf常数,2( )( )0,2bbeqbfTfHfH ffffbT12bT12bT0(a)( )H f0S( )h tbT2bT3bT4bT4bT3bT2bTbT(b)t机械工业出版社 2004年1月n理想矩形特性的物理实现极为困难；理想矩形特性的物理实现极为困难；n理想的冲激响应理想的冲激响应h(t)的的“尾巴尾巴”很长，衰减很慢，当很长，衰减很慢，当存在定时偏差时，可能出现严重的码间串扰；存在定时偏差时，可能出现严重的码间串扰；n解决办法：为适当放宽频带，将理想矩形截止边际修解决办法：为适当放宽频带，将理想矩形截止边际修正为一个圆滑的滚降形状；正为

51、一个圆滑的滚降形状；理想低通在实际应用中存在两个问题理想低通在实际应用中存在两个问题ObT0a1a75. 05 . 01W12Wf141W141W05 . 0a121W121W)(H10.75)(tht)(a)(b机械工业出版社 2004年1月余弦滚降特性余弦滚降特性 102111( )1 cos2222102bbbbbbbbTfTTTH fffTTTfT()()2 222 22sincoscos( )sin1 41 4bbbbbbbt Tt Tt Th tct Tt TtTtT机械工业出版社 2004年1月余弦滚降特性余弦滚降特性n =0时，就是理想低通特性；时，就是理想低通特性； =1时，

52、是实际中常采时，是实际中常采用的升余弦频谱特性，这时，用的升余弦频谱特性，这时，H(f)可表示为可表示为n带宽带宽B=(1+ )/2Tb赫赫n频带利用率频带利用率 =2/(1+ )波特赫波特赫(/2)(1cos(2/2)1/( )01/bbbbTfTfTH ffT22sin/cos/( )/14/bbbbt Tt Th tt TtT机械工业出版社 2004年1月数字基带信号的传输是从无码间串扰的角度出发数字基带信号的传输是从无码间串扰的角度出发提出对传输特性以及其带宽要求的；提出对传输特性以及其带宽要求的；模拟基带信号则是从信号波形不失真的角度提出模拟基带信号则是从信号波形不失真的角度提出对传

53、输系统带宽的要求的；对传输系统带宽的要求的；信道带宽的设计问题信道带宽的设计问题机械工业出版社 2004年1月等效矩形带宽n当给定系统的频率特性H(f)（三角波形、升余弦波形）时，可以找出H(f)的等效矩形带宽W，即H(f)最高频率的一半，则无码间串扰的最大码速率为2W.n练习：P169 第13题机械工业出版社 2004年1月HOMEWORKnP169n第10题n第11题机械工业出版社 2004年1月REVIEWn1. 误码产生的原因n2. 码间串扰的概念及产生的原因n3. 消除码间串扰的基本思想 n4. 无码间串扰的时域条件n5. 无码间串扰的频域条件n6. 码元速率与系统带宽之间的关系n7

54、. 无码间串扰条件下，频带利用率、奈奎斯特带宽、奈奎斯特速率n8. 滚降系统机械工业出版社 2004年1月思考题思考题理想低通传输特性频带利用率可达理论上理想低通传输特性频带利用率可达理论上的最大值的最大值2B/Hz，但无法实现，升余弦传，但无法实现，升余弦传输特性容易实现，但频带利用率只有理想输特性容易实现，但频带利用率只有理想低通的一半，能否找到频带利用率为低通的一半，能否找到频带利用率为2B/Hz，实际中又可以实现的传输特性？，实际中又可以实现的传输特性？机械工业出版社 2004年1月5.3部分响应系统部分响应系统n研究问题：基带传输中的有效性问题研究问题：基带传输中的有效性问题n研究对

55、象：部分响应系统研究对象：部分响应系统n研究目的：如何设计频带利用率高又可研究目的：如何设计频带利用率高又可实现的基带传输系统实现的基带传输系统n研究方法：放宽对无码间串扰的要求以研究方法：放宽对无码间串扰的要求以提高有效性提高有效性 机械工业出版社 2004年1月问题的提出问题的提出n理想低通传输特性频带利用率可达理论上的最理想低通传输特性频带利用率可达理论上的最大值大值2B/Hz，但无法实现，且它的，但无法实现，且它的h(t)的尾巴的尾巴振荡幅度大、收敛慢，从而对定时要求十分严振荡幅度大、收敛慢，从而对定时要求十分严格；格；n余弦滚降特性虽然克服了上述缺点，但所需的余弦滚降特性虽然克服了上

56、述缺点，但所需的频带却加宽了，达不到频带却加宽了，达不到2波特赫的频带利用波特赫的频带利用率即降低了系统的频带利用率；率即降低了系统的频带利用率； n能否找到频带利用率为能否找到频带利用率为2B/Hz，满足，满足“尾巴尾巴”衰减大、收敛快，实际中又可以实现的传输特衰减大、收敛快，实际中又可以实现的传输特性？性？机械工业出版社 2004年1月解决方法：奈奎斯特第二准则解决方法：奈奎斯特第二准则n有控制地在某些码元的抽样时刻引入码有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间串扰，而在其余码元的抽样时刻无码间串扰，而在其余码元的抽样时刻无码间串扰，那么就能使频带利用率提高到间串扰，那么就能使频带利用率提高到

57、理论上的最大值，同时又可以降低对定理论上的最大值，同时又可以降低对定时精度的要求。时精度的要求。n通常把这种波形称为部分响应波形。通常把这种波形称为部分响应波形。n利用部分响应波形进行传送的基带传输利用部分响应波形进行传送的基带传输系统称为部分响应系统。系统称为部分响应系统。 机械工业出版社 2004年1月5.3.1第一类部分响应波形第一类部分响应波形n观察：相距一个码元观察：相距一个码元间隔的两个间隔的两个sinx/x波形的波形的“拖尾拖尾”刚好刚好正负相反正负相反 n思路：利用这样的波思路：利用这样的波形组合肯定可以构成形组合肯定可以构成“拖尾拖尾”衰减很快的衰减很快的脉冲波形脉冲波形 0

58、SbT2bT3bT4bT4bT3bT2bTbT(b)th(t)机械工业出版社 2004年1月5.3.1第一类部分响应波形第一类部分响应波形n用两个间隔为一个码元宽度用两个间隔为一个码元宽度Tb的的sinx/x相加相加 sinsin22( )22bbbbbbbbTTttTTg tTTttTT14( )g tbTbTbT0tsin22bbbbTtTTtTsin22bbbbTtTTtTbT( )G0)(a)(b机械工业出版社 2004年1月5.3.1第一类部分响应波形第一类部分响应波形n频谱函数频谱函数n频带利用率为频带利用率为 =RB/B=2波特赫，达到基带系统在波特赫，达到基带系统在传输二进制序

59、列时的理论极限值传输二进制序列时的理论极限值 2cos,2( )0,bbbbTTTGT14( )g tbTbTbT0tsin22bbbbTtTTtTsin22bbbbTtTTtTbT( )G0)(a)(b机械工业出版社 2004年1月5.3.1第一类部分响应波形第一类部分响应波形n讨论讨论g(t)的波形特点的波形特点n除了在相邻的取样时刻除了在相邻的取样时刻t= Tb/2处处g(t)=1外，外，其余的取样时刻上，其余的取样时刻上，g(t)具有等间隔零点具有等间隔零点 22cos4( )41bbtTg ttTsinsin22( )22bbbbbbbbTTttTTg tTTttTT(0)4, 1,

60、 0, 3, 5,22ssTkTgggk 机械工业出版社 2004年1月g (t )的波形特点的波形特点ng (t )波形的拖尾幅度与波形的拖尾幅度与t 2成反比，而成反比，而sinx/x波形幅度与波形幅度与t成反比，这说明成反比，这说明g (t ) 波形拖尾的衰减速度加快了；相距一个波形拖尾的衰减速度加快了；相距一个码元间隔的两个码元间隔的两个sinx/x波形的波形的“拖尾拖尾”正负相反而相互抵消，使合成波形正负相反而相互抵消，使合成波形“拖拖尾尾”迅速衰减；迅速衰减；机械工业出版社 2004年1月能用能用g (t )作传送波形吗？作传送波形吗？n若用若用g(t)作为传送波形，作为传送波形，