chap5 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)

2023/2/4通信原理1chap5數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)

2023/2/4通信原理2本章綱要5.1概述5.2數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性5.3基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型5.4基帶脈沖傳輸與碼間干擾5.5無(wú)ISI基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能5.6眼圖5.7均衡技術(shù)2023/2/4通信原理3概述5.1.1基本概念數(shù)字信息來(lái)源：數(shù)據(jù)信號(hào)：來(lái)自計(jì)算機(jī)、電傳機(jī)、發(fā)報(bào)機(jī)的信號(hào)；模擬信號(hào)：如語(yǔ)音、圖像經(jīng)A/D變換（PCM等）后的數(shù)字化信號(hào)。數(shù)字信息表示——數(shù)字序列{an}其中每個(gè)單元即為碼元。2023/2/4通信原理4概述碼元取值：離散電信號(hào)表示——數(shù)字基帶信號(hào)特點(diǎn)是：用信號(hào)（脈沖）的不同取值來(lái)表示碼元的不同取值，兩者為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如：“0”→-A，“1”→+A。注意：碼元取值是邏輯值0、1，而電信號(hào)取值是電平值。2023/2/4通信原理5概述基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)基帶信號(hào)由消息變換而來(lái)，未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)；特點(diǎn)：頻譜是低通型的?；鶐诺溃和S電纜和雙絞線。頻帶信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后的信號(hào)；特點(diǎn)：頻譜處于載頻ωc附近，即為帶通型的。頻帶信道：無(wú)線信道和光纖2023/2/4通信原理6概述傳輸方式：與基帶、頻帶信號(hào)相對(duì)應(yīng)數(shù)字基帶傳輸——不經(jīng)過(guò)調(diào)制和解調(diào)過(guò)程而讓數(shù)字基帶信號(hào)直接進(jìn)行傳輸；數(shù)字頻帶傳輸——必須經(jīng)過(guò)調(diào)制，將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。2023/2/4通信原理7概述5.1.2數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型2023/2/4通信原理8圖5-2基帶系統(tǒng)個(gè)點(diǎn)波形示意圖2023/2/4通信原理9概述研究基帶傳輸?shù)哪康幕鶐鬏斒穷l帶傳輸?shù)幕A(chǔ)。隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，基帶傳輸這種方式不僅用于低速數(shù)據(jù)傳輸，而且還用于高速數(shù)據(jù)傳輸。理論上也可以證明，任何一個(gè)采用線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)，總是可以由一個(gè)等效的基帶傳輸系統(tǒng)所替代。2023/2/4通信原理10概述本章需解決的問(wèn)題：碼型編碼、譯碼；如何消除ISI；信道噪聲對(duì)誤碼率的影響。2023/2/4通信原理11數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性5.2.1幾種常見(jiàn)的數(shù)字基帶信號(hào)本節(jié)主要以矩形脈沖組成的基帶信號(hào)為主。

單極性雙極性歸零不歸零2023/2/4通信原理12數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性信號(hào)波形2023/2/4通信原理14數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性特點(diǎn)：?jiǎn)螛O性優(yōu)點(diǎn)：極性單一，必有一值為0，易于用TTL、CMOS等電路產(chǎn)生；缺點(diǎn)：有直流，要求傳輸線路具有直流傳輸能力，從而不適合具有交流耦合的遠(yuǎn)距離傳輸。雙極性：等概時(shí)無(wú)直流。2023/2/4通信原理15數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性不歸零（NRZ）：脈沖寬度τ等于碼元寬度Ts。歸零（RZ）：脈沖寬度τ小于碼元寬度Ts。單極性歸零碼波形中含有位定時(shí)頻率分量，從而可以提取出位定時(shí)信息，是其它波形提取位定時(shí)信號(hào)時(shí)需要采用的一種過(guò)渡波形。2023/2/4通信原理16數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性差分碼（又名相對(duì)碼）2023/2/4通信原理17數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性多值波形（也稱多電平波形）特點(diǎn)：多個(gè)二進(jìn)制符號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖。2023/2/4通信原理18數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性5.2.2數(shù)字基帶信號(hào)的表示方式an：第n個(gè)信息符號(hào)對(duì)應(yīng)的電平值（0、1或-1）；Ts：碼元間隔；fs=1/Ts：碼元速率；g(t)：某種標(biāo)準(zhǔn)脈沖波形。圖5–4隨機(jī)脈沖序列示意波形2023/2/4通信原理20數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性5.2.3基帶信號(hào)的頻譜特性分析v(t)是隨機(jī)序列s(t)的統(tǒng)計(jì)平均分量（數(shù)學(xué)期望），取決于每個(gè)碼元內(nèi)出現(xiàn)g1(t)、g2(t)的概率加權(quán)平均，且每個(gè)碼元統(tǒng)計(jì)平均波形相同，表示為2023/2/4通信原理21數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性交變波：穩(wěn)態(tài)波v(t)和交變波u(t)的功率譜合并起來(lái)就可得到隨機(jī)基帶脈沖序列s(t)的頻譜特性。2023/2/4通信原理22數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性功率譜密度離散譜連續(xù)譜2023/2/4通信原理23數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性結(jié)論：二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)的功率譜包括連續(xù)譜和離散譜兩部分；連續(xù)譜總存在，僅當(dāng)g1(t)=g2(t)時(shí)連續(xù)譜才消失，但此時(shí)不能進(jìn)行通信；離散譜通常亦存在，僅當(dāng)雙極性等概時(shí)才會(huì)消失；該功率譜Ps(f)不僅可用于二進(jìn)制基帶信號(hào)，也可用于二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)。2023/2/4通信原理24數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性令P=0.5G(f)=TsSa(πfTs)對(duì)應(yīng)于NRZ：高為1，寬為T(mén)s的矩形脈沖單極性：“1”→g(t);“0”→0G(f)=Ts/2Sa(πfTs/2)對(duì)應(yīng)于RZ：高為1，寬為τ=Ts/2的矩形脈沖雙極性：“1”→g(t);“0”→-g(t);2023/2/4通信原理25數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性單極性NRZ矩形脈沖雙極性NRZ矩形脈沖雙極性RZ矩形脈沖單極性RZ矩形脈沖2023/2/4通信原理26數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性單極性NRZ：τ=Ts/2單極性RZ：2023/2/4通信原理27數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性雙極性NRZ：τ=Ts/2雙極性RZ：2023/2/4通信原理28數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性總結(jié)：?jiǎn)螛O性NRZ波形在等概時(shí)只有直流（f=0）的離散項(xiàng)；雙極性波形在等概時(shí)無(wú)離散項(xiàng)；單極性RZ碼波形含有直流fs及fs的奇次諧波項(xiàng)。這表明它可以提取出位同步信息；對(duì)τ=Ts/2的RZ碼波形，帶寬加倍。2023/2/4通信原理29基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型在實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)中，并不是所有代碼的電波形都適合在信道中傳輸。對(duì)傳輸?shù)幕鶐盘?hào)的研究主要有兩個(gè):傳輸碼型選擇：對(duì)各種代碼的要求，期望將原始信息符號(hào)編制成適合于傳輸用的碼型基帶脈沖的選擇：對(duì)所選碼型的電波形的要求，期望電波形適宜于在信道中傳輸。2023/2/4通信原理30基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型5.3.1傳輸碼型設(shè)計(jì)原則在實(shí)際應(yīng)用中要求傳輸碼的結(jié)構(gòu)具有以下特性：能從其響應(yīng)的基帶信號(hào)中獲取定時(shí)信息；相應(yīng)的基帶信號(hào)無(wú)直流成份和只有很小的低頻成份；不受信息源統(tǒng)計(jì)特性的影響，即能適應(yīng)于信息源的變化；盡可能地提高傳輸碼型的傳輸效率；具有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力，能在線檢測(cè)傳輸誤碼率。2023/2/4通信原理31基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型5.3.21B1T碼1位二進(jìn)制碼(Binary)編為1位三進(jìn)制碼(Ternary)碼。AMI碼（即傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼）編碼規(guī)則：消息代碼中的“0”→傳輸碼中的0消息代碼中的“1”→傳輸碼中的+1、-1交替例：消息代碼：1001100011AMI代碼：+100–1+1000–1+12023/2/4通信原理32基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型特點(diǎn)：統(tǒng)計(jì)上無(wú)直流（+1-1交替）、低頻成分小編/譯碼電路簡(jiǎn)單便于觀察誤碼（+1、-1不交替）缺點(diǎn)：可能出現(xiàn)長(zhǎng)的0串，提取定時(shí)信號(hào)困難解碼規(guī)則：

從收到的符號(hào)序列中將所有的-1變換成+1后，就可以得到原消息代碼。2023/2/4通信原理33基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型HDB3碼(三階高密度雙極性碼)編碼規(guī)則：連0串<4時(shí)，進(jìn)行AMI編碼，即傳號(hào)極性交替；連0串>=4時(shí)，將第4個(gè)0變?yōu)榉?符號(hào)（+V或-V），稱破壞脈沖V碼;當(dāng)相鄰V之間有偶數(shù)個(gè)（含0個(gè)）非0符號(hào)時(shí)，再將該小段的第1個(gè)0變換成B，稱附加脈沖B碼。2023/2/4通信原理34基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型極性規(guī)則：極性交替規(guī)則——“1”碼和“B”碼一起作極性交替，“V”碼也作極性交替；極性破壞規(guī)則——“V”碼必須與前一個(gè)“1”碼或“B”碼同極性。例：基帶二進(jìn)制：100001000011000011AMI碼：-10000+10000-1+10000-1+1HDB3碼：-1000-V+1000+V-1+1-B00-V+1-12023/2/4通信原理35基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型特點(diǎn)：無(wú)直流分量，且只有很小的低頻分量；HDB3中連0串的數(shù)目至多為3個(gè)，易于提取定時(shí)信號(hào)；編碼規(guī)則復(fù)雜，但譯碼較簡(jiǎn)單。解碼規(guī)則：尋找兩個(gè)相鄰的同極性碼，后者即為“V”碼；把“V”碼連同其前3位碼均改為“0”，所有的“±1”均改為“1”，即恢復(fù)信號(hào)。仿真實(shí)例2023/2/4通信原理362023/2/4通信原理37基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型PST碼（成對(duì)選擇三進(jìn)碼）編碼規(guī)則：先將二進(jìn)制的消息代碼劃分為兩個(gè)碼元一組的碼組序列；再把每一碼組編碼成兩個(gè)三進(jìn)制數(shù)字(+-0)；為防止PST碼的直流漂移，當(dāng)在一個(gè)碼組中僅發(fā)送單個(gè)脈沖時(shí)，+-模式應(yīng)交替變換。2023/2/4通信原理38基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型例：特點(diǎn)：由PST碼確定的基帶信號(hào)無(wú)直流分量；因兩位三進(jìn)制數(shù)字共有9種狀態(tài)，所以可靈活地選擇其中的4種狀態(tài)；編碼簡(jiǎn)單；PST碼在識(shí)別中需建立幀同步。2023/2/4通信原理39基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型5.3.31B2B碼1位二進(jìn)制碼(Binary)編為2位二進(jìn)制碼(Binary)。Manchester碼（又稱雙相碼）編碼規(guī)則：消息代碼中的0→傳輸碼中的01(零相位的一個(gè)周期的方波)；消息代碼中的1→傳輸碼中的10(π相位的一個(gè)周期的方波)。2023/2/4通信原理40基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型例：特點(diǎn)：無(wú)直流分量；長(zhǎng)“0”、長(zhǎng)“1”時(shí)提供足夠的定時(shí)分量；可宏觀檢錯(cuò)（最長(zhǎng)連碼個(gè)數(shù)為2）；編碼簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：碼元速率加倍；帶寬加倍。2023/2/4通信原理41基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型Miller碼（又稱延遲調(diào)制碼）編碼規(guī)則：“1”→前半時(shí)間的電平同前一碼元后半時(shí)間電平相同，中央跳變；“0”→對(duì)“0”碼在整個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)都保持同一電平值若前一信息是“1”，則碼元的電平同前面“1”的碼元后半時(shí)間電平相同；若前一信息是“0”，則與前面碼元的電平值相反。2023/2/4通信原理42基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型特點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)與雙相碼相似，只是對(duì)Miller碼，最長(zhǎng)連碼個(gè)數(shù)為4；與雙相碼的關(guān)系：雙相碼之下降沿恰為Miller碼之跳變沿，因此只要以雙相碼的下降沿去觸發(fā)雙穩(wěn)電路，即可得Miller碼。2023/2/4通信原理43基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型CMI碼（傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼）編碼規(guī)則：消息代碼中的1→用11或00交替表示；消息代碼中的0→用01表示。特點(diǎn)：與雙相碼相似，只是最長(zhǎng)連碼個(gè)數(shù)為3。2023/2/4通信原理44基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型2023/2/4通信原理45基帶脈沖傳輸與碼間干擾5.4.1基帶系統(tǒng)的傳輸模型系統(tǒng)的傳輸性能分析可歸結(jié)為兩個(gè)問(wèn)題：無(wú)噪聲情況下如何實(shí)現(xiàn)無(wú)ISI；無(wú)ISI情況下信道噪聲的影響。2023/2/4通信原理46基帶脈沖傳輸與碼間干擾無(wú)ISI分析的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型發(fā)送濾波器、信道和接收濾波器合在一起稱為基帶形成濾波器。系統(tǒng)總的頻率響應(yīng)：GT(ω)抽樣判決GR(ω)C(ω)d(t)r(t)抽樣判決H(ω)r(t)d(t)2023/2/4通信原理47基帶脈沖傳輸與碼間干擾5.4.2無(wú)ISI條件碼間干擾（Inter-SymbolInterference，ISI）ISI就是前一個(gè)碼蔓延到后續(xù)碼元的時(shí)間區(qū)域，從而對(duì)后續(xù)碼引起干擾。要嚴(yán)格地不出現(xiàn)“蔓延”現(xiàn)象是很困難的，明智的做法是：允許前一個(gè)碼蔓延如后續(xù)碼元時(shí)間區(qū)域內(nèi)，但在抽樣時(shí)刻上其值為零，這就是無(wú)ISI的含義。2023/2/4通信原理48基帶脈沖傳輸與碼間干擾無(wú)ISI系統(tǒng)的條件無(wú)ISI系統(tǒng)的時(shí)域條件——沖激響應(yīng)發(fā)送濾波器的輸入端為則通過(guò)基帶形成濾波器的信號(hào)為2023/2/4通信原理49基帶脈沖傳輸與碼間干擾令t=kTS，得為獲不失真抽樣，應(yīng)有比較上述兩式，得即為無(wú)ISI的時(shí)域條件。圖5–9消除碼間串?dāng)_原理2023/2/4通信原理51基帶脈沖傳輸與碼間干擾無(wú)ISI系統(tǒng)的頻域條件——傳輸函數(shù)或該條件稱為奈奎斯特第一準(zhǔn)則。式中，TS為實(shí)際傳輸?shù)拇a元寬度。

2023/2/4通信原理52基帶脈沖傳輸與碼間干擾奈奎斯特第一準(zhǔn)則的圖解意義：切段、平移、疊加。具體做法：把系統(tǒng)總頻率特性以為寬度切成一段段；然后把各段平移到范圍內(nèi)；再疊加，其和應(yīng)為常數(shù)。2023/2/4通信原理532023/2/4通信原理54基帶脈沖傳輸與碼間干擾5.4.3無(wú)ISI系統(tǒng)之一——理想低通系統(tǒng)系統(tǒng)頻率響應(yīng)：沖激響應(yīng)為：2023/2/4通信原理55基帶脈沖傳輸與碼間干擾一些結(jié)論：對(duì)理想低通系統(tǒng)（如果其上限角頻率為），只要按照TS抽樣，即可消除ISI；滿足該條件的碼元間隔TS——奈奎斯特間隔；碼元速率RB=1/TS——奈奎斯特速率；該理想低通的上限頻率W1=1/2TS——奈奎斯特帶寬。2023/2/4通信原理56基帶脈沖傳輸與碼間干擾頻帶利用率這是無(wú)ISI條件下所達(dá)到的最大值。當(dāng)（K為正整數(shù)時(shí)），亦不會(huì)產(chǎn)生ISI，但ηB將減小，ηB=2/K（B/Hz），而對(duì)其他情況則會(huì)產(chǎn)生ISI。評(píng)價(jià)：優(yōu)點(diǎn)：頻帶利用率最高；缺點(diǎn)：理想系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)；對(duì)定時(shí)要求高。2023/2/4通信原理5711011101原生基帶系統(tǒng)沖激響應(yīng)響應(yīng)波形判決脈沖再生基帶11011101時(shí)域圖：識(shí)別點(diǎn)2023/2/4通信原理58系統(tǒng)沖激響應(yīng)有干擾無(wú)干擾無(wú)干擾有干擾響應(yīng)波形2023/2/4通信原理59基帶脈沖傳輸與碼間干擾5.4.4無(wú)ISI系統(tǒng)之二——滾降系統(tǒng)滾降特性2W-2WW-W(1+α)W-(1+α)W滾降——該部分對(duì)于(W1,1/2)點(diǎn)奇對(duì)稱。W1——滾降段中心頻率，與等效理想低通的上限頻率相對(duì)應(yīng)。W2——滾降段（單邊）寬度；定義滾降系數(shù)，顯然0≤α≤1。2023/2/4通信原理60基帶脈沖傳輸與碼間干擾結(jié)論：滾降特性也可以消除ISI，其條件與理想低通系統(tǒng)相同，TS=π/W1；

B=(1+α)/2TS(Hz);η=2/(1+α)(B/Hz)評(píng)價(jià)：優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)，且對(duì)位定時(shí)精度要求可降低；缺點(diǎn)是帶寬加大，因而頻帶利用率降低。2023/2/4通信原理61基帶脈沖傳輸與碼間干擾升余弦滾降系統(tǒng)傳輸函數(shù)沖激響應(yīng)2023/2/4通信原理62求和：常數(shù)升余弦：2023/2/4通信原理63基帶脈沖傳輸與碼間干擾滾降系統(tǒng)的特點(diǎn)α=0時(shí)，就是理想低通特性；α＝1時(shí)，是實(shí)際中常采用的升余弦頻譜特性；升余弦滾降系統(tǒng)的h(t)尾部衰減較快(與t2成反比)，這有利于減小碼間串?dāng)_和位定時(shí)誤差的影響。若0＜α＜1時(shí)，帶寬B=(1+α)/2Ts赫，頻帶利用率η=2/(1+α)波特/赫。2023/2/4通信原理64基帶脈沖傳輸與碼間干擾怎樣判斷是否為無(wú)ISI系統(tǒng)？方法一：畫(huà)圖法——切段、平移、疊加。方法二:由H(ω)→等效成最寬的矩形→奈奎斯特帶寬W1→系統(tǒng)無(wú)碼間串?dāng)_得最高傳碼率RBmax=2W1→與實(shí)際傳輸速率RB=2/TS比較。若滿足， 則以實(shí)際速率RB進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，滿足抽樣點(diǎn)上無(wú)碼間串?dāng)_得條件。2023/2/4通信原理65例題2023/2/4通信原理662023/2/4通信原理672023/2/4通信原理68部分響應(yīng)系統(tǒng)5.4.5無(wú)ISI系統(tǒng)之三——部分響應(yīng)系統(tǒng)奈奎斯特第二準(zhǔn)則部分響應(yīng)系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)是奈奎斯特第二準(zhǔn)則；定義：有控制的在某些碼元的抽樣時(shí)刻引入碼間干擾，而在其余碼元的抽樣時(shí)刻無(wú)碼間干擾，則能使頻帶利用率達(dá)到理論最大值，并同時(shí)降低對(duì)定時(shí)精度的要求。2023/2/4通信原理69部分響應(yīng)系統(tǒng)思路：若將H(ω)設(shè)計(jì)成理想低通，其特點(diǎn)是頻帶窄，但第一過(guò)零點(diǎn)以后的尾巴振幅大，收斂慢。若用等效理想低通系統(tǒng)（如升余弦滾降特性的Heq(ω)

），收斂加快，但系統(tǒng)帶寬增加，使頻帶利用率下降。從易實(shí)現(xiàn)、提高頻帶利用率方面改善。2023/2/4通信原理70部分響應(yīng)系統(tǒng)部分響應(yīng)系統(tǒng)定義：依據(jù)奈奎斯特第二準(zhǔn)則實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)稱為部分響應(yīng)系統(tǒng)。部分響應(yīng)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)稱為部分響應(yīng)波形。設(shè)計(jì)部分響應(yīng)系統(tǒng)：共有五類(lèi)方法。特征：存在部分碼間干擾，但頻帶利用率η=2B/Hz。2023/2/4通信原理71部分響應(yīng)系統(tǒng)第Ⅰ類(lèi)部分響應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)造部分響應(yīng)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)g(t)g(t)為兩個(gè)在時(shí)間上相差TS的Sa函數(shù)之和。圖5–24g(t)及其頻譜2023/2/4通信原理73部分響應(yīng)系統(tǒng)特點(diǎn)：1）尾巴衰減快，幅度隨t按1/t2變化;2）若以g(t)

為傳送波形，令碼元間隔為T(mén)S

，則抽樣時(shí)，僅有前后兩個(gè)碼元相互干擾，其它碼元間無(wú)干擾。

2023/2/4通信原理74部分響應(yīng)系統(tǒng)計(jì)算系統(tǒng)函數(shù)G(f)G(f)G(f)Geq(f)Geq(f)≠常數(shù)，所以存在ISI。2023/2/4通信原理75∴發(fā)送第k個(gè)碼元時(shí)，接收r(t)在相應(yīng)時(shí)刻抽樣值為Ck=ak+ak-1設(shè)輸入為{ak}ak=ak=

1、ak-1=

1

ak=

1、ak-1=

0或反之

ak=0、ak-1=0

10判決：判ak=

1

正判50%正判率判ak=

0

正判判決運(yùn)算

ak=Ck

-ak-1ak-1：前一時(shí)刻判決值2023/2/4通信原理7611011101g(t)波形g(t)t原生基帶判決脈沖TsTsTsTs判決值

Ck=ak+ak-1，即為碼間干擾之間的關(guān)系2023/2/4通信原理77部分響應(yīng)系統(tǒng)部分響應(yīng)系統(tǒng)的無(wú)ISI傳輸為最終消除ISI的影響，采用預(yù)編碼——模2判決技術(shù)。預(yù)編碼：在發(fā)送端將ak

編碼生成bk

，發(fā)送{bk}相關(guān)編碼：

編碼方程：即Ck=bk+bk-12023/2/4通信原理78部分響應(yīng)系統(tǒng)判決運(yùn)算：模2處理例子消息{ak}11101001bk1011000111121001收[Ck]Mod211101001∴bk-1

01011000判決{ak}Ck=bk+bk-1初態(tài)為0發(fā)送接收2023/2/4通信原理79部分響應(yīng)系統(tǒng)系統(tǒng)原理方框圖akbkTs+判決運(yùn)算ak′

預(yù)編碼相關(guān)編碼模2處理CkTs算術(shù)加2023/2/4通信原理80部分響應(yīng)系統(tǒng)部分響應(yīng)系統(tǒng)的一般形式?jīng)_激響應(yīng)R1、R2、……RN為加權(quán)系數(shù)，不同取值R，對(duì)應(yīng)常見(jiàn)五類(lèi)系統(tǒng)。2023/2/4通信原理81部分響應(yīng)系統(tǒng)5.部分響應(yīng)系統(tǒng)的推廣2023/2/4通信原理82部分響應(yīng)系統(tǒng)傳輸函數(shù)消除ISI傳輸預(yù)編碼：ak=R1bk+R2bk-1+…+RNbk-(N-1)[按模L相加]；相關(guān)編碼：Ck=R1bk+R2bk-1+…+RNbk-(N-1)(算術(shù)加)；模L處理：ak=[Ck]modL2023/2/4通信原理83部分響應(yīng)系統(tǒng)例：四進(jìn)制第Ⅳ類(lèi)部分響應(yīng)系統(tǒng)P1345-23預(yù)編碼：ak=bk-bk-2(Mod4)消息{ak}2130300103202{bk-2}00215181828510{bk}00215181828510512{bk}(Mod4)2111010201210{ck}21-10-10010-120-2{ak’}2130300103202Ck=bk-bk-2bk=ak+bk-2(Mod4)ak‘

=Ck(Mod4)2023/2/4通信原理84部分響應(yīng)系統(tǒng)第Ⅳ類(lèi)部分響應(yīng)系統(tǒng)方框圖2023/2/4通信原理85部分響應(yīng)系統(tǒng)部分響應(yīng)系統(tǒng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可達(dá)到2B/Hz的最高頻帶利用率；尾瓣衰減快，可降低對(duì)位定時(shí)精度的要求；系統(tǒng)頻率特性并非理想，易于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：相關(guān)編碼使得傳輸信號(hào)電平數(shù)（2L-1）增多，因而可靠性降低。與滾降系統(tǒng)相比，部分響應(yīng)系統(tǒng)是以可靠性換取有效性。2023/2/4通信原理86均衡技術(shù)5.7.1概述必要性：為了在實(shí)際系統(tǒng)中消除碼間干擾。均衡器：在基帶系統(tǒng)中插入一種可調(diào)(或不可調(diào))濾波器可以校正或補(bǔ)償系統(tǒng)特性，減小碼間串?dāng)_的影響，這種起補(bǔ)償作用的濾波器稱為均衡器。2023/2/4通信原理87均衡技術(shù)均衡方法：主要有時(shí)域和頻域兩個(gè)方面。頻域均衡：目的：實(shí)現(xiàn)無(wú)失真?zhèn)鬏?。?nèi)容：包括幅度均衡和相位均衡。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、實(shí)用。便于硬件電路實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用：語(yǔ)音通信系統(tǒng)中的幅度均衡方法常用的有有理函數(shù)均衡和升余弦波均衡。2023/2/4通信原理88均衡技術(shù)時(shí)域均衡：目的：不是為了獲得平坦的幅頻特性和群遲延特性，主要目的是消除判決時(shí)刻的碼間干擾。方法：時(shí)域均衡通常是利用具有可變?cè)鲆娴亩喑轭^橫向?yàn)V波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。特點(diǎn)：計(jì)算較復(fù)雜。應(yīng)用：信息處理系統(tǒng)，一般需要DSP處理。這里重點(diǎn)討論時(shí)域均衡的原理2023/2/4通信原理89均衡技術(shù)5.7.2時(shí)域均衡原理思路

設(shè)原基帶系統(tǒng)H(ω)存在碼間干擾，即H(ω)不滿足Heq(ω)的要求，在H(ω)

后增加一個(gè)濾波器T(ω)，形成則可消除原基帶系統(tǒng)的碼間干擾若2023/2/4通信原理90均衡技術(shù)尋找合適的T(ω)結(jié)論：1）均衡器的沖激響應(yīng)為沖激序列，其強(qiáng)度Cn由H(ω)決定；

2）功能為將傳輸系統(tǒng)抽樣時(shí)刻存在碼間干擾的響應(yīng)波形變換成抽樣時(shí)刻無(wú)碼間干擾的響應(yīng)波形。2023/2/4通信原理91均衡技術(shù)5.7.3時(shí)域均衡器的結(jié)構(gòu)x(t)TsTsTsTs輸出C-iC-1C0C1Ci有限長(zhǎng)時(shí)域均衡器y(t)2023/2/4通信原理92均衡技術(shù)設(shè)有限長(zhǎng)時(shí)域均衡器的單位沖激響應(yīng)為e(t)∴輸出記為：令輸出在

t=kTS

時(shí)刻抽樣2023/2/4通信原理93均衡技術(shù)反映：輸出時(shí)刻的樣本值與相鄰2N+1個(gè)碼元之間的關(guān)系。通過(guò)控制Ci的值，盡量使2023/2/4通信原理94=C-1x-1+C0x-2+C1x-3=C-1x-1

=-1/16

y-1=C-1x0+C0x-1+C1x-2=0∵例：已知輸入選擇三抽頭濾波器，其余為0。求輸出yk解：yk=

Cixk

-

i

（表示3個(gè)相鄰碼元有干擾）∴y-2=

Cix-2-iy0=3/4y1=0y2=-1/4說(shuō)明仍然存在碼間干擾但減弱其余為02023/2/4通信原理95均衡技術(shù)3.均衡效果的評(píng)價(jià)可以利用橫向?yàn)V波器實(shí)現(xiàn)時(shí)域均衡，從理論上講，只要用無(wú)限長(zhǎng)的橫向?yàn)V波器就可以消除碼間干擾，實(shí)際上使橫向?yàn)V波器的抽頭無(wú)限多是現(xiàn)實(shí)的。一般采用峰值失真準(zhǔn)則和均方失真準(zhǔn)則作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。2023/2/4通信原理96均衡技術(shù)（1）峰值失真準(zhǔn)則峰值失真D的定義：若輸入為單脈沖，輸出為yk，則

若不存在碼間干擾，應(yīng)有D=0；實(shí)際上利用D來(lái)衡量均衡效果的優(yōu)劣。D越小均衡效果越好。2023/2/4通信原理97均衡技術(shù)（2）最小均方失真準(zhǔn)則均方失真ε2的定義： 物理意義：與峰值失真類(lèi)似。ε2的數(shù)值愈小，均衡的效果愈好。2023/2/4通信原理98均衡技術(shù)4.時(shí)域均衡器類(lèi)別及用途實(shí)際的均衡器大致有兩類(lèi)：預(yù)置式自動(dòng)均衡；自適應(yīng)式自動(dòng)均衡。時(shí)域均衡（橫向?yàn)V波器）的用途：消除碼間干擾；消除回波干擾；在電視中用來(lái)消除重影。2023/2/4通信原理99無(wú)ISI基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能影響數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)囊蛩赜袃蓚€(gè)：碼間干擾。當(dāng)傳輸特性滿足一定的條件時(shí)可消除。信道噪聲。即高斯白噪聲，時(shí)時(shí)刻刻存在于系統(tǒng)中，而且是不可消除的。本節(jié)主要討論基帶傳輸系統(tǒng)的誤碼率。前提條件：無(wú)碼間干擾。2023/2/4通信原理100無(wú)ISI基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能噪聲的影響抽樣脈沖010110無(wú)噪聲系統(tǒng)010110判決電平判決結(jié)果有噪聲系統(tǒng)判決結(jié)果000111抽樣脈沖010110判決電平A-AA-A有誤碼2023/2/4通信原理101無(wú)ISI基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能噪聲的參數(shù)∵信道噪聲為白噪聲∴通過(guò)接收濾波器后為限帶白噪聲nR(t)已知nR(t)服從高斯分布，均值=0、方差=σn2∴nR(t)瞬時(shí)值x的一維概率密度函數(shù)為nR(t)的功率譜f(x)2023/2/4通信原理102無(wú)ISI基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能