通信原理_第12讲_数字基带传输系统(2)_电07.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,通信原理,（第十二讲）,内 容,第一章 绪论（,3,）,第二章 确知信号（,2,）,第三章 随机过程（,5,）,第四章 信道（,2,）,第五章 模拟调制系统（,8,）,第六章 数字基带传输系统（,6,）,第七章 数字带通传输系统（,6,）,第八章 新型数字调制技术（,3,）,第九章 模拟信号的数字传输（,8,）,第十章 数字信号的最佳接收（,4,）,第十三章 同步原理（,4,）,习题（,2,）,总结（,2,）,1/30/2026,2,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,1/30/2026,3,6.2,基带传输的常用码型,数字通信系统框图,此前为基带系统,注：复用可能在信源编码之后,注：扩频一般在高频调制前,1/30/2026,4,6.3,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,1/30/2026,5,6.3,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,1/30/2026,6,6.3,数字基带信号传输与码间串扰,(1),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,1/30/2026,7,6.3,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组成,1/30/2026,8,6.3,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,1/30/2026,9,6.3,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,1/30/2026,10,6.3,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,),r(t,),cp(t,),1/30/2026,11,6.3,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,1/30/2026,12,6.3,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,a,n,发送滤波器的输入符号序列，取值为,0,、,1,或,1,，,+1,d,(,t,),基带信号,1/30/2026,13,6.3,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,G,T,(,),，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,1/30/2026,14,6.3,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性为,G,R,(,),，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,1/30/2026,15,6.3,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,1/30/2026,16,6.3,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,a,k,的取值，首先应在,t,=,kT,s,+,t,0,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,k,0,信道和接收滤波器造成的延迟,1/30/2026,17,6.3,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,a,k,的依据；,二、数字基带信号传输的定量分析,1/30/2026,18,6.3,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,a,k,的判决起着干扰的作用，所以称之为,码间串扰值,。由于,a,k,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,1/30/2026,19,6.3,数字基带信号传输与码间串扰,(5),抽样判决：,第,3,项,n,R,(,kT,s,+,t,0,),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,(,kT,s,+,t,0,),加到判决电路时，对,a,k,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,1/30/2026,20,6.3,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，,a,k,的可能取值为“,0”,或“,1”,，若判决电路的判决门限为,V,d,，则这时判决规则为：,当,r,(,kT,s,+,t,0,),V,d,时，判,a,k,为“,1”,当,r,(,kT,s,+,t,0,),V,d,时，判,a,k,为“,0”,显然，只有当,码间串扰值和噪声足够小时,，才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,1/30/2026,21,6.4,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。,1/30/2026,22,6.4,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,1/30/2026,23,6.4,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,a,n,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,1/30/2026,24,6.4,无码间串扰的基带传输特性,在上式中，若让,h,(,k,n,),T,s,+,t,0,在,T,s,+,t,0,、,2,T,s,+,t,0,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,1/30/2026,25,6.4,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,=,kT,s,（这里假设信道和接收滤波器所造成的延迟,t,0,=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,1/30/2026,26,6.4,无码间串扰的基带传输特性,(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,1/30/2026,27,6.4,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,1/30/2026,28,6.4,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,/,T,s,为间隔切开，然后分段沿,轴平移到,(,/,T,s,/,T,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,T,s,）,。,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,1/30/2026,29,6.4,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,1/30/2026,30,6.4,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,1/30/2026,31,6.4,无码间串扰的基带传输特性,(1),理想低通特性,h,(,t,),在,t,=,kT,s,（,k,0,）时有周期性零点，当发送序列的时间间隔为,T,s,时，正好巧妙地利用了这些零点。只要接收端在,t,=,kT,s,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,1/30/2026,32,6.4,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,=1/2,T,s,（,Hz,）,的理想低通传输特性：,若输入数据以,R,B,=1/,T,s,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/,T,s,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,1/30/2026,33,6.4,无码间串扰的基带传输特性,(1),理想低通特性,奈奎斯特,带宽,：,带宽,B,=1/2,T,s,（,Hz,）,奈奎斯特,速率,：,R,B,=1/,T,s,（波特）,此基带系统所能提供的最高频带利用率为：,=,R,B,/,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,1/30/2026,34,6.4,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,1/30/2026,35,6.4,无码间串扰的基带传输特性,(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,1/30/2026,36,6.4,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,/,f,N,f,N,:,奈奎斯特带宽，,f,:,超出奈奎斯特带宽的扩展量,1/30/2026,37,6.4,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,1/30/2026,38,6.4,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,滚降系数,越大，,h,(,t,),的拖尾衰减越快,滚降使带宽增大为：,B,=,f,N,+,f,=(1+,),f,N,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,1/30/2026,39,6.4,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,1/30/2026,40,6.4,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,t,2,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、无码间串扰的传输特性的设计,1/30/2026,41,6.4,无码间串扰的基带传输特性,(2),余弦滚降特性,在以上讨论中并没有涉及,H,(,),的相移特性。实际上它的相移特性一般不为零，故需要加以考虑。然而，在推导奈奎斯特第一准则公式的过程中，我们并没有指定,H,(,),是实函数，所以，该公式对于一般特性的,H,(,),均适用。,三、无码间串扰的传输特性的设计,1/30/2026,42,