基带传输第四次课

1、第6章 数字基带传输系统 针对实际基带系统，两种改善系统性能的措施： 1. 部分响应系统提高频带利用率；2. 时域均衡减少码间串扰。 6.7 部分响应和时域均衡第6章 数字基带传输系统部分响应系统部分响应系统 根据奈奎斯特第一准则，为了消除码间干扰，最好将基带根据奈奎斯特第一准则，为了消除码间干扰，最好将基带系统设计成系统设计成理想低通理想低通特性，其单位冲激响应是抽样函数波形，特性，其单位冲激响应是抽样函数波形，特点是频谱窄，特点是频谱窄，能达到理论上的最大频带利用率能达到理论上的最大频带利用率(2波特波特/Hz)。 完全理想低通特性是不可实现的，具有滚降特性的非理想低完全理想低通特性是不可

2、实现的，具有滚降特性的非理想低通特性虽然也可以消除码间干扰，但它们通特性虽然也可以消除码间干扰，但它们无法达到理论上的最无法达到理论上的最大频带利用率大频带利用率 (2波特波特/Hz)。 一般说来，系统响应波形越窄一般说来，系统响应波形越窄(“尾巴尾巴”衰减快）衰减快）,其占有频带其占有频带(对应系统带宽）则越宽。我们总是对应系统带宽）则越宽。我们总是希望系希望系统响应波形统响应波形“尾巴尾巴”衰减快（过零点密集），这样可衰减快（过零点密集），这样可以提高无码间干扰的传输速率。但这往往是增加系统以提高无码间干扰的传输速率。但这往往是增加系统带宽要求，频带利用率仍不能提高带宽要求，频带利用率仍不

3、能提高。 前面分析了两种无码间串扰系统：前面分析了两种无码间串扰系统：理想低通和理想低通和升余弦滚降升余弦滚降。理想低通滤波特性的。理想低通滤波特性的频带利用率频带利用率虽达虽达到基带系统的理论极限值到基带系统的理论极限值2波特波特/赫赫，但难以实现但难以实现，且，且它的它的h(t)的尾巴的尾巴振荡幅度大、收敛慢振荡幅度大、收敛慢，从而对，从而对定时要定时要求十分严格求十分严格；而升余弦滤波特性所需频带宽，；而升余弦滤波特性所需频带宽，频带频带利用率下降利用率下降，因此不能适应高速传输的发展。，因此不能适应高速传输的发展。 第6章 数字基带传输系统部分响应系统部分响应系统部分响应系统部分响应系

4、统是采用是采用“相关编码相关编码”技术，在特定的抽技术，在特定的抽样点（一般是邻近点）上引入较大码间干扰（这种码样点（一般是邻近点）上引入较大码间干扰（这种码间干扰具有确知性），而在其他抽样点则无码间干扰，间干扰具有确知性），而在其他抽样点则无码间干扰，借此来借此来用较窄的带宽，传输较高的速率。使得非理想用较窄的带宽，传输较高的速率。使得非理想低通特性系统，也能达到理论上的最大频带利用率低通特性系统，也能达到理论上的最大频带利用率(2波特波特/Hz)。 系统冲激响应波形的系统冲激响应波形的主瓣一定较宽，这样会降主瓣一定较宽，这样会降低对系统带宽的要求，但低对系统带宽的要求，但会在邻近抽样点上产

5、生大会在邻近抽样点上产生大的的码间干扰码间干扰。 系统冲激响应波形的系统冲激响应波形的 “尾巴尾巴”要衰减快要衰减快,这样才能保证在较高这样才能保证在较高传输速率下，不产生码间干扰。传输速率下，不产生码间干扰。这种码间干扰在接收端必须能这种码间干扰在接收端必须能够正确够正确识别识别和和去除去除。要寻求一种传输系统，它要寻求一种传输系统，它允许存在一定的，受控制允许存在一定的，受控制的码间串扰的码间串扰，而在接收端可加以消除。它能使，而在接收端可加以消除。它能使频带频带利用率提高到理论上的最大值利用率提高到理论上的最大值，又可形成，又可形成“尾巴尾巴”衰减大收敛快的传输波形，从而衰减大收敛快的传

6、输波形，从而降低对定时取样精降低对定时取样精度的要求度的要求，这类系统称为，这类系统称为部分响应系统部分响应系统。第6章 数字基带传输系统 虽然波形虽然波形 “拖尾拖尾”严重，但可以发现相严重，但可以发现相距一个码元间隔的两个距一个码元间隔的两个 波形的波形的“拖尾拖尾”刚好刚好正负相反正负相反，利用这样的波形组合肯定可以构成，利用这样的波形组合肯定可以构成“拖尾拖尾”衰减很快衰减很快的脉冲波形。的脉冲波形。理想低通系统理想低通系统(a)传输特性；传输特性； (b) 冲激响应冲激响应1. 第第类部分响应波形类部分响应波形 xx/sinxx/sinOTsTsTs(a)S0OTs2Ts3Ts4Ts

7、t(b)-Ts-2Ts-3Ts-4Tsh(t)H(w)第6章 数字基带传输系统于是可用两个间隔为一个码元长度于是可用两个间隔为一个码元长度Ts的的 的合的合成波形成波形g(t)来代替来代替 。2222sinsin( )SSssSSssTTttTTg tTTttTT xx/sinsin/x x22441cos( )sstTg ttT 第6章 数字基带传输系统除了在相邻的取样时刻除了在相邻的取样时刻t=Ts/2处处g(t)=1外，其余的取外，其余的取样时刻上，样时刻上，g(t)具有等间隔零点。具有等间隔零点。 22220/()cos,( ),SSj Tj TSSSssTT eeTTGT g(t)及

8、其频谱及其频谱g(t)410sin ( )Tst( )Tstsin ( )Tst( )TstTsTsTsOG()Ts(a)(b)tTsTsTsTs第6章 数字基带传输系统g(t)波形的拖尾幅度与波形的拖尾幅度与t2成反比，而成反比，而 波形幅波形幅度与度与t成反比，这说明成反比，这说明g(t)波形拖尾的波形拖尾的衰减速度加衰减速度加快了快了。从上图也可看到，相距一个码元间隔的两。从上图也可看到，相距一个码元间隔的两个个 波形的波形的“拖尾拖尾”正负相反而相互抵消，正负相反而相互抵消，使合成波形使合成波形“拖尾拖尾”迅速衰减。迅速衰减。 频谱范围频谱范围(/,/)ssTT 传输带宽传输带宽1 2

9、/sBT频带利用率频带利用率1122/BssRBBaud HzTT g(t)的波形特点：的波形特点： xx/sinxx/sin第6章 数字基带传输系统部分响应系统部分响应系统第第I类部分响应系统类部分响应系统0/Ts-/Ts第第 I类部分响应系统特性类部分响应系统特性t4/1TsTsTsTsTsTsTsTs0)(GsssTTT,2cos2sT,0)(2)(2sin22sin)(ssTtWTtWWtWttg)(2)(2sin22sinssssssTtTTtTtTtT第第 I类部分响应波形类部分响应波形利用利用G()作为非理想低通作为非理想低通系统特性，在系统特性，在1/2Ts的带宽的带宽上传输速

10、率为上传输速率为1/Ts的基带脉的基带脉冲信号，码间干扰情况会冲信号，码间干扰情况会如何？如何？第6章 数字基带传输系统部分响应系统部分响应系统第第I类部分响应系统类部分响应系统图图5-13 码间干扰示意图码间干扰示意图tTsTsTsTsTsTsTsTsTsTsTs12系统响应波形接收判决时钟判决结果c-3c-2c-1c0c1c2c3c4c5c6tTsTsTsTsTsTsTsTsTsTsTsa0a1a2a3a4a-1a-2a-3输入基带脉冲a6a510011101001101221110受到前码的干扰受到前码的干扰第6章 数字基带传输系统部分响应系统部分响应系统第第I类部分响应系统类部分响应系

11、统tTsTsTsTsTsTsTsTsTsTsTsa0a1a2a3a4a-1a-2a-3输入基带脉冲a6a51001110100k接收判决时钟抽样判决结果c-3c-2c-1c0c1c2c3c4c5c61101221110Cka0a1a2a3a4a-1a-2a-3恢复基带脉冲a6a51001110100kaCakkk1aaCkkk1相关编码kCkaCakkk1第6章 数字基带传输系统若用若用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，则在抽样时刻上仅发生发送码元的样值将受到前一码元样时刻上仅发生发送码元的样值将受到前一码元的相同幅度样值的串扰，而与其他码元不会发生的相

12、同幅度样值的串扰，而与其他码元不会发生串扰。表面上看，由于前后码元的串扰很大，似串扰。表面上看，由于前后码元的串扰很大，似乎无法按乎无法按1Ts的速率进行传送。但由于这种的速率进行传送。但由于这种“串串扰扰”是是确定的确定的, 可控的可控的，在收端可以消除掉，故仍，在收端可以消除掉，故仍可可按按1Ts传输速率传送码元传输速率传送码元。 第6章 数字基带传输系统但这样的接收方式存在一个问题：但这样的接收方式存在一个问题： 因为因为ak的恢的恢复不仅仅由复不仅仅由Ck来确定，而是必须参考前一码元来确定，而是必须参考前一码元ak-1的的判决结果，如果判决结果，如果Ck序列中某个抽样值因干扰而发序列中

13、某个抽样值因干扰而发生差错，则不但会造成当前恢复的生差错，则不但会造成当前恢复的ak值错误，而且值错误，而且还会影响到以后所有的还会影响到以后所有的ak+1, ak+2, 的抽样值，我们的抽样值，我们把这种现象称为把这种现象称为错误传播现象错误传播现象。12 02kkkCaa ，1kkkaCa若输入序列若输入序列11ka ，则合成序列则合成序列接收端序列接收端序列第6章 数字基带传输系统由上例可见，自由上例可见，自 出现错误之后，接收端恢复出来出现错误之后，接收端恢复出来的的 全部是错误的。此外，在接收端恢复全部是错误的。此外，在接收端恢复 时还时还必须有正确的起始值（必须有正确的起始值（+1

14、），否则也不可能得到正确），否则也不可能得到正确的的 序列。序列。10110001011111111111110020220002002001111320002111111kkkkaCCa kC ka ka ka第6章 数字基带传输系统然后，把然后，把bk作为发送序列，于是有作为发送序列，于是有1kkkbab1kkkabb对上式进行对上式进行模模2(mod2)处理，则有处理，则有1kkkCbb1122modmodkkkkkkCbbbba2modkkaC或或相关编码相关编码预编码预编码 上式说明，得到发送端的上式说明，得到发送端的ak不需要预先知道不需要预先知道ak-1，因而因而不存在错误传播现

15、象不存在错误传播现象。“预编码预编码相关编码相关编码模模2判决判决”过程：过程：第6章 数字基带传输系统重新引用上面的例子重新引用上面的例子111011000101101101111001110111100101111111111111111111111020022202000200222000101100011101kkkkkkkkabbbbCCa2001 kkCC第6章 数字基带传输系统(a)(b)T TT T相加相加模模2 2判决判决抽样脉冲抽样脉冲信息判决信息判决相关编码相关编码预编码预编码收收ak发发a ak k发发a ak k相加相加发送滤波发送滤波信道信道接收滤波接收滤波模模2

16、2判决判决收收akT T抽样脉冲抽样脉冲bkbk-1bkbk-1Ckbk-1bkCk第类部分响应系统组成框图第6章 数字基带传输系统 应当指出，部分响应信号是由预编码器、相关编应当指出，部分响应信号是由预编码器、相关编码器、码器、 发送滤波器、信道和接收滤波器共同产生的。发送滤波器、信道和接收滤波器共同产生的。这意味着：如果相关编码器输出为这意味着：如果相关编码器输出为脉冲序列，发送脉冲序列，发送滤波器、信道和接收滤波器的传输函数应为理想低通滤波器、信道和接收滤波器的传输函数应为理想低通特性。但由于部分响应信号的频谱是滚降衰减的，因特性。但由于部分响应信号的频谱是滚降衰减的，因此对理想低通特性

17、的要求可以略有放松。此对理想低通特性的要求可以略有放松。 此例说明，由当前此例说明，由当前Ck值可直接得到当前的值可直接得到当前的ak，所以错误不会传播下去，而是局限在受干扰码元本所以错误不会传播下去，而是局限在受干扰码元本身位置，这是因为身位置，这是因为预编码解除了码间的相关性预编码解除了码间的相关性。 第6章 数字基带传输系统1211sinsin()sin()( )()()SSSSSNSSSsSttTtNTTTTg tRRRttTtNTTTT 2. 部分响应的一般形式部分响应的一般形式110(),( ),sNjmTSmmssTR eTGT 可见可见, G()仅在仅在(-/Ts, /Ts)范

18、围内存在。范围内存在。 第6章 数字基带传输系统显然显然, Ri(i=1, 2, , N)不同，将有不同类别的部分响不同，将有不同类别的部分响应信号，相应有不同的相关编码方式。应信号，相应有不同的相关编码方式。1211()kkkNkNCR aR aR a为了避免因相关编码而引起的为了避免因相关编码而引起的“差错传播差错传播”现象，一现象，一般要经过类似于前面介绍的般要经过类似于前面介绍的“预编码预编码-相关编码相关编码-模模2判判决决”过程。过程。1211()kkkNkNaRbR bR b按模按模L相加相加1211()kkkNkNCRbR bR b(算术加算术加)modkkLaC第6章 数字基

19、带传输系统根据根据R取值不同，表取值不同，表6-1列出了常见的五类部分响列出了常见的五类部分响应波形、频谱特性和加权系数应波形、频谱特性和加权系数RN。从表中看出，。从表中看出，各类各类部分响应波形的频谱均不超过理想低通的频带宽度，部分响应波形的频谱均不超过理想低通的频带宽度，但他们的频谱结构和对临近码元抽样时刻的串扰不同但他们的频谱结构和对临近码元抽样时刻的串扰不同。目前应用较多的是目前应用较多的是第第类和第类和第类类。第。第类频谱主要类频谱主要集中在低频段，适于信道频带高频严重受限的场合。集中在低频段，适于信道频带高频严重受限的场合。第第类无直流分量，且低频分量小，便于通过载波线类无直流分

20、量，且低频分量小，便于通过载波线路，便于边带滤波，实现单边带调制，因而在实际应路，便于边带滤波，实现单边带调制，因而在实际应用中，第用中，第类部分响应用得最为广泛。此外，以上两类部分响应用得最为广泛。此外，以上两类的抽样值电平数比其他类别的少，当输入为类的抽样值电平数比其他类别的少，当输入为L进制进制信号时，经部分响应传输系统得到的第信号时，经部分响应传输系统得到的第、类部分类部分响应信号的电平数为（响应信号的电平数为（2L-1）。）。 第6章 数字基带传输系统表表 6 - 1部分响应信号部分响应信号 类类别别R1R2R3R4R5二进制输入二进制输入时的时的CR电平电平数数0 12I1 13I

21、I 1 2 15III 2 1 -15)(tgSTwwG)(, )(TstOf2Ts1tO2Ts1f2Tscos2TstO2Ts1f4Tscos22TstOf2Ts12Tscos2Ts5 4cosTs第6章 数字基带传输系统类类别别R1R2R3R4R5二进制输入二进制输入时的时的CR电平电平数数IV1 0 -13V-1 0 2 0-15O2Ts1ff2Ts1O4Tssin2Ts2Tssin2Tstt)(tgSTwwG)(, )(续表续表6-1第6章 数字基带传输系统 在信道特性在信道特性C()确知条件下，人们可以精心设确知条件下，人们可以精心设计接收和发送滤波器以达到消除码间串扰和尽量减计接收

22、和发送滤波器以达到消除码间串扰和尽量减小噪声影响的目的。但在实际实现时，由于难免存小噪声影响的目的。但在实际实现时，由于难免存在在滤波器的设计误差和信道特性的变化滤波器的设计误差和信道特性的变化，所以无法，所以无法实现理想的传输特性，因而引起波形的失真从而产实现理想的传输特性，因而引起波形的失真从而产生码间干扰，系统的性能也必然下降。理论和实践生码间干扰，系统的性能也必然下降。理论和实践均证明，均证明，在基带系统中插入一种可调在基带系统中插入一种可调(或不可调或不可调)滤滤波器可以校正或补偿系统特性，减小码间串扰的影波器可以校正或补偿系统特性，减小码间串扰的影响，这种起补偿作用的滤波器称为均衡

23、器。响，这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。 6.7.2 时域均衡时域均衡第6章 数字基带传输系统 均衡可分为均衡可分为频域均衡频域均衡和和时域均衡时域均衡。所谓频域均衡，。所谓频域均衡，是从校正系统的频率特性出发，使包括是从校正系统的频率特性出发，使包括均衡器在内均衡器在内的的基带系统的总传输特性满足无失真传输条件；所谓基带系统的总传输特性满足无失真传输条件；所谓时时域均衡，是利用均衡器产生的时间波形去直接校正已域均衡，是利用均衡器产生的时间波形去直接校正已畸变的波形畸变的波形，使包括均衡器在内的整个系统的，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响冲激响应满足无码间串扰条件应满足无码间串扰条件。 频

24、域均衡在信道特性不变，且在传输低速数据时频域均衡在信道特性不变，且在传输低速数据时是适用的。而时域均衡可以根据信道特性的变化进行是适用的。而时域均衡可以根据信道特性的变化进行调整，能够有效地减小码间串扰，故在高速数据传输调整，能够有效地减小码间串扰，故在高速数据传输中得以广泛应用。中得以广泛应用。 第6章 数字基带传输系统3. 均衡器的实现与调整均衡器的实现与调整 均衡器按照调整方式，可分为均衡器按照调整方式，可分为手动均衡器和自动手动均衡器和自动均衡器均衡器。自动均衡器又可分为。自动均衡器又可分为预置式均衡器和自适应预置式均衡器和自适应均衡器均衡器。预置式均衡，是在实际数据传输之前，发送。预置式均衡，是在实际数据传输之前，发送一种预先规定的测试脉冲序列一种预先规定的测试脉冲序