通信原理-第12讲-数字基带传输系统(2)-电08

1、College of Electronics & Information Engineering,第六章 数字基带传输系统6.1 数字基带信号及其频谱特性6.2 基带传输的常用码型6.3 数字基带信号传输与码间串扰6.4 无码间串扰的基带传输特性6.5 基带传输系统的抗噪声性能6.6 眼图6.7 部分响应和时域均衡6.8 小结8/17/202226.3 数字基带信号传输与码间串扰一、数字基带信号传输系统的组成二、数字基带信号传输的定量分析8/17/202236.3 数字基带信号传输与码间串扰(1) 基本结构一、数字基带信号传输系统的组成8/17/202246.3 数字基带信号传输与码间串扰(1

2、) 基本结构 信道信号形成器（发送滤波器）：压缩输入信号频带，把传输码变换成适宜于信道传输的基带信号波形。 信道：信道的传输特性一般不满足无失真传输条件，因此会引起传输波形的失真。另外信道还会引入噪声 n(t)，并假设它是均值为零的高斯白噪声。一、数字基带信号传输系统的组成8/17/202256.3 数字基带信号传输与码间串扰(1) 基本结构 接收滤波器： 用来接收信号，滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。 抽样判决器：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。 同步提取：用同步提取电路从接收信号中提取定时脉冲。一、数字基带信号传输系统的

3、组成8/17/202266.3 数字基带信号传输与码间串扰(1) 基本结构一、数字基带信号传输系统的组成输入信号码型变换后传输的波形信道输出接收滤波输出位定时脉冲恢复的信息错误码元8/17/202276.3 数字基带信号传输与码间串扰(2) 码间串扰 两种误码原因： 码间串扰 信道加性噪声 码间串扰原因：系统传输总特性不理想，导致前后码元的波形畸变并使前面波形出现很长的拖尾，从而对当前码元的判决造成干扰。 码间串扰严重时，会造成错误判决，如下图所示：一、数字基带信号传输系统的组成8/17/202286.3 数字基带信号传输与码间串扰(2) 码间串扰一、数字基带信号传输系统的组成码间串扰m(t)

4、r(t)cp(t)8/17/202296.3 数字基带信号传输与码间串扰(2) 码间串扰一、数字基带信号传输系统的组成8/17/2022106.3 数字基带信号传输与码间串扰(1) 数字基带信号传输模型二、数字基带信号传输的定量分析an 发送滤波器的输入符号序列，取值为0、1或1，+1d(t) 基带信号8/17/2022116.3 数字基带信号传输与码间串扰(2) 发送滤波器输出： 设发送滤波器的传输特性为GT()，则有：二、数字基带信号传输的定量分析发送滤波器的冲激响应8/17/2022126.3 数字基带信号传输与码间串扰(3) 总传输特性 再设信道的传输特性为：C()，接收滤波器的传输特

5、性为GR()，则基带传输系统的总传输特性为： 其单位冲激响应为：二、数字基带信号传输的定量分析8/17/2022136.3 数字基带信号传输与码间串扰(4) 接收滤波器输出信号二、数字基带信号传输的定量分析是加性噪声n(t)经过接收滤波器后输出的噪声8/17/2022146.3 数字基带信号传输与码间串扰(5) 抽样判决：抽样判决器对 r(t) 进行抽样判决 例如：为了确定第 k 个码元 ak 的取值，首先应在 t = kTs + t0 时刻上对 r(t) 进行抽样，确定 r(t) 在该样点上的值。由上式得：二、数字基带信号传输的定量分析第 k 个接收码元波形的抽样值码间串扰值 随机干扰 t0

6、信道和接收滤波器造成的延迟8/17/2022156.3 数字基带信号传输与码间串扰(5) 抽样判决： 第1项是第 k 个接收码元波形的抽样值，它是确定 ak 的依据；二、数字基带信号传输的定量分析8/17/2022166.3 数字基带信号传输与码间串扰(5) 抽样判决： 第2项（项）是除第 k 个码元以外的其它码元波形在第 k 个抽样时刻上的总和（代数和），它对当前码元 ak 的判决起着干扰的作用，所以称之为码间串扰值。由于 ak是以概率出现的，故码间串扰值通常是一个随机变量。二、数字基带信号传输的定量分析8/17/2022176.3 数字基带信号传输与码间串扰(5) 抽样判决： 第3项 nR

7、(kTs + t0) 是输出噪声在抽样瞬间的值，它是一种随机干扰，也会影响对第 k 个码元的正确判决。 实际抽样值不仅有本码元的值，还有码间串扰值及噪声，故当 r(kTs + t0) 加到判决电路时，对 ak 取值的判决可能判对也可能判错。二、数字基带信号传输的定量分析8/17/2022186.3 数字基带信号传输与码间串扰(5) 抽样判决：例如：在二进制数字通信时，ak 的可能取值为“0”或“1”，若判决电路的判决门限为 Vd，则这时判决规则为：当 r(kTs + t0) Vd时，判 ak 为“1”当 r(kTs + t0) Vd时，判 ak 为“0”显然，只有当码间串扰值和噪声足够小时，才

8、能基本保证上述判决的正确。二、数字基带信号传输的定量分析8/17/2022196.4 无码间串扰的基带传输特性本节先讨论在不考虑噪声情况下，如何消除码间串扰；下一节再讨论无码间串扰情况下，如何减小信道噪声的影响。8/17/2022206.4 无码间串扰的基带传输特性一、消除码间串扰的基本思想二、无码间串扰的条件三、无码间串扰的传输特性的设计8/17/2022216.4 无码间串扰的基带传输特性 由上式可知，若想消除码间串扰，应使： 由于 an 是随机的，要想通过各项相互抵消使码间串扰为0是不行的，需要对 h(t) 的波形提出要求。一、消除码间串扰的基本思想8/17/2022226.4 无码间串

9、扰的基带传输特性 在上式中，若让 h(kn)Ts+t0 在Ts+t0、2Ts +t0等后面码元抽样判决时刻上正好为0，就能消除码间串扰，如下图所示： 这就是消除码间串扰的基本思想。一、消除码间串扰的基本思想8/17/2022236.4 无码间串扰的基带传输特性(1) 时域条件 只要基带传输系统的冲激响应波形 h(t) 仅在本码元的抽样时刻上有最大值，并在其他码元的抽样时刻上均为0，则可消除码间串扰。也就是说，若对 h(t) 在时刻 t = kTs（这里假设信道和接收滤波器所造成的延迟t0 = 0）抽样，则下式成立：二、无码间串扰的条件无码间串扰的时域条件8/17/2022246.4 无码间串扰

10、的基带传输特性(1) 时域条件 也就是说，若 h(t) 的抽样值除了在 t = 0 时不为零外，在其他所有抽样点上均为零，就不存在码间串扰。 二、无码间串扰的条件8/17/2022256.4 无码间串扰的基带传输特性(2) 频域条件 在无码间串扰时域条件的要求下，得到无码间串扰时的基带传输特性应满足： 上条件称为奈奎斯特（Nyquist）第一准则。 基带系统的总特性 H() 凡是能符合此要求的，均能消除码间串扰。二、无码间串扰的条件8/17/2022266.4 无码间串扰的基带传输特性(3) 频域条件的物理意义 将 H() 在 轴上以 2/Ts 为间隔切开，然后分段沿轴平移到 (/Ts, /T

11、s) 区间内，将它们进行叠加，其结果应当为一常数（不必一定是 Ts）。 这一过程可以归述为：一个实际的 H() 特性若能等效成一个理想（矩形）低通滤波器，则可实现无码间串扰。二、无码间串扰的条件8/17/2022276.4 无码间串扰的基带传输特性(3) 频域条件的物理意义二、无码间串扰的条件8/17/2022286.4 无码间串扰的基带传输特性 满足奈奎斯特第一准则并不是唯一的要求。如何设计或选择满足此准则的 H()?(1) 理想低通特性 满足奈奎斯特第一准则的 H() 有很多种，例如 H() 为理想低通型，即：三、无码间串扰的传输特性的设计8/17/2022296.4 无码间串扰的基带传输

12、特性(1) 理想低通特性 h(t) 在 t = kTs（k 0）时有周期性零点，当发送序列的时间间隔为 Ts 时，正好巧妙地利用了这些零点。只要接收端在 t = kTs 时间点上抽样，就能实现无码间串扰。三、无码间串扰的传输特性的设计8/17/2022306.4 无码间串扰的基带传输特性(1) 理想低通特性 对于带宽为：B=1/2Ts（Hz）的理想低通传输特性： 若输入数据以 RB = 1/Ts 波特的速率进行传输，则在抽样时刻上不存在码间串扰。 若以高于 1/Ts 波特的码元速率传送时，将存在码间串扰。三、无码间串扰的传输特性的设计8/17/2022316.4 无码间串扰的基带传输特性(1)

13、 理想低通特性 奈奎斯特带宽：带宽 B = 1/2Ts（Hz） 奈奎斯特速率： RB = 1/Ts （波特） 此基带系统所能提供的最高频带利用率为：= RB /B=2（B/Hz） 这种特性在物理上是无法实现的；并且 h(t) 的振荡衰减慢，使之对定时精度要求很高，故不能实用。三、无码间串扰的传输特性的设计8/17/2022326.4 无码间串扰的基带传输特性(2) 余弦滚降特性 为了解决理想低通特性存在的问题，可以使理想低通滤波器特性的边沿缓慢下降，这称为“滚降”。 一种常用的滚降特性是余弦滚降特性，如下图所示：三、无码间串扰的传输特性的设计8/17/2022336.4 无码间串扰的基带传输特

14、性(2) 余弦滚降特性 只要 H() 在滚降段中心频率处（与奈奎斯特带宽相对应）呈奇对称的振幅特性，就必然可以满足奈奎斯特第一准则，从而实现无码间串扰传输。 按余弦特性滚降的传输函数和冲击响应可表示为：三、无码间串扰的传输特性的设计8/17/2022346.4 无码间串扰的基带传输特性(2) 余弦滚降特性 三、无码间串扰的传输特性的设计 ：滚降系数，用于描述滚降程度 =f/fNfN :奈奎斯特带宽，f :超出奈奎斯特带宽的扩展量8/17/2022356.4 无码间串扰的基带传输特性(2) 余弦滚降特性 几种滚降特性和冲激响应曲线三、无码间串扰的传输特性的设计8/17/2022366.4 无码间

15、串扰的基带传输特性(2) 余弦滚降特性 几种滚降特性和冲激响应曲线 滚降系数 越大，h(t) 的拖尾衰减越快 滚降使带宽增大为：B =fN +f=(1+) fN 余弦滚降系统的最高频带利用率为：三、无码间串扰的传输特性的设计8/17/2022376.4 无码间串扰的基带传输特性(2) 余弦滚降特性当=0时，即为前面所述的理想低通系统；当=1时，即为升余弦频谱特性，这时 H()可表示为：三、无码间串扰的传输特性的设计8/17/2022386.4 无码间串扰的基带传输特性(2) 余弦滚降特性 由上式可知，1的升余弦滚降特性的 h(t) 满足抽样值上无串扰的传输条件，且各抽样值之间又增加了一个零点，而且它的尾部衰减较快（与 t2 成反比），这有利于减小码间串扰和位定时误差的影响。但这种系统所占频带最宽，是理想低通系统的2倍，因而频带利用率为1B/Hz，是二进制基带系统最高利用率的一半。三