第十讲数字基带传输(第2-3节)

第十讲数字基带传输(第2-3节)第一页，共54页。通信原理第4章数字基带传输(4.2~4.3)2第二页，共54页。复习：数字基带传输系统模型把传输信号变换成适合于信道传输用的码型把传输信号变换成适合信道传输的基带信号波形。

允许基带信号通过的媒介。一般会引起传输波形的失真，另外还会引入噪声n(t)。

用来接收信号，滤除信道噪声和其他干扰，使输出基带波形有利于抽样判决。从接收信号中提取定时脉冲。

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。3第三页，共54页。

10011000001100000101-1+1题：设前一取代节的极性为-(记为V-)，求二进制信息序列对应的HDB3码。二进制码HDB3码V-+100-1+1000V+0B-00V-0复习：HDB3码的编码+10-1思考题：构造AMI码和HDB3码的规则是什么？4第四页，共54页。复习：数字基带信号的频谱分析为什么要研究基带信号的频谱特性?推导思路5第五页，共54页。连续谱结论4.2数字基带信号的频谱分析离散谱6第六页，共54页。4.2数字基带信号的频谱分析【例4-3】求单极性NRZ矩形脉冲序列的功率谱密度，假定0，1等概分布且互不相关。【解】设单极性波形：高度为1，脉冲宽度为Ts。g(t)t17第七页，共54页。4.2数字基带信号的频谱分析功率谱密度为单极性非归零码（NRZ）110101tTs当m=0时，当m≠0时，8第八页，共54页。4.2数字基带信号的频谱分析单极性NRZ脉冲序列的功率谱密度为fP(f)单极性非归零码9第九页，共54页。第4章数字基带传输4.1数字基带信号的码型4.2数字基带信号的频谱分析4.3无码间干扰的基带传输系统4.4部分响应基带传输系统4.5最佳基带传输系统4.6眼图4.7均衡4.8数据序列的扰码与解扰主要内容10第十页，共54页。4.3无码间干扰的数字基带传输系统

4.3.1数字基带传输系统基本结构码型变换后信号传输的波形11第十一页，共54页。4.3无码间干扰的数字基带传输系统传输的波形信道输出接收滤波器输出12第十二页，共54页。4.3无码间干扰的数字基带传输系统接收滤波输出

错误码元

位定时脉冲恢复的信息

13第十三页，共54页。4.3无码间干扰的数字基带传输系统产生误码的原因：信道加性噪声码间干扰码间干扰的定义系统传输特性不理想，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。这种干扰就叫做码间干扰（ISI）。影响：码间干扰严重时，会造成错误判决。14第十四页，共54页。4.3无码间干扰的数字基带传输系统15第十五页，共54页。4.3无码间干扰的数字基带传输系统数字基带传输系统模型

{an}－发送滤波器的输入符号序列，取值为0,-1，+1。si(t)－对应的基带信号波形16第十六页，共54页。4.3无码间干扰的数字基带传输系统

总传输特性 设信道的传输特性为C()，发送、接收滤波器的传输特性分别为GT()、GR()，则基带传输系统的总传输特性为其单位冲激响应为si(t)y(t)发送滤波器信道接收滤波器17第十七页，共54页。4.3无码间干扰的数字基带传输系统接收滤波器输出信号抽样判决：为了确定第k个码元ak

的取值，在t=kTs+t0

时刻上对y(t)进行抽样，以确定y(t)在该样点上的值。第k个码元的抽样值除第k个码元外其它码元的干扰值信道噪声18第十八页，共54页。4.3无码间干扰的数字基带传输系统问题：

H(f)满足什么条件，使得输出信号y(t)中无码间干扰，以使抽样判决器正确判决，恢复出发送序列的估计序列{an’}？第k个码元的抽样值除第k个码元外其它码元的干扰值信道噪声19第十九页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性消除码间干扰的基本思想若想消除码间干扰，应使20第二十页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性两种可能：（1）通过各项互相抵消使等式为0；（2）由于an是随机的，要想通过各项相互抵消使码间干扰为0是不行的。21第二十一页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性基带传输系统冲激响应波形h(t)采用Sa函数形式时，基带接收滤波器输出波形仅在本码元抽样时刻有最大值，在其它所有码元抽样点上均为零，不存在码间干扰。22第二十二页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性4.3.2无码间干扰的基带传输准则时域条件注：若h(t)的抽样值除了在t=0时不为零外，在其它所有抽样点上均为零，就不存在码间干扰。

无码间干扰的时域条件23第二十三页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性无码间串扰的时域条件：上述条件称为奈奎斯特(Nyquist)第一准则。无码间干扰时的基带传输频域特性应满足

具有无码间串扰特性的传输系统在频域上有什么特性呢？24第二十四页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性

频域条件的物理意义：将H()在轴上以2/Ts为间隔周期延拓，轴区间(-/Ts,/Ts)内的各延拓分量的叠加和应当为一常数（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，则可实现无码间干扰。25第二十五页，共54页。例：H()TSH()00具有等效理想低通特性,可实现无码间串扰传输H()0Heq()04.3无码间干扰的基带传输特性26第二十六页，共54页。

无码间串扰频域条件的讨论结论：当码元速率大于基带传输系统带宽的两倍时，无法得到一个无码间串扰的系统，或者说无法设计一个无码间串扰的信号波形。

码元速率大于两倍系统带宽，即：4.3无码间干扰的基带传输特性27第二十七页，共54页。结论：多个H()重叠相加的结果，就有可能满足:

码元速率小于两倍系统带宽4.3无码间干扰的基带传输特性28第二十八页，共54页。结论：唯一可能的传输函数为

码元速率等于两倍系统带宽4.3无码间干扰的基带传输特性即只可能是理想低通传输特性。29第二十九页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性无码间干扰的传输特性的设计临界情况下，只有理想低通传输特性能满足无码间串扰要求。当时存在无码间干扰的基带传输系统30第三十页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性举例：31第三十一页，共54页。

满足无码间干扰的传输特性不止一个，我们在实际系统中到底应该选哪一个？选择的依据是什么？4.3无码间干扰的基带传输特性32第三十二页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性无码间干扰传输特性的选择依据：

带宽小；

拖尾振荡幅度小，收敛快；容易实现；满足Nyquist第一准则的两种传输特性：

理想低通传输特性；

升余弦滚降特性；33第三十三页，共54页。理想低通传输特性t0Ts-Ts2Ts3Ts-2Ts-3Tsh(t)

h(t)在t=kTs(k0)时有周期性零点，接收端在t=kTs时间点上抽样，就能实现无码间串扰。4.3无码间干扰的基带传输特性34第三十四页，共54页。理想低通特性若输入数据以RB=1/Ts波特的速率进行传输，则无码间干扰基带传输的最小带宽为：若给定基带系统带宽为1/2Ts,则该基带系统最多只能支持1/Ts波特的码元速率，若以高于1/Ts波特的码元速率传送时，则将存在码间干扰。4.3无码间干扰的基带传输特性通常将带宽fN=1/(2Ts)(Hz)称为奈奎斯特带宽RB

=2fN(baud)称为奈奎斯特速率。t0Ts-Ts2Ts3Ts-2Ts-3Tsh(t)35第三十五页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性此基带系统所能提供的最高频带利用率为存在问题：这种特性在物理上是无法实现的；并且h(t)的振荡幅度大，衰减慢，使之对定时精度要求很高，如果定时稍有偏差，就会出现严重的码间串扰，故不能实用。基带传输系统的极限频带利用率！36第三十六页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输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”。37第三十七页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性只要H(f)在滚降段中心频率处（与奈奎斯特带宽相对应）呈奇对称的幅度特性，就必然可以满足奈奎斯特第一准则，从而实现无码间干扰传输。奇对称的滚降特性一种常用的滚降特性是升余弦滚降特性38第三十八页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性升余弦滚降特性的传输函数可表示为

相应的h(t)为为滚降系数，用于描述滚降程度。它定义为39第三十九页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性fN

－奈奎斯特带宽，

f

－超出奈奎斯特带宽的扩展量几种升余弦滚降特性和冲激响应曲线fN

2fN

Ts

-Ts2Ts

-2Ts40第四十页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性滚降系数越大，h(t)的拖尾衰减越快滚降使带宽增大为升余弦滚降系统的最高频带利用率为41第四十一页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性当=0时，即为前面所述的理想低通系统；当=1时，为全滚降升余弦频谱特性，H()可表示为

fN

2fN

Ts

-Ts2Ts

-2Ts42第四十二页，共54页。4.3无码间干扰的基带传输特性尾部衰减较快(与t3

成反比)，这有利于减小码间干扰和位定时误差的影响；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1Baud/Hz，是二进制基带系统最高利用率的一半。43第四十三页，共54页。问题:理想低通传输特性频带利用率可达理论上的最大值2Baud/Hz，但无法实现，且它的h(t)的尾巴振荡幅度大、收敛慢，从而对定时要求十分严格；升余弦滚降特性虽然克服了上述缺点，但所需的频带却加宽了，达不到2波特／赫兹的频带利用率，即降低了系统的频带利用率；思考题：能否找到频带利用率为2波特/Hz，满足“尾巴”衰减大、收敛快，实际中又可以实现的传输特性？44第四十四页，共54页。小结数字基带信号的频谱分析方法；数字基带传输系统模型；码间干扰的概念；无码间干扰的条件：时域条件和频域条件；作业：

4-3，4-445第四十五页，共54页。思考题：理想低通传输特性频带利用率可达理论上的最大值2B/Hz，但无法实现，升余弦传输特性容易实现，但频带利用率只有理想低通的一半，能否找到频带利用率为2B/Hz，实际中又可以实现的传输特性？第四十六页，共54页。2.1[解]

第2章部分习题47第四十七页，共54页。2.2[解]第2章