通信原理 课件 14-部分响应系统、15-基带传输系统的抗噪声性能以及眼图

1两种无ISI系统存在的问题

奈奎斯特第二准则及部分响应系统引入原理

第Ⅰ类部分响应系统部分响应系统的一般形式

第Ⅳ类部分响应系统例题6.6部分响应系统

(Partial-Response)2

优点：频带利用率高。

缺点：1.物理不可实现。2.h(t)的尾巴振荡幅度大、收敛慢，从而对定时精度要求十分严格。理想低通特性存在问题达到基带系统的理论极限值2波特/赫兹。3优点：1.物理可实现。2.h(t)的尾巴振荡幅度小、收敛快，从而降低对定时精度的要求。缺点：频带利用率降低。余弦滚降特性存在问题4频带利用率高。

物理可实现。h(t)的尾巴振荡幅度小、收敛快，从而降低对位定时精度的要求能否存在下列特性的系统？部分响应系统特性存在--部分响应系统5两种无ISI系统存在的问题

奈奎斯特第二准则及部分响应系统引入原理

第Ⅰ类部分响应系统部分响应系统的一般形式

第Ⅳ类部分响应系统例题6.6部分响应系统

(Partial-Response)6奈奎斯特第二准则

人为地在码元的抽样时刻引入码间串扰，并在接收端判决前加以消除，从而可以达到改善频谱特性、压缩传输频带、使频带利用率提高到理论最大值，并加速传输波形尾巴的衰减和降低对定时精度要求的目的。通常把这种波形叫部分响应波形。利用部分响应波形传输的基带系统称为部分响应系统

7部分响应系统概念

一种传输系统，它允许存在一定的、受控制的码间串扰，而在接收端可加以消除；能使频带利用率提高到理论上的最大值2(Baud/Hz)；又可形成“尾巴”衰减大、收敛快的传输波形。8虽然波形“拖尾”严重，但可以发现相距一个码元间隔的两个波形的“拖尾”刚好正负相反，利用这样的波形组合可以构成“拖尾”衰减很快的脉冲波形。部分响应系统引入原理9h(t)O－4TS－3TS－2TS－TSTS2TS3TS4TSt(b)(a)理想低通H(w)(b)冲激响应h(t)H(w)wOTSp－TSpTs(a)正负相反10两种无ISI系统存在的问题

奈奎斯特第二准则及部分响应系统引入原理

第Ⅰ类部分响应系统部分响应系统的一般形式

第Ⅳ类部分响应系统例题6.6部分响应系统

(Partial-Response)11第Ⅰ类部分响应波形经简化后得尾巴衰减快g(t)

“拖尾”幅度随t2下降12对

进行傅立叶变换，得到带宽为B=1/2Ts(Hz),与理想低通滤波器的相同频带利用率为

达到理论极限值----与理想低通滤波器的相同

。g(t)的频谱函数S(w)wOTSp－TSpTs13用上述部分响应波形作为传送信号的波形，码元间隔为Ts，则在抽样时刻上仅发生前一码元对本码元抽样值的干扰，而与其他码元不发生串扰。由于这种“串扰”是确定的，在接收端可以消除掉。抽样值Ck=ak+ak-1接收端恢复ak

=Ck-ak-1设ak取值为+1或-1，则Ck取值为+2、0或-2，三电平，是数字量，信道波形是模拟的，非数字的。C1存在的问题：差错传播原因：有控制地引入码间串扰的过程中，使原本互相独立的码元变成了相关码元码元发生串扰的示意图码间串扰情况：14发送值抽样值接收值恢复值差错传播的例子

ak采用双极性波形时：

解决差错传播问题的途径：

采用“预编码—相关编码—模2判决”的过程来去除相关性预编码：把信息码{ak}预编码成{bk}

bk=ak

bk-1相关编码：把预编码后的{bk}作为发送滤波器的输入码元序列，则在抽样点的抽样值

Ck

=bk

+bk-1

--抽样值即相关编码值Ck模2判决：在接收端对抽样值进行模2处理，则有

[Ck]mod2=[bk+bk-1]mod2=bk

bk-1=ak即

ak

=[Ck]mod2

得到了ak

，但不需要预先知道ak-1，从而消除了差错传播。消除差错传播的例子

bk采用单极性波形时：

消除差错传播的例子

bk采用双极性波形时：

图(a)－原理方框图图(b)－实际系统方框图第Ⅰ类部分响应系统方框图

19两种无ISI系统存在的问题

奈奎斯特第二准则及部分响应系统引入原理

第Ⅰ类部分响应系统部分响应系统的一般形式

第Ⅳ类部分响应系统例题6.6部分响应系统

(Partial-Response)部分响应波形的一般形式

R1,R2...RN为N个Sa(x)波形的加权系数。其值可为正整数、负整数、0。

例如，当取R1=1，R2=1，其余系数等于0时，就是前面所述的第Ⅰ类部分响应波形。

Rm(m=1,2,…,N)不同，将有不同类别的部分响应信号，相应有不同的相关编码方式。G(

)仅在(-/Ts,/Ts)范围内存在。B=1/(2TS)Hz常见的五类部分响应波形第Ⅰ类频谱主要集中在低频段，适于信道频带高频严重受限的场合.第Ⅳ类无直流分量，且低频分量小，便于边带滤波，实现单边带调制，因而在实际应用中，第Ⅳ类部分响应用得最为广泛。以上两类的抽样值电平数为（2L-1）,比其它类别的少,这也是它们得以广泛应用的原因之一。(L为输入信号的进制数)第Ⅰ类和第Ⅳ类目前应用较多的是第Ⅰ类和第Ⅳ类。“预编码-相关编码-模L判决”为了避免因相关编码而引起的“差错传播”现象，一般要经过“预编码-相关编码-模L判决”过程，即先对ak进行预编码：预编码： 式中ak和bk已假设为L进制，所以式中“+”为“模L相加”。相关编码：然后，将预编码后的bk进行相关编码模L判决：再对Ck作模L判决，得到ak，ak不存在错误传播问题ak=[Ck]modL优点：1.能实现2波特/赫的频带利用率--理论极大值2.传输波形的“尾巴”衰减大和收敛快,降低对定时精度的要求。缺点：相关编码电平数多，抗噪声性能要比0类响应系统差。

当输入数据为L进制时，部分响应波形的相关编码电平数要超过L个。因此，在同样输入信噪比条件下，部分响应系统的抗噪声性能要比0类响应系统差。部分响应系统优缺点25两种无ISI系统存在的问题

奈奎斯特第二准则及部分响应系统引入原理

第Ⅰ类部分响应系统部分响应系统的一般形式

第Ⅳ类部分响应系统例题6.6部分响应系统

(Partial-Response)分析第Ⅳ类部分响应系统，R1=1,R2=0,R3=-1。假设输入信号｛ak｝为四进制，ak的可能取值为0、1、2、3。（1）写出预编码、相关编码、模L判决的公式。（2）画出第Ⅳ类部分响应系统方框图（3）当｛ak｝=00013210323时，求相应的预编码｛bk｝和相关编码｛ck｝和[ck]modL。例6.6-1①预编码：②相关编码：③模L判决--接收端译码：（1）写出预编码、相关编码、模L判决的公式。(算术加)R1=1,R2=0,R3=-1图(a)－原理方框图图(b)－实际系统方框图（2）第Ⅳ类部分响应系统方框图

（3）｛ak｝=00013210323，求｛bk｝,｛ck｝,[ck]modL。针对第Ⅰ类和第Ⅳ类部分响应系统,要求:(1)画出系统组成框图。(2)说明系统工作原理。(3)当二进制信源码为ak=100110时,求预编码值bk,相关编码值ck和[ck]mod2(4)当四进制信源码为ak=130210时,求预编码值bk,相关编码值ck和[ck]mod4本知识点习题第Ⅰ类部分响应波形g(t)及其频谱的LabVIEW演示程序—前面板第Ⅰ类部分响应波形g(t)及其频谱的LabVIEW演示程序—后面板程序返回“预编码—相关编码—模2判决”过程的LabVIEW演示程序(a)--前面板

(b)--后面板程序第Ⅰ类部分响应系统的LabVIEW演示程序--前面板返回第Ⅰ类部分响应系统的LabVIEW演示程序—后面板程序36

可靠性分析

二进制双极性基带系统的抗噪声性能

二进制单极性基带系统的抗噪声性能

双极性与单极性基带系统的抗噪声性能比较

眼图6.7基带传输系统的抗噪声性能以及眼图37(1)码间干扰当传输特性满足一定的条件（奈奎斯特准则）时可消除。影响数据可靠传输的两个因素(2)信道噪声即高斯白噪声，时时刻刻存在于系统中，是不可消除的。它对传输数字信号的危害是引起误码。将"1"信号错判为"0"信号，或使"0"错判为"1"。38在无码间串扰的条件下，噪声对基带信号传输的影响，即计算噪声引起的误码率。影响有多大？本知识点讨论问题：在信道噪声为高斯白噪声的条件下讨论39t=kTS抗噪声性能分析模型加性高斯白噪声，均值为0，双边功率谱密度为n0/2。线性网络nR

(t)也是均值为0的平稳高斯噪声功率谱密度方差一维概率密度函数nR(t)：V

－噪声的瞬时取值nR(kTs)。40

可靠性分析

二进制双极性基带系统的抗噪声性能

二进制单极性基带系统的抗噪声性能

双极性与单极性基带系统的抗噪声性能比较

眼图6.7基带传输系统的抗噪声性能以及眼图41

发送双极性信号时y(t)s(t)0011110发数据收抽样脉冲000011

1收数据A-A42二进制双极性基带系统的抗噪声性能当发送“1”时，A+nR(kTs)的一维概率密度函数为当发送“0”时，-A+nR(kTs)的一维概率密度函数为43Vd为判决门限判决规则：有两种差错形式：发“1”，误判为“0”--Pe1发“0”，误判为“1”--Pe2Pe:图中的阴影部分面积44发“1”错判为“0”的概率P(0/1)为发“0”错判为“1”的概率P(1/0)为总误码率为误码率与发送概率P(1),P(0),信号峰值A，噪声功率

2n，判决门限电平Vd有关45 在A和

n2一定条件下，可以找到一个使误码率最小的判决门限电平，称为最佳门限电平。若令则可求得最佳门限电平若P(1)=P(0)=1/2，则有这时，基带传输系统总误码率为在等概、最佳门限下，双极性基带系统的误码率仅依赖于信号峰值A与噪声均方根值

n的比值,而与采用什么样的信号形式无关。且比值A/

n越大，Pe就越小。46

可靠性分析

二进制双极性基带系统的抗噪声性能

二进制单极性基带系统的抗噪声性能

双极性与单极性基带系统的抗噪声性能比较

眼图6.7基带传输系统的抗噪声性能以及眼图47f1(y)f0(y)二进制单极性基带系统的抗噪声性能当发送“1”时，A+nR(kTs)的一维概率密度函数为当发送“0”时，nR(kTs)的一维概率密度函数为最佳门限当P(1)=P(0)=1/2，Vd*=A/2时48

可靠性分析

二进制双极性基带系统的抗噪声性能

二进制单极性基带系统的抗噪声性能

双极性与单极性基带系统的抗噪声性能比较

眼图6.7基带传输系统的抗噪声性能以及眼图49双极性误码率比单极性的低，抗噪声性能好。抗信道衰落性能:双极性的最佳判决门限电平为0，与信号幅度无关，因而不随信道特性变化而变，故能保持最佳状态--抗信道衰落;而单极性则不然,最佳判决门限电平为A/2，它易受信道特性变化的影响，从而导致误码率增大。因此，双极性基带系统比单极性基带系统应用更为广泛。双极性和单极性基带系统性能比较误码率最佳判决门限双极性基带系统0单极性基带系统A/2当比值A/

n一定时，在等概条件下：50

可靠性分析

二进制双极性基带系统的抗噪声性能

二进制单极性基带系统的抗噪声性能

双极性与单极性基带系统的抗噪声性能比较

眼图6.7基带传输系统的抗噪声性能以及眼图51眼图在实际应用中需要用简便的实验手段来定性评价系统的性能。眼图是一种有效的实验方法。眼图是指通过用示波器观察接收端的基带信号波形，从而估计和调整系统性能的一种方法。因为在传输二进制信号波形时,示波器显示的图形很像人的眼睛，故名“眼图”。52d（t）y（t）H（ω）Y轴输入端y（t）如何获得眼图?

将示波器跨接在抽样判决器的输入端,调整示波器水平扫描周期，使其与接收码元周期同步.此时可以从示波器显示的图形上,观察码间干扰和信道噪声等因素影响的情况