数字通信（微课版）课件 第1讲数字基带信号及码型

数字通信第四章数字信号的基带传输

学习指南学习完本章，你应重点掌握以下内容：

基带信号的概念

数字基带信号常用的码型及其各自的特点

数字基带传输系统的组成及各部分的作用

码间串扰的概念及其对基带传输系统影响

数字基带传输不存在码间串扰的条件

判断系统是否存在码间串扰的方法

消除码间串扰的技术

数字基带传输系统采用扰码器的目的本章学习目标学习要点数字基带信号的概念数字基带信号的常用码型数字基带通信模型无码间干扰条件与无码间干扰的基带传输系统基带数字信号的再生中继传输时域均衡数字信号的扰码与解扰课堂提问什么是基带信号？举例说明基带传输系统的应用。问题提出

数字基带信号都是矩形脉冲波形，这样的信号在频域内是无穷延伸的。而实际传输信道的频带受限，并且含有噪声。因此，基带信号通过这样的信道传输不可避免地产生畸变。那么，信道的特性应满足什么条件，信号通过后不会产生失真？温故知新0000时域有限，频域无限。时域无限，时域有限。信道信道码间干扰的概念信号经频域受限的系统传输后其波形在时域上必定是无限延伸的。这样，前面的码元对后面的若干码元都有影响，这种现象称为码间干扰（或称符号间干扰，ISI）。信号在传输过程中还要叠加噪声，当噪声幅度过大时，将会引起接收端的判决错误。接收端如何识别恢复信号？问题：在此，信号的什么元素携带了信息？接收端经再生判决若能准确地恢复出幅度信息，则原始信息就能无误地传送。因此，只需要讨论特定时刻的抽样值有无串扰，而波形是否在时间上延伸是无关紧要的。即使经传输后的整个波形发生变化，但只要在特定的时刻的抽样值能反映其携带的幅度信息即可，因为再作抽样处理，仍能准确无误地恢复原始信息。无码间干扰条件

——理想的基带传输系统无失真传输的概念理想低通滤波器频率特性理想低通滤波器的响应波形问题思考？信号经过理想低通滤波器后波形有什么变化？码间串扰的概念对于一个码元信号来说，其他码元信号在其抽样判决时刻的叠加值就称为码间干扰或码间串扰。

无码间干扰的条件：若系统等效网络具有理想低通特性，且截止频率为fm时，则该系统中允许的最高码元（符号）速率为2fm，这时系统输出波形在峰值点上不会产生前后符号间的干扰。这一条件也称为奈奎斯特准则。fm称为奈奎斯特频带，2fm（Baud）称为奎斯特速率（极限速率），称为奈奎斯特间隔。奈奎斯特第一准则无码间串扰的频域条件频域条件也称为奈奎斯特第一准则，即含义：将H(f)沿频率向左右平移fs的整数倍，将它们叠加起来，其结果应当在整个频率轴上为一常数。注意：fs在数值上等于码速率。

问题：设某基带传输系统具有如下图所示的三角形传输函数。当RB=

0/

时，试验证该系统能否实现无码间串扰传输。解：因RB=ω0/π，即RB=2f0。将H（ω

）向左右平移2ω0的整数倍，可见平移后各图不重合，即相加后不为常数，故有码间串扰。0−ω0ω02ω03ω0−2ω0−3ω0ωH（ω）H（ω−ωs）H（ω−2

ωs

）H（ω+ωs）H（ω+2ωs）设基带传输系统的传输特性如图所示。若要求以2/TsBaud的速率进行数据传输。试验证图中的各H(

)是否满足消除抽样点上码间干扰的条件。无码间串扰的滚降系统特性

达到了系统有效性能极限传输函数具有无限陡峭过渡带

h(t)

“尾巴”拖得很长，且衰减振荡幅度较大判决时对抽样定时要求严格

实际中采用的是具有滚降特性的无码间串扰系统，这种系统克服了理想低通传输特性的缺陷。理想低通系统特点：升余弦滚降特性及其冲激响应波形滚降系数α：描述H(w)

滚降程度的系数。具有升余弦滚降的系统特性升余弦滚降特性及对应冲激响应升余弦滚降特性（滚降系数越小，波形越陡）冲激响应升余弦系统频带带宽为：

（赫兹）最高无码间串扰传输速率为：无码间串扰的滚降系统特性

系统最高频带利用率为：（波特/赫兹）

问题理想低通滤波器构成的基带传输系统其频带利用率是多大？某基带系统的频率特性是截止频率为1.5MHz、幅度为1的理想低通滤波器。试根据系统无码间串扰的时域条件，此基带系统无码间串扰的码速率是多大？升余弦特性的基带传输系统问题提出：理想低通滤波器有什么问题？折衷解决方案：升余弦特性的滤波器提示：滚降的含义是什么？问题：α越大，系统的频带利用率越？。具有升余弦滚降幅频特性的系统的频带利用率为：

部分响应编码：一种既能消除码间串扰，又能达到最高频带利用率的系统。理想低通系统:达到了极限频带利用率;

实现困难，且拖尾严重。升余弦滚降系统:克服了理想低通系统缺点;

频带利用率下降了。部分响应基带传输系统及特性实现方法：利用奈奎斯特脉冲的延时加权组合得到部分响应波形来实现。这种方法又称为波形的相关编码法。

部分响应基带传输系统中，通过有控制地引入一定的码间串扰，来达到压缩传输频带的目的。部分响应系统实现方法余弦谱传输特性

为了得到部分响应波形，把间隔为T（码元间隔）的两个奈奎斯特脉冲叠加得到合成波。其频谱特性为：

0谱余弦特性及响应从图中还可以看出，g(t)在各取样点上的值为：余弦谱传输特性可控码间串扰示意图

若用g(t)作为传输波形，且码元间隔为T，则在抽样时刻仅发生传输码元与其前后码元相互串扰，而与其它码元不发生串扰，如图示。余弦谱传输特性余弦谱传输特性（1）g(t)的“尾巴”按1/t2

的速度变化，比sint/t

波形收敛快，衰减大；（2）若用g(t)作为传输波形，且码元间隔为T，则在抽样时发生传输码元与其前后码元相互串扰，而与其它码元不发生串扰。由于这种串扰是确定的，因此可以消除其影响，使系统成为无码间串扰的系统---这就是可控码间串扰；（3）由于余弦谱特性的带宽为1/2T，而传输速率为1/T，因而这种系统的频带利用率达到了2波特/赫兹。设发送码元为ak，接收码元为ck

，则有

或为防止误码扩散，可进行预编码，它在发端将

ak

变为bk或预编码余弦谱传输特性误码扩散:前一码元判错，影响下一码元。接收端对收到的码进行模2和运算，就可以恢复ak

，即余弦谱传输特性然后发送

bk

而不是ak

，这样接收码元为----------相关编码正弦谱特性将间隔为2T的两个奈奎斯特脉冲相减得到合成波形为其频谱特性为0正弦谱特性及响应（1）G(w)具有滚降的正弦谱特性，且

G(0)=0，因而g(t)不含直流分量；（2）码元波形仅对隔一个码元有串扰，对其它码元无串扰，但由于串扰是确定的，因而可以消除其影响；（3）系统的频带利用率同样达到2波特/赫兹。正弦谱特性部分响应系统

将更多个不同间隔的奈奎斯特脉冲加权组合，得到部分响应波形的一般形式，其表示式为：其频谱为:

0部分响应波形及其频谱

根据加权系数Ri

的不同，可以得到不同种类的部分响应波形图中列出了常用的部分响应波形及其频谱，实际系统中，第Ⅳ类部分响应波形应用最广。

部分响应系统

0类I类II类V类IV类III类

设发送数字序列为

{ak}，则接收端在时刻

t=kT

的抽样值

{ck}为上式说明，ck