1

第5章

數(shù)字信號基帶傳輸基帶傳輸系統(tǒng)2噪聲源信源信道編碼信源編碼調(diào)制器信道解調(diào)器信宿信道譯碼信源譯碼內(nèi)容數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)字基帶信號常用碼型數(shù)字基帶信號功率譜數(shù)字基帶傳輸中碼間串?dāng)_無碼間串?dāng)_基帶傳輸系統(tǒng)噪聲對傳輸性能的影響眼圖時(shí)域均衡部分響應(yīng)系統(tǒng)345.1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)字基帶傳輸和數(shù)字頻帶傳輸數(shù)字基帶信號來自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號，或者模擬信號經(jīng)數(shù)字化處理后的數(shù)字信號；頻譜都是從零頻或零頻附近開始，其功率主要集中在一個(gè)有限的頻帶范圍內(nèi)。數(shù)字基帶傳輸不經(jīng)過調(diào)制直接進(jìn)行數(shù)字信號的傳輸稱為數(shù)字信號的基帶傳輸。一般要進(jìn)行信道編碼（將基本碼型編碼成在比較適合在信道上傳輸?shù)木€路碼型——在廣義的調(diào)制含義下成為編碼調(diào)制，與之對應(yīng)的稱為載波調(diào)制（狹義的調(diào)制）。）數(shù)字頻帶傳輸經(jīng)過調(diào)制，利用載波傳輸調(diào)制后的頻帶信號稱為數(shù)字信號的頻帶傳輸。5基帶傳輸系統(tǒng)6脈沖形成器輸入發(fā)送濾波器定時(shí)脈沖輸出信道信號形成器信道接收濾波器抽樣判決器同步提取恢復(fù)原來基帶信號

將原始二進(jìn)制序列變換成比較適合信道傳輸?shù)拇a型，并提供同步定時(shí)信息將輸入的矩形脈沖變換成適合信道傳輸?shù)牟ㄐ?/p>

常為有線信道會引入噪聲濾除帶外噪聲，對信道特性進(jìn)行均衡基帶傳輸系統(tǒng)中的波形785.2數(shù)字基帶信號常用碼型數(shù)字基帶信號碼型設(shè)計(jì)原則碼型中低頻、高頻分量盡量少。碼型中應(yīng)包含定時(shí)信息，以便定時(shí)提取。碼型變換設(shè)備要簡單可靠。碼型具有一定檢錯(cuò)能力，若傳輸碼型有一定的規(guī)律性，就可根據(jù)這一規(guī)律性來檢測傳輸質(zhì)量，以便做到自動檢測。編碼方案對發(fā)送消息類型不應(yīng)有任何限制，適合于所有的二進(jìn)制信號。這種與信源的統(tǒng)計(jì)特性無關(guān)的特性稱為對信源具有透明性。低誤碼增殖，誤碼增殖是指單個(gè)數(shù)字傳輸錯(cuò)誤在接收端解碼時(shí)，造成錯(cuò)誤碼元的平均個(gè)數(shù)增加。從傳輸質(zhì)量要求出發(fā)，希望它越小越好。高的編碼效率9數(shù)字基帶信號碼型分類二元碼三元碼多元碼基本碼型(a)單極性碼(b)雙極性碼(c)單歸零碼(d)雙歸零碼(e)差分碼線路碼型1.AMI碼(傳號交替反轉(zhuǎn)碼)2.HDB3碼(3階高密度雙極性碼)3.雙相碼4.CMI碼(傳號反轉(zhuǎn)碼)5.nBmB碼6.多電平碼二.基本碼型(分類)在數(shù)字基本傳輸中，基本碼型一般用于設(shè)備內(nèi)部和近距離的傳輸，或用作過渡碼型，一般不用做通信信道上的信號傳輸（采用線路碼）。極性單極雙極歸零不歸零單極不歸零雙極不歸零歸零單極歸零雙極歸零差分編碼歸零（RZ）：占空比<1；常用半占空波形（=50%）單極雙極不歸零單極不歸零a雙極不歸零b歸零單極歸零c雙極歸零d差分編碼e基本碼型基本碼型波形圖13

基本碼型波形圖14碼型變換:把信碼變換成適合在信道中傳輸?shù)拇a型（簡稱線路碼或傳輸碼）主要目的:改變信號的功率譜形狀或成分，以適應(yīng)基帶傳輸?shù)囊筮x碼原則:無直流分量，且低頻分量?。缓型剑ǘ〞r(shí)）信息；功率譜主瓣窄，以節(jié)省傳輸頻帶；具有一定的宏觀檢錯(cuò)能力；編譯碼簡單。幾種常用的線路碼：AMI碼、HDB3碼、雙相碼、CMI碼、nBmB碼和多電平碼三.線路碼型基本碼線路碼(傳輸碼)碼型變換/線路編碼數(shù)字基帶調(diào)制1．AMI碼（傳號交替反轉(zhuǎn)碼）編碼規(guī)則：將信碼中的“1”交替編成“+1”和“?1”，而“0”保持不變。例如：

信碼：

10000

10000110000000011…AMI碼：+10000?10000+1-100000000+1?1…注：AMI碼的波形是三電平（正、負(fù)、零）的半占空歸零碼波形。應(yīng)用：AMI碼是北美電話系統(tǒng)中時(shí)分復(fù)用基群的線路接口碼型。缺點(diǎn)：當(dāng)信碼出現(xiàn)連“0”串時(shí)，不利于定時(shí)信息的提取。解決：擾碼；采用HDB3碼。優(yōu)點(diǎn)：無直，且高、低頻分量少；具有宏觀自檢能力；編譯碼電路簡單。傳號交替反轉(zhuǎn)碼(AMI碼)(三元碼）特點(diǎn)等概時(shí)無直流，且零頻附近的低頻分量小。即使收到的碼元極性完全相反，也能正確判決。只要進(jìn)行全波整流就可以變?yōu)閱螛O性碼。如果AMI碼是歸零的，變?yōu)閱螛O性歸零后就可提取同步信息。17(a)2．HDB3碼（3階高密度雙極性碼）HDB3碼：3階高密度雙極性碼它是AMI碼的一種改進(jìn)型，改進(jìn)目的是為了保持AMI碼的優(yōu)點(diǎn)而克服其缺點(diǎn)，使連“0”個(gè)數(shù)不超過3個(gè)，有利于定時(shí)信息的提取。編碼規(guī)則：（1）檢查消息碼中“0”的個(gè)數(shù)。當(dāng)連“0”數(shù)目小于等于3時(shí)，HDB3碼與AMI碼一樣，+1與-1交替；（2）連“0”數(shù)目超過3時(shí)，將每4個(gè)連“0”化作一小節(jié)，定義為B00V，稱為破壞節(jié)，其中V稱為破壞脈沖，而B稱為調(diào)節(jié)脈沖；（3）V與前一個(gè)相鄰的非“0”脈沖的極性相同(這破壞了極性交替的規(guī)則，所以V稱為破壞脈沖)，并且要求相鄰的V碼之間極性必須交替。V的取值為+1或-1；（4）B的取值可選0、+1或-1，以使V同時(shí)滿足（3）中的兩個(gè)要求；（5）V碼后面的傳號碼極性也要交替。HDB3碼(三元碼)----編碼原理當(dāng)出現(xiàn)4個(gè)或4個(gè)以上的連“0”時(shí)，則將每4個(gè)連“0”串的第4個(gè)“0”變換成“1”碼。這個(gè)由“0”碼變換來的“1”碼稱為破壞脈沖，用符號V表示；而原來的二進(jìn)制碼“1”碼稱為信碼，用符號B表示。當(dāng)信碼序列中加入破壞脈沖以后，信碼B和破壞脈沖V的正負(fù)極性必須滿足以下兩個(gè)條件。B碼和V碼各自都應(yīng)始終保持極性交替變化的規(guī)律，以便確保輸出碼中沒有直流成分。V碼必須與前一個(gè)信碼同極性，以便和正常的AMI碼區(qū)分開來。但是當(dāng)兩個(gè)V碼之間的信碼B的數(shù)目是偶數(shù)時(shí)，以上兩個(gè)條件就無法滿足，此時(shí)應(yīng)該把后面的那個(gè)V碼所在的連“0”串中的第一個(gè)“0”變?yōu)檠a(bǔ)信碼;如果兩V碼之間的B碼數(shù)目是奇數(shù)，就不用再加補(bǔ)信碼.19例:HDB3碼20例AMI與HDB3：消息碼：1000010000110000000011AMI碼：-10000+10000-1+100000000-1+1HDB3碼：-1000–V+1000+V-1+1-B00–V

+B00+V-l+1其中的

V脈沖和

B脈沖與

1脈沖波形相同，用V或B符號表示的目的是為了示意該非“0”碼是由原信碼的“0”變換而來的。AMI與HDB3的功率譜應(yīng)用：ITU建議HDB3碼作為A律PCM-TDM四次群以下的線路接口碼型。HDB3譯碼譯碼的關(guān)鍵是尋找破壞脈沖（V碼）。若3連“0”的前后非零脈沖同極性：“000V”形式，譯為“0000”；若2連“0”的前后非零脈沖同極性：“B00V”形式，譯為“0000”。消息碼：1000010000110000000011AMI碼：-10000+10000-1+100000000-1+1HDB碼：-1000–V+1000+V-1+1-B00–V

+B00+V-l+13、雙相碼(分相碼、曼徹斯特Manchester)編碼規(guī)則:特點(diǎn)：雙極性非歸零碼，無直，含有豐富的定時(shí)信息，編碼簡單。缺點(diǎn)：占用的頻帶寬度加倍了。應(yīng)用：適用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備上近距離傳輸。信息碼01雙相碼0110對應(yīng)波形

相位的一個(gè)

周期方波0相位的一個(gè)周期方波曼徹斯特編碼26差分曼徹斯特編碼IEEE802.5standard4.密勒碼密勒碼編碼規(guī)則：“1”碼用碼元持續(xù)中心點(diǎn)出現(xiàn)躍變來表示，即用10或01來表示，如果是連“1”時(shí)則須交替。“0”碼有兩種情況單個(gè)“0”時(shí)，在碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)不出現(xiàn)電平躍變，且與相鄰碼元的邊界處也不躍變；連“0”時(shí)，在兩個(gè)“0”碼的邊界處出現(xiàn)電平躍變，即00和11交替。275.CMI碼（傳號反轉(zhuǎn)碼）編碼規(guī)則：“1”——“11”和“00”交替；“0”——“01”。特點(diǎn)：雙極性非歸零碼，無直；從它的下跳沿可直接提取位定時(shí)信號；不會出現(xiàn)3個(gè)以上的連碼，這個(gè)規(guī)律可用來宏觀檢錯(cuò)。應(yīng)用：PCM四次群采用的線路接口碼型；速率低于8.448Mitb/s的光纖傳輸系統(tǒng)中。波形和功率譜：6.nBmB碼雙相碼和CMI碼均可視為lB2B碼，它們都是將1位二進(jìn)制符號轉(zhuǎn)換成了2位二進(jìn)制碼元，因此傳輸速率增加一倍，所需信道帶寬加倍。nBmB碼可看成是lB2B碼的推廣，n個(gè)二進(jìn)制碼組

m個(gè)二進(jìn)制碼組，。新碼組有2m種組合，故多出（2m?2n）種組合。選出可用碼組，其余為禁用碼組，則可獲得較好的傳輸性能。在光纖通信系統(tǒng)中，常選擇m=n+1，例如5B6B碼。7.多電平碼特點(diǎn)：每個(gè)脈沖波形攜載多位二進(jìn)制碼。例如：一種四電平碼（也稱2B1Q碼），它的每種電平脈沖可以代表2位二進(jìn)制碼元.優(yōu)點(diǎn)：在波特率一定時(shí)，可以提高比特率。應(yīng)用：頻帶受限的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中。5.3數(shù)字基帶脈沖序列的功率譜一.數(shù)字基帶信號的功率譜密度二.功率譜密度計(jì)算舉例3132一.數(shù)字基帶信號的

功率譜密度1.數(shù)字基帶信號的表示

數(shù)字基帶信號的模型通常采用隨機(jī)過程表示。若碼元寬度是Ts，則數(shù)字基帶信號可表示成其中：1.數(shù)字基帶信號的表示34其中：數(shù)字基帶信號s(t)=穩(wěn)態(tài)波v(t)+交變波u(t)穩(wěn)態(tài)波v(t)35其中：交變波u(t)36其中：數(shù)字基帶信號s(t)=v(t)+u(t)37數(shù)字基帶信號s(t)=v(t)+u(t)38其中：2.穩(wěn)態(tài)波v(t)的功率譜密度393.交變波u(t)的功率譜密度403.交變波u(t)的功率譜密度41基帶信號s(t)的雙邊功率譜對于二進(jìn)制的隨機(jī)脈沖序列s(t)，設(shè)：“0”

以概率P出現(xiàn)；“1”

以概率（1-P）出現(xiàn)，則s(t)的雙邊功率譜Ps(f)為：fs=1/Ts－碼元速率；Ts：碼元寬度（持續(xù)時(shí)間）G1(f)和G2(f)分別是0—g1(t)和1—g2(t)的傅里葉變換系統(tǒng)可根據(jù)功率譜密度中的連續(xù)譜確定數(shù)字基帶信號的帶寬。 根據(jù)離散譜可以確定隨機(jī)序列是否包含直流成分（m=0）及定時(shí)分量（m=±1）。對于雙極性信號,當(dāng)g1(t)=-g2(t)

,且P=1/2（等概）時(shí)，沒有離散譜?；鶐盘杝(t)的功率譜包含兩個(gè)部分，第一部分由G1(f)和G2(f)構(gòu)成，為連續(xù)譜。第二部分由于有沖激函數(shù)δ(f?mfs)，所以為離散譜；44二.功率譜密度計(jì)算舉例1.單極性不歸零碼451.單極性不歸零碼當(dāng)P=0.5時(shí)461.單極性不歸零碼當(dāng)P=0.5時(shí)討論：單極性NRZ矩形脈沖序列的功率譜若表示“1”碼的波形g2(t)=g(t)為不歸零（NRZ）矩形脈沖，即

其頻譜函數(shù)為當(dāng)f=mfs時(shí)：若m=0，G(0)=TsSa(0)

0，故頻譜Ps(f)中有直流分量。若m為不等于零的整數(shù)，頻譜Ps(f)中離散譜為零，因而無定時(shí)分量

單極性不歸零碼的功率譜密度單極性不歸零隨機(jī)矩形脈沖序列的波形單極性不歸零波形的功率譜密度2.單極性歸零碼492.單極性歸零碼當(dāng)P=0.5時(shí)m為奇數(shù)：m=0：m為偶數(shù)：有直流有離散譜無離散譜502.單極性歸零碼討論：單極性RZ矩形脈沖若表示“1”碼的波形g2(t)=g(t)為半占空歸零矩形脈沖，即脈沖寬度

=Ts/2時(shí)，其頻譜函數(shù)為當(dāng)f=mfs時(shí)：若m=0，G(0)=TsSa(0)/2

0，故功率譜Ps(f)中有直流分量。若m為奇數(shù)，

，此時(shí)有離散譜，因而有定時(shí)分量（m=1時(shí)）若m為偶數(shù)，，此時(shí)無離散譜。功率譜Ps(f)變成單極性半占空歸零波形的功率譜密度單極性半占空歸零波形的功率譜密度單極性信號的功率譜密度單極性信號的功率譜密度分別如下圖中的實(shí)線和虛線所示3.雙極性碼

543.雙極性碼

不歸零時(shí)：歸零時(shí)：無直流無離散譜553.雙極性碼不歸零時(shí)：歸零時(shí)：討論：討論：若g(t)是高度為1的NRZ矩形脈沖，那么上式可寫成

若g(t)是高度為1的半占空RZ矩形脈沖，則有雙極性信號的功率譜密度曲線雙極性信號的功率譜密度曲線如下圖中的實(shí)線和虛線所示設(shè)P=1/2（等概），求單、雙極性非歸零（NRZ）矩形脈沖序列和單、雙極性歸零（RZ）矩形脈沖序列的功率譜。結(jié)論二進(jìn)制基帶信號的帶寬主要依賴單個(gè)碼元波形的頻譜函數(shù)G1(f)和G2(f)

。時(shí)間波形的占空比越小，占用頻帶越寬。若以譜的第1個(gè)零點(diǎn)計(jì)算，NRZ(

=Ts)基帶信號的帶寬為BS=1/=fs；RZ(

=Ts/2)基帶信號的帶寬為BS=1/=2fs。其中fs=1/Ts，是位定時(shí)信號的頻率，它在數(shù)值上與碼元速率RB相等。單極性基帶信號是否存在離散線譜取決于矩形脈沖的占空比。單極性NRZ信號中沒有定時(shí)分量，若想獲取定時(shí)分量，要進(jìn)行波形變換；單極性RZ信號中含有定時(shí)分量，可以直接提取它?！?”、“1”等概的雙極性信號沒有離散譜，也就是說沒有直流分量和定時(shí)分量。5.4數(shù)字基帶傳輸中碼間串?dāng)_一.碼間串?dāng)_的概念二.碼間串?dāng)_的數(shù)學(xué)分析三.碼間串?dāng)_的消除60引言基帶信號——？數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)——直接在信道中傳輸數(shù)字基帶信號的系統(tǒng)。首先要弄清兩個(gè)問題，才能決定采用什么方案來構(gòu)建我們的系統(tǒng)。《1》代表基帶數(shù)字信號的矩形脈沖序列，經(jīng)信道傳輸，接收到的還是矩形脈沖序列嗎？《2》如果波形已經(jīng)發(fā)生了嚴(yán)重形變，怎樣知道它代表的是什么信息（數(shù)字）？62一.碼間串?dāng)_的概念符號波形和頻譜圖在基帶信號中，各個(gè)符號對應(yīng)的波形在頻域上是無限延展的。符號波形和頻譜圖碼間干擾：無限帶寬信號通過有限帶寬信道等效特性為RC網(wǎng)絡(luò)特性的基帶信道輸入輸出波形基帶信道帶寬受限的，無限的頻譜經(jīng)過有限帶寬信道傳輸后，符號對應(yīng)波形的頻譜將是有限的，這將使接收波形在時(shí)域上無限延展。由圖可見，傳輸后的時(shí)域波形受到延展，并會對其他的符號在抽樣時(shí)刻形成干擾，這種干擾稱為碼間干擾。發(fā)送濾波器傳輸信道接收濾波器抽樣判決器系統(tǒng)x(t)y(t)δ(t)h(t)1)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)接收到的信號波形廣義信道（包括發(fā)送設(shè)備、信道和接收設(shè)備）總的傳輸特性為：H(ω)=GT(ω)·C(ω)·GR(ω)并非理想傳輸系統(tǒng)，一般情況下具有低通特性。沖激響應(yīng)與傳輸函數(shù)的關(guān)系為：H(ω)=?[h(t)]輸入信號與輸出信號的關(guān)系為：y(t)=h(t)*x(t)對于理想低通濾波器：H(ω)=GΩ(ω)則：h(t)

=?-1

[H(ω)]=?-1

[GΩ(ω)]=th(t)δ(t)tttH(ω)ωωH(ω)ε(t)γ(t)Ω/2-Ω/2當(dāng)矩形脈沖通過低通型濾波器傳輸后，脈沖會發(fā)生時(shí)延，頂部會變圓，上、下跳變沿會變緩，前后出現(xiàn)過沖和拖尾。并且這種情況隨著通頻帶的變窄而嚴(yán)重。y(t)tωtωH(ω)H(ω)tx(t)y(t)tx(t)數(shù)字基帶信號經(jīng)頻帶受限的系統(tǒng)（如具有低通特性的廣義信道）傳輸后，其波形不再是矩形脈沖序列，而是連續(xù)變化的高低起伏波峰與波谷。另外，信號在傳輸?shù)倪^程中不可避免地還要疊加信道噪聲，隨機(jī)噪聲進(jìn)一步使波形發(fā)生變化，形成高低起伏的復(fù)雜連續(xù)波形。那么，怎樣從這樣的波形提取信息呢？2)從收到的波形中提取信息的三個(gè)步驟：抽樣、判定、再生3)數(shù)字基帶信號傳輸系統(tǒng)的組成碼型變換器(脈沖形成器)——把原始基帶信號變換成適合于信道傳輸?shù)牡拇a型，達(dá)到與信道匹配的目的；發(fā)送濾波器——碼型變換器輸出的各種碼型是以矩形為基礎(chǔ)的，發(fā)送濾波器的作用就是把它變換為比較平滑的波形，如升余弦波形等，這樣利于壓縮頻帶、便于傳輸；信道——信道的傳輸特性一般不滿足無失真?zhèn)鬏敆l件，因此會引起傳輸波形的失真。另外信道還會引入噪聲n(t)，并假設(shè)它是均值為零的高斯白噪聲

；接收濾波器——濾除帶外噪聲，對信道特性均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決；抽樣判決器——傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時(shí)刻（由位定時(shí)脈沖控制）對接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號；同步提?。河猛教崛‰娐窂慕邮招盘栔刑崛《〞r(shí)脈沖基帶系統(tǒng)的各點(diǎn)波形示意圖輸入信號碼型變換后傳輸?shù)牟ㄐ涡诺垒敵鼋邮諡V波輸出位定時(shí)脈沖恢復(fù)的信息錯(cuò)誤碼元數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是什么？根據(jù)以上分析，在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，由于廣義信道不是理想傳輸信道，接收到的離散信號，相鄰碼元波形相互疊加，各個(gè)脈沖已經(jīng)連成一片。某時(shí)刻的抽樣值是相鄰多個(gè)碼元的貢獻(xiàn)，給正確判定原來所發(fā)信息造成困難。這個(gè)問題被稱之為碼間串?dāng)_。解決碼間串?dāng)_問題，是數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。要提高傳碼率，碼元之間距離就更近，碼元之間的相互影響就更加嚴(yán)重。只有很好地解決了碼間串?dāng)_問題，才能保證傳輸?shù)乃俾屎唾|(zhì)量。4)什么是碼間干擾？起因：由于廣義信道不是理想傳輸信道，輸入的脈沖信號必然失真，產(chǎn)生較長拖尾，延伸到其它碼元時(shí)段，相互疊加影響到后續(xù)碼元的抽樣值。定義：由于非理想傳輸造成相鄰碼元波形相互疊加，相互影響的現(xiàn)象稱為碼間干擾。危害：由于碼間干擾，某時(shí)刻的抽樣值并不準(zhǔn)確的代表該碼元數(shù)值，必將影響到碼值判定的正確性。11101001-AA碼間干擾隨機(jī)噪聲帶限信道對基帶傳輸信號的影響二、碼間串?dāng)_數(shù)學(xué)分析基帶成形網(wǎng)絡(luò)檢測脈沖調(diào)制信道抽樣器判決器窄脈沖生成器發(fā)送濾波器線路編碼接收濾波器抽樣判斷值基帶成形網(wǎng)絡(luò)檢測脈沖調(diào)制信道抽樣器判決器窄脈沖生成器發(fā)送濾波器線路編碼接收濾波器若第k個(gè)碼元的抽樣判決時(shí)刻為t=kTs，則抽樣值為抽樣判斷值(推導(dǎo))77第j個(gè)碼元的值其他碼元值總和—碼間干擾

噪聲抽樣判斷值的構(gòu)成：含碼間串?dāng)_第一項(xiàng)是第k個(gè)碼元波形的抽樣值，是判定ck的依據(jù)，代表有用信號分量；第二項(xiàng)是其他碼元波形在t=kTs時(shí)刻抽樣值的和，它會干擾ck的正確判決，稱作碼間干擾。第三項(xiàng)nR(kTs)是噪聲在t=kTs時(shí)刻的抽樣值，與碼間干擾一樣也會影響ck的正確判決。79三、碼間串?dāng)_的消除——奈奎斯特準(zhǔn)則推導(dǎo)三.碼間串?dāng)_的消除80要消除碼間串?dāng)_

求和湊零無法實(shí)現(xiàn)波形截?cái)嗬щy抽樣點(diǎn)為零我們不可能做到傳輸信道是無限寬的理想系統(tǒng)。但是考慮到矩形脈沖的響應(yīng)具有振蕩型的拖尾，而且每間隔一個(gè)碼元周期就經(jīng)過一次零點(diǎn)，只要在它過零的時(shí)刻抽樣，就不會對相鄰碼元的抽樣值產(chǎn)生影響。tTs3Ts-Ts-3Ts2Ts-2Ts怎樣解決碼間干擾問題？過零時(shí)刻抽樣過零時(shí)刻抽樣接收濾波器輸出波形滿足無碼間干擾條件的h(t)消除碼間串?dāng)_的基本思想由上式可知，若想消除碼間串?dāng)_，應(yīng)使由于an是隨機(jī)的，要想通過各項(xiàng)相互抵消使碼間串?dāng)_為0是不行的，這就需要對h(t)的波形提出要求。在上式中，若讓h[(k-n)Ts+t0]在Ts+t0

、2Ts+t0等后面碼元抽樣判決時(shí)刻上正好為0，就能消除碼間串?dāng)_，如下圖所示：這就是消除碼間串?dāng)_的基本思想。無碼間串?dāng)_的條件——時(shí)域條件只要基帶傳輸系統(tǒng)的沖激響應(yīng)波形h(t)僅在本碼元的抽樣時(shí)刻上有最大值，并在其他碼元的抽樣時(shí)刻上均為0，則可消除碼間串?dāng)_。也就是說，若對h(t)在時(shí)刻t=kTs（這里假設(shè)信道和接收濾波器所造成的延遲t0=0）抽樣，則應(yīng)有下式成立

上式稱為無碼間串?dāng)_的時(shí)域條件。也就是說，若h(t)的抽樣值除了在t=0時(shí)不為零外，在其他所有抽樣點(diǎn)上均為零，就不存在碼間串?dāng)_。無碼間串?dāng)_的條件——頻域條件（推導(dǎo)過程）根據(jù)h(t)和H(

)之間存在的傅里葉變換關(guān)系：在t=kTs時(shí)，有把上式的積分區(qū)間用分段積分求和代替，每段長為2/Ts，則上式可寫成無碼間串?dāng)_的條件——頻域條件（推導(dǎo)過程）將上式作變量代換：令則有d

=d

,

=

+2i/Ts

。且當(dāng)

=(2i1)/Ts時(shí)，

=/Ts，于是當(dāng)上式右邊一致收斂時(shí)，求和與積分的次序可以互換，于是有無碼間串?dāng)_的條件——頻域條件（推導(dǎo)過程）這里，我們已把

重新?lián)Q為

。由傅里葉級數(shù)可知，若F(

)是周期為2/Ts的頻率函數(shù)，則可用指數(shù)型傅里葉級數(shù)表示將上式與上面的h(kTs)式對照，我們發(fā)現(xiàn)，h(kTs)就是

的指數(shù)型傅里葉級數(shù)的系數(shù)，即有無碼間串?dāng)_的條件——頻域條件在無碼間串?dāng)_時(shí)域條件的要求下，我們得到無碼間串?dāng)_時(shí)的基帶傳輸特性應(yīng)滿足或?qū)懗缮蠗l件稱為奈奎斯特(Nyquist)第一準(zhǔn)則?；鶐到y(tǒng)的總特性H(

)凡是能符合此要求的，均能消除碼間串?dāng)_。奈奎斯特第一準(zhǔn)則基帶傳輸函數(shù)H(ω)/H(f)應(yīng)滿足的條件C表示常數(shù)，Heq(f)稱作等效理想低通特性。給出了基帶傳輸系統(tǒng)能夠以1/Ts的速率實(shí)現(xiàn)無碼間干擾傳輸時(shí)其傳輸函數(shù)必須滿足的條件，也稱為奈奎斯特第一準(zhǔn)則。奈奎斯特第一準(zhǔn)則討論假定基帶傳輸系統(tǒng)帶寬為B，符號傳輸速率為rs，符號間隔為Ts=1/rs,顯然當(dāng)f>B時(shí)，H(f)=0。分三種情況討論如下：情況1：rs>2B無法選擇H(f)確保Heq(f)=Ts!奈奎斯特第一準(zhǔn)則討論情況2：rs=2B,只有一種H(f)能導(dǎo)致Heq(f)=Ts!對應(yīng)傳輸帶寬最小的情況！奈奎斯特第一準(zhǔn)則討論情況3：rs<2B,有無數(shù)種H(f)的選擇能導(dǎo)致Heq(f)=Ts!最重要的B>rs/2的基帶傳輸系統(tǒng)為升余弦滾降特性頻域條件的物理意義頻域條件的物理意義將H(

)在

軸上以2/Ts為間隔切開，然后分段沿

軸平移到(-/Ts,/Ts)區(qū)間內(nèi)，將它們進(jìn)行疊加，其結(jié)果應(yīng)當(dāng)為一常數(shù)（不必一定是Ts

）。這一過程可以歸述為：一個(gè)實(shí)際的H(

)特性若能等效成一個(gè)理想（矩形）低通濾波器，則可實(shí)現(xiàn)無碼間串?dāng)_。

H(

)0是H(

)移位2i/Ts再相加而成的，只要檢查在區(qū)間（-/Ts，

/Ts）上能否疊加出一根水平直線即可判斷有無碼間干擾。第一準(zhǔn)則的物理解釋例：

0P()rs=1/Ts?rs=2/Ts?

0P()rs=1/Ts?

0P()rs=1/Ts?rs=1/(2Ts)?

0P()rs=1/Ts?判斷下列系統(tǒng)是否有碼間干擾?二.理想基帶傳輸系統(tǒng)99T為碼元持續(xù)時(shí)間105.5無碼間串?dāng)_基帶傳輸系統(tǒng)一.無碼間串?dāng)_基帶傳輸系統(tǒng)的要求二.理想基帶傳輸系統(tǒng)三.無碼間串?dāng)_的等效特性四.升余弦滾降傳輸特性100一、無碼間串?dāng)_基帶傳輸系統(tǒng)的要求101

抽樣點(diǎn)上無碼間串?dāng)_或

h(t)尾部衰減快二.理想基帶傳輸系統(tǒng)102h(t)的零點(diǎn)間隔等于T，在理論上，可以用持續(xù)時(shí)間為T的碼元進(jìn)行傳輸而無碼間串?dāng)_。傳輸帶寬：B=1/(2T)Hz傳輸速率:RS=(1/T)波特速率帶寬比:RS/B＝2Baud/Hz【例5-1】某基帶系統(tǒng)的頻率特性是截止頻率為1MHz、幅度為1的理想低通濾波器。（1）求此基帶系統(tǒng)無碼間串?dāng)_的碼速率。（2）設(shè)此系統(tǒng)傳輸信息速率為3Mbps，能否無碼間串?dāng)_傳輸？103104三.無碼間串?dāng)_的等效特性理想低通濾波器在實(shí)際中是不可能存在的頻域上無法實(shí)現(xiàn)矩形幅度特性濾波器。即使能實(shí)現(xiàn)，也要求有一個(gè)非常精確的抽樣點(diǎn)，如果稍微偏離，碼間干擾將急劇增加。105思考:什么樣的濾波器可以滿足無串繞要求，而且又能實(shí)現(xiàn)呢？三.無碼間串?dāng)_的等效特性106

奈奎斯特1928年給出了一條解決途徑，他證明了為得到無碼間串?dāng)_的傳輸特性，系統(tǒng)傳輸函數(shù)不必為矩形，而容許是具有緩慢下降邊沿的任何形狀。

－－稱為奈奎斯特準(zhǔn)則。要求：即：在（，）區(qū)間內(nèi)能疊加成一個(gè)矩形頻率特性，四.升余弦滾降傳輸特性1071滾降系數(shù)：升余弦滾降：四.升余弦滾降傳輸特性108

【例5-2】1091105.6噪聲對傳輸性能的影響一.發(fā)“0”碼時(shí)判決器輸入端信號x(t)分布二.發(fā)“1”碼時(shí)判決器輸入端信號x(t)分布三.誤碼率計(jì)算四.單極性情況時(shí)的誤碼率1115.6噪聲對傳輸性能的影響112發(fā)“0”碼發(fā)“1”碼設(shè)二進(jìn)制信號波形為雙極性:

一、發(fā)“0”碼時(shí)判決器輸入端信號x(t)分布

是零均值的高斯噪聲，概率分布為：二.發(fā)“1”碼時(shí)判決器輸入端信號x(t)分布113在發(fā)“0”碼時(shí)誤判為“1”碼，P(1/0)；誤碼的兩種情況：

在發(fā)“1”碼時(shí)誤判為“0”碼，P(0/1)；三.誤碼率計(jì)算114四.單極性情況時(shí)的誤碼率115發(fā)“0”碼發(fā)“1”碼比較:【例5-3】116解:5.7眼圖(估計(jì)系統(tǒng)性能的實(shí)驗(yàn)手段)

觀察方法：把示波器跨接在抽樣判決器輸入端，調(diào)整示波器的水平掃描周期=接收碼元的周期。

眼圖示例：（a）為無碼間串?dāng)_ISI的情況，其眼圖是線跡細(xì)而清晰的大“眼睛”；（b）為有碼間串?dāng)_ISI的情況，其眼圖線跡雜亂,“眼睛”張開度小,且眼睛不端正。

眼圖模型眼睛張開最大的時(shí)刻為最佳抽樣時(shí)刻。眼眶的斜率反映對定時(shí)誤差的靈敏度。斜率越大，越易受定時(shí)誤差的影響。陰影區(qū)的垂直高度表示在抽樣時(shí)刻上信號幅度的畸變程度，也稱抽樣失真。圖中央的橫軸位置對應(yīng)于判決門限電平。抽樣時(shí)刻上，上下兩陰影區(qū)的間隔距離之半為噪聲容限，若噪聲的瞬時(shí)值超過它就可能發(fā)生錯(cuò)判。眼圖模型1195.8時(shí)域均衡一.概述1.均衡器的用途——減小碼間串?dāng)_。2.均衡器的種類：頻域均衡器:使系統(tǒng)總傳輸特性滿足奈奎斯特準(zhǔn)則；時(shí)域均衡器:橫向?yàn)V波器。120由于有誤差，所以

有ISI。插入均衡器

，使得

滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則，則

在抽樣時(shí)刻上無ISI。減小碼間串?dāng)_的措施—均衡均衡目的：消除或減小碼間串?dāng)_（ISI）。均衡原理：頻域均衡——從頻域上補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率特性，使包括均衡器在內(nèi)的基帶系統(tǒng)的總特性滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則。時(shí)域均衡——直接校正失真的響應(yīng)波形，使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無ISI的時(shí)域條件。1.時(shí)域均衡概念1222.時(shí)域均衡實(shí)現(xiàn)123可用矩陣形式表示為：

2.時(shí)域均衡實(shí)現(xiàn)—迫零法124【例5-4】1255.9部分響應(yīng)系統(tǒng)部分響應(yīng)系統(tǒng)解決的問題：理想矩形傳輸特性：最高頻帶利用率（帶寬最?。?，但不能物理實(shí)現(xiàn)，輸出波形“尾巴”振蕩過大、過長；滾降特性：可以實(shí)現(xiàn)，輸出波形“尾巴”減小，但帶寬增大，頻帶利用率降低了部分響應(yīng)特性：可以解決上述矛盾。126一.第I類部分響應(yīng)系統(tǒng)原理127一.第I類部分響應(yīng)系統(tǒng)原理128抽樣脈沖由圖可知：則在抽樣時(shí)刻上會發(fā)生串?dāng)_，當(dāng)前碼元的樣值將受到前一碼元的相同幅度樣值的串?dāng)_，但與其它碼元間不發(fā)生串?dāng)_，

一.第I類部分響應(yīng)系統(tǒng)原理129產(chǎn)生的問題：誤碼擴(kuò)散二.實(shí)用的第I類部分響應(yīng)系統(tǒng)130預(yù)編碼：相關(guān)編碼：收端解碼：判決規(guī)則：二.實(shí)用的第I類部分響應(yīng)系統(tǒng)131原理圖：組成框圖：三.部分響應(yīng)的一般形式132無預(yù)編碼三.部分響應(yīng)的一般形式133有預(yù)編碼小結(jié)1.碼型編碼①最基本二元碼的數(shù)字基帶波形:最基本的數(shù)字基帶波形分別是單極性NRZ、雙極性NRZ、單極性RZ、雙極性RZ和差分碼。單極性波形有直流，且接收端判決電平不固定，因而應(yīng)用受限。雙極性波形等概時(shí)無直流，且接收端判決電平固定為零，因而應(yīng)用廣泛。與NRZ相比，RZ碼波形的主要缺點(diǎn)是帶寬大，主要優(yōu)點(diǎn)是位與位之間易于分清，尤其是單極性RZ碼波形存在fs離散分量，可用于位定時(shí)。差分碼的特點(diǎn)是，即使接收端收到的碼元極性與發(fā)送端完全相反，也能正確進(jìn)行判決。134小結(jié)1.碼型編碼②常用的1B2B碼:常用的1B2B碼有Manchester碼、Miller碼、CMI碼、DMI碼，它們都是把1位二進(jìn)制碼變換成2位二進(jìn)制碼。它們都有無直流、同步信息豐富等優(yōu)點(diǎn)，但它們的缺點(diǎn)是碼元傳輸速率增加一倍，因此所需信道帶寬也要增大。135小結(jié)1.碼型編碼③常用的1B/1T碼:常用的1B/1T碼有AMI碼、HDB3碼，它們都是把1位二進(jìn)制信碼變換成1位三電平取值的碼。這三種碼型都有無直流的特點(diǎn)，而且同步信息豐富，但AMI的缺點(diǎn)是連“0”碼過多時(shí)提取定時(shí)信息困難，HDB3碼的缺點(diǎn)是編碼比較復(fù)雜。④多進(jìn)制碼:多進(jìn)制碼是用一個(gè)碼元去代表一組二進(jìn)制碼，在碼元速率相同，即其傳輸帶寬相同的情況下，可提高信息傳輸速率136小結(jié)1372.基帶信號功率譜。二進(jìn)制基帶信號功率譜包括連續(xù)譜和離散譜兩部分：連續(xù)譜可用于決