數(shù)字信號的基帶傳輸

數(shù)字信號的基帶傳輸1現(xiàn)在是1頁\一共有103頁\編輯于星期六基本概念例1典型的數(shù)據(jù)通信方法：數(shù)字芯片A向芯片B傳送數(shù)據(jù)序列{…，0XF1，0X73，0XFF，…}

數(shù)據(jù)線位同步信號組同步信號FrameSynchronization一、數(shù)據(jù)傳輸基本概念2現(xiàn)在是2頁\一共有103頁\編輯于星期六3現(xiàn)在是3頁\一共有103頁\編輯于星期六PAM（脈沖幅度調(diào)制）：用0、1信息序列去改變脈沖的幅度。二元PAM信號多元PAM信號基本通信原理中：主要關心的是信息數(shù)據(jù)代碼的傳送4現(xiàn)在是4頁\一共有103頁\編輯于星期六數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸讉€基礎概念：

二進制序列（Binarysequence）：取值為0、1(2)二元PAM信號（BinaryPAMsignal）：采用兩種高度的脈沖傳信息。(3)定時（Timing）：接收時對準相應的脈沖，檢測幅度。(4)時隙（Slot）：一個時隙一個數(shù)據(jù)位逐個進行。碼元5現(xiàn)在是5頁\一共有103頁\編輯于星期六基本概念二、基帶傳輸與頻帶傳輸數(shù)字基帶信號：未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號，它所占據(jù)的頻譜是從零頻或很低頻率開始的。基帶傳輸：將數(shù)字基帶信號通過基帶信道(傳遞函數(shù)為低通型)傳輸——信號頻譜不搬移，直接傳送。

同軸電纜，雙絞線頻帶信號：數(shù)字基帶信號經(jīng)正弦波調(diào)制的帶通信號頻帶傳輸：將數(shù)字帶通信號通過帶通信道傳輸光纖,無線6現(xiàn)在是6頁\一共有103頁\編輯于星期六基帶和頻帶傳輸模型數(shù)字信號碼型生成器數(shù)字信道接收濾波器抽樣判決器噪聲數(shù)字基帶傳輸模型數(shù)字基帶信號調(diào)制信道接收濾波器噪聲調(diào)制器解調(diào)器抽樣判決器頻帶傳輸模型7現(xiàn)在是7頁\一共有103頁\編輯于星期六基本概念三、信號通過系統(tǒng)1、系統(tǒng)8現(xiàn)在是8頁\一共有103頁\編輯于星期六1、系統(tǒng)輸入信號系統(tǒng)輸出信號激勵響應數(shù)學模型的時間表達式為：用頻率表達式可以將系統(tǒng)對信號的作用描述為：系統(tǒng)的沖激響應系統(tǒng)的傳輸函數(shù)9現(xiàn)在是9頁\一共有103頁\編輯于星期六基本概念三、信號通過系統(tǒng)2、線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)是指系統(tǒng)模型應具有齊次性和可疊加性。（1）齊次性（2）可疊加性10現(xiàn)在是10頁\一共有103頁\編輯于星期六

例2:設一系統(tǒng)的輸入輸出關系為y(t)=x2(t)，試判斷系統(tǒng)是否為線性？解:

輸入信號x(t)

產(chǎn)生的輸出信號為即改變輸入信號為ax(t)

，系統(tǒng)的輸出信號：不滿足線性系統(tǒng)的齊次性，所以該系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)。

11現(xiàn)在是11頁\一共有103頁\編輯于星期六基本概念二、信號通過系統(tǒng)3、無失真系統(tǒng)失真——信號不同頻率的分量在通過系統(tǒng)時受到不同程度的衰減和延遲的影響，最終使到達接收端的信號與發(fā)送端送出的初始信號在波形上有所差異，把這種系統(tǒng)（或信道）導致的信號波形的變化稱為失真。振幅失真：是信號各個頻率分量的振幅值隨頻率發(fā)生了不同變化。由傳輸設備和線路引起的衰損造成的延遲失真：是信號各頻率分量的傳播速度不一致所造成的失真。12現(xiàn)在是12頁\一共有103頁\編輯于星期六基本概念三、信號通過系統(tǒng)3、無失真系統(tǒng)

如果信號通過系統(tǒng)后各個頻率分量的振幅和延遲改變都是相同的，則稱信號不失真。能夠使信號不失真的系統(tǒng)稱為不失真系統(tǒng)。假定通過系統(tǒng)前的信號為X(t)，通過系統(tǒng)后的信號為Y(t)，不失真系統(tǒng)只能導致信號如下改變：13現(xiàn)在是13頁\一共有103頁\編輯于星期六系統(tǒng)對信號的作用如下：對上式兩邊進行傅立葉變換，可得：不失真系統(tǒng)信號輸出：無失真系統(tǒng)的傳輸函數(shù)無失真系統(tǒng)傳輸函數(shù)的幅度為一常量：輸入信號輸出信號系統(tǒng)14現(xiàn)在是14頁\一共有103頁\編輯于星期六典型的無失真系統(tǒng)有：允許基帶信號通過的低通濾波器

允許頻帶信號通過的帶通濾波器（b）帶通濾波器H(ω)Aω0ω0H(ω)AωB0（a）低通濾波器15現(xiàn)在是15頁\一共有103頁\編輯于星期六無失真系統(tǒng)是否為線性系統(tǒng)？（1）是否具有齊次性？具有齊次性（2）是否具有可疊加性？具有可疊加性無失真系統(tǒng)中的低通濾波器和帶通濾波器，在它們的濾波范圍內(nèi)都是線性系統(tǒng)。所以無失真系統(tǒng)是線性系統(tǒng)。16現(xiàn)在是16頁\一共有103頁\編輯于星期六數(shù)字信號的基帶傳輸在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，模擬信號數(shù)字序列數(shù)字碼形編碼器數(shù)字信道1、依據(jù)什么標準來確定信號碼型？2、采用基帶傳輸還是頻帶傳輸？3、選擇何種能夠防止傳輸串擾的系統(tǒng)？傳輸后的信號不失真，衰減盡可能小問題：17現(xiàn)在是17頁\一共有103頁\編輯于星期六主要內(nèi)容一、數(shù)字基帶信號的碼型和波形二、數(shù)字基帶信號的頻譜特性三、基帶脈沖傳輸與碼間串擾18現(xiàn)在是18頁\一共有103頁\編輯于星期六一、數(shù)字基帶信號的碼型和波形數(shù)字基帶信號是數(shù)字信息的電波形表示,可以用不同的電平或脈沖來表示相應的代碼。典型的基帶信號波形(以矩形脈沖為例)19現(xiàn)在是19頁\一共有103頁\編輯于星期六用相對電平變化傳信息傳號差分碼——“1變0不變”，電報術語：“傳號”（Mark）=1；“空號”（Space）=0空號差分碼——“0變1不變”相對碼基本的脈沖形狀是矩形的，典型的數(shù)字基帶信號波形為：現(xiàn)在是20頁\一共有103頁\編輯于星期六術語：（1）單極性（Unipolar）與雙極性（Polar）

單極性信號(on-offkeying)

在正邏輯中:二進制“1”——〉+AV

二進制“0”——〉0V優(yōu)點:a.產(chǎn)生該信號的電路只需要一種電源

b.該信號通過TTL或CMOS電路容易產(chǎn)生缺點:a.具有非零的直流分量b.無在線檢錯能力應用:機內(nèi)碼，近距離接口碼21現(xiàn)在是21頁\一共有103頁\編輯于星期六

雙極性信號在正邏輯中:二進制“1”——〉+AV

二進制“0”——〉-AV應用:機內(nèi)碼，近距離接口碼優(yōu)點:a.

如果0、1等概，則無直流分量

b.抗干擾能力比單極性信號強缺點:a.需要兩種電源b.無在線檢錯能力如：RS232接口22現(xiàn)在是22頁\一共有103頁\編輯于星期六術語：（2）不歸零（NRZ）與歸零（RZ）：不歸零信號能量飽滿，因而抗干擾能力較強；但歸零信號跳變沿豐富，有利于接收端提取定時信息（為了節(jié)省資源，同步信息常常和數(shù)據(jù)信息捆綁在一起傳送）。23現(xiàn)在是23頁\一共有103頁\編輯于星期六用相對電平變化傳信息傳號差分碼——“1變0不變”，電報術語：“傳號”（Mark）=1；“空號”（Space）=0空號差分碼——“0變1不變”相對碼基本的脈沖形狀是矩形的，典型的數(shù)字基帶信號波形為：多電平波形現(xiàn)在是24頁\一共有103頁\編輯于星期六多電平波形為了提高頻帶利用率,可以采用多電平波形或多值波形.05Ts4Ts2TsTst1-13-30100111001由于多電平波形的一個脈沖對應多個二進制碼,在波特率相同(傳輸帶寬相同)的條件下,比特率提高了,因此多電平波形在頻帶受限的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中受到了廣泛的應用.25現(xiàn)在是25頁\一共有103頁\編輯于星期六一、數(shù)字基帶信號的碼型和波形數(shù)字基帶信號是數(shù)字信息的電波形表示,可以用不同的電平或脈沖來表示相應的代碼。信號傳輸常用碼型1、單極性不歸零碼2、單極性歸零碼3、傳號交替反轉(zhuǎn)碼（AMI碼）4、三階高密度雙極性碼（HDB3碼）5、傳號反轉(zhuǎn)碼（CMI碼）26現(xiàn)在是26頁\一共有103頁\編輯于星期六1.單極性不歸零碼（NRZ)

用高電平A和低電平(常為零電平)分別表示二進制信息“1”和“0”，在整個碼元期間電平保持不變，單極性非歸零碼常記作NRZ。

1110100100011

特點:

電脈沖之間無間隔，極性單一，易于用TTL、CMOS電路產(chǎn)生；缺點是有直流分量，要求傳輸線路具有直流傳輸能力，因而不適應有交流耦合的遠距離傳輸，只適用于計算機內(nèi)部或極近距離的傳輸。27現(xiàn)在是27頁\一共有103頁\編輯于星期六2.單極性歸零碼（RZ)單極性歸零(RZ)波形：信號電壓在一個碼元終止時刻前總要回到零電平。通常，歸零波形使用半占空碼，即占空比為50%。從單極性RZ波形可以直接提取定時信息

1110100100011

特點:

具有一般單極性不歸零碼缺點，但可直接提取位同步信息。28現(xiàn)在是28頁\一共有103頁\編輯于星期六3.傳號交替反轉(zhuǎn)碼（AMI碼）用三電平表示二進制的碼型。用無電壓的狀態(tài)表示二進制的“0”碼，用交替的正、負電平表示二進制的“1”碼。例：將二進制消息代碼100110000000110011轉(zhuǎn)換為AMI編碼。100110000000110011解：消息代碼：AMI碼：+100-1+10000000-1+100-1+1-1+1-100+1-10000000+1-100+1-129現(xiàn)在是29頁\一共有103頁\編輯于星期六3.傳號交替反轉(zhuǎn)碼（AMI碼）優(yōu)點:

a.直流分量為0，零頻附近低頻分量?。ㄓ捎谄鋫魈柎a極性反轉(zhuǎn)），利于變量器耦合匹配；b.經(jīng)全波整流，并變換成單極性半占空碼，能取得同步信號；c.有一定的檢錯能力。應用:缺點:對于較長的比特0序列，同步信號不易提取。廣泛用于PCM基帶傳輸30現(xiàn)在是30頁\一共有103頁\編輯于星期六4.三階高密度雙極性碼（HDB3）HDB3碼的編碼規(guī)則如下：1）在傳輸?shù)亩M制序列中，當連“0”碼不大于3個時，HDB3碼的編碼規(guī)律與AMI碼相同，“1”碼變?yōu)椤?1”、“-1”的交替脈沖，“0”碼保持不變。2）當代碼序列中出現(xiàn)4個連“0”碼時，用取代節(jié)000V或B00V代替。順序：先000V，不可用時再B00V000V取代節(jié)的安排須滿足以下兩個要求：各取代節(jié)V碼極性要交替出現(xiàn)；V碼要與前一個傳號碼的極性相同。3）HDB3序列中的傳號碼（“1”、V和B）除V碼外要滿足極性交替的原則。31現(xiàn)在是31頁\一共有103頁\編輯于星期六4.三階高密度雙極性碼（HDB3）例：將二進制消息代碼100110000000110011轉(zhuǎn)換為HDB3碼。100110000000110011解：消息代碼：HDB3:+100-1+1000V+000-1+100-1+1V-V+-100+1-1000V-000+1-100+1-132現(xiàn)在是32頁\一共有103頁\編輯于星期六4.三階高密度雙極性碼（HDB3）將二進制消息代碼110110000000100001轉(zhuǎn)換為HDB3碼。110110000000100001解：消息代碼：HDB3:+1-10+1-1B+00V+000-1000V-+1V--1+10-1+1B-00V-000+1000V+-1V+兩個取代節(jié)之間的原始傳號碼的個數(shù)k:是奇數(shù)時，后邊取代節(jié)用000V；是偶數(shù)時，后邊取代節(jié)用B00V；例：33現(xiàn)在是33頁\一共有103頁\編輯于星期六4.三階高密度雙極性碼（HDB3）PCM基帶傳輸、高次群傳輸HDB3碼特點：①正負脈沖平衡，無直流分量，便于直接傳輸。②克服了出現(xiàn)長連“0”的缺點，也避免了因失去定時信息而造成的問題。③HDB3碼具有檢錯能力。破壞點序列的極性交替規(guī)律④低頻成分少，頻帶較窄。應用:34現(xiàn)在是34頁\一共有103頁\編輯于星期六355.傳號反轉(zhuǎn)碼（CMI）在CMI碼中，原二進制信息“1”交替地用全占空的一個周期方波：

“11”或“00”表示；原二進制信息“0”則用半占空方波：“01”表示?！娖讲粴w零碼10111001111二進制信息碼CMI碼000011010100001101+V+V-V-V現(xiàn)在是35頁\一共有103頁\編輯于星期六5.傳號反轉(zhuǎn)碼（CMI）①不含直流分量。②具有頻繁出現(xiàn)的電平跳變，有利于接收端提取定

時信號。③具有一定的檢錯能力，也易于實現(xiàn)。特點：應用:PCM四次群接口碼型36現(xiàn)在是36頁\一共有103頁\編輯于星期六傳輸碼型的誤碼增殖思考：1、什么是誤碼增殖？用什么來表示？2、AMI、HDB3和CMI碼誤碼增值情況如何？教材P1946.2.3現(xiàn)在是37頁\一共有103頁\編輯于星期六二、數(shù)字基帶信號的頻譜特性數(shù)字基帶信號的一般表達數(shù)字基帶信號的表示式：

表示信息碼元的單個脈沖的波形并非一定是矩形的。38現(xiàn)在是38頁\一共有103頁\編輯于星期六基帶信號的單個碼元波形t矩形脈沖三角形脈沖g(t)升余弦脈沖半余弦脈沖g(t)g(t)g(t)ttt39現(xiàn)在是39頁\一共有103頁\編輯于星期六二、數(shù)字基帶信號的頻譜特性數(shù)字基帶信號的一般表達若表示各碼元的波形相同而電平取值不同，則數(shù)字基帶信號可表示為：式中，

an

----第n個碼元所對應的電平值Ts----

碼元持續(xù)時間

g(t)----某種脈沖波形一般情況下，數(shù)字基帶信號可表示為一隨機脈沖序列：式中，sn(t)可以有N種不同的脈沖波形40現(xiàn)在是40頁\一共有103頁\編輯于星期六二、數(shù)字基帶信號的頻譜特性隨機脈沖序列的表示式設一個二進制的隨機脈沖序列如下圖所示：……

g2(t-2T)

g1(t+2T)TS----

碼元寬度

g1(t)和g2(t)----分別表示消息碼“0”和“1”，為任意波形圖中41現(xiàn)在是41頁\一共有103頁\編輯于星期六隨機脈沖序列的表示式

設序列中任一碼元時間Ts內(nèi)g1(t)和g2(t)出現(xiàn)的概率分別為P和(1-P)，且認為它們的出現(xiàn)是統(tǒng)計獨立的，則該序列可表示為:……

g2(t-2T)

g1(t+2T)式中，42現(xiàn)在是42頁\一共有103頁\編輯于星期六二、數(shù)字基帶信號的頻譜特性數(shù)字基帶信號的頻譜——功率譜密度隨機序列s(t)的功率譜密度：式中，fs=1/Ts

----碼元寬度所對應的頻率，又稱為抽樣頻率；G1(f)和G2(f)分別是波形g1(t)和g2(t)的頻譜；碼元速率p----

為波形g1(t)出現(xiàn)的概率；1-p----為波形g1(t)出現(xiàn)的概率；43現(xiàn)在是43頁\一共有103頁\編輯于星期六由上式可得出如下結(jié)論：1、二進制隨機脈沖序列的功率譜Ps(f)可能包含連續(xù)譜（第一項）和離散譜（第二項）。2、連續(xù)譜總是存在的，這是因為代表數(shù)據(jù)信息的g1(t)和g2(t)波形不能完全相同，故有G1(f)≠G2(f)。譜的形狀取決于g1(t)和g2(t)的頻譜以及出現(xiàn)的概率P。3、離散譜是否存在，取決于g1(t)和g2(t)的波形及其出現(xiàn)的概率P。一般情況下，它也總是存在的，但對于雙極性信號g1(t)=-g2(t)=g(t)，且概率P=1/2（等概）時，則離散分量消失。4、通常，根據(jù)連續(xù)譜可以確定信號的帶寬；根據(jù)離散譜可以確定隨機序列是否有直流分量和定時分量。44現(xiàn)在是44頁\一共有103頁\編輯于星期六例1：分析單極性NRZ和RZ矩形脈沖序列的功率譜。單極性碼由表示“0”信號的g1(t)=0，和表示“1”信號的g2(t)構成若設g1(t)=0，g2(t)=g(t)，將其代入下式可得單極性碼序列對應的功率譜：當P=1/2，功率譜簡化為：“0”和“1”信號等概率出現(xiàn)時討論兩種情況：NRZ和RZ45現(xiàn)在是45頁\一共有103頁\編輯于星期六討論(分兩種情況）：Ⅰ.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:146現(xiàn)在是46頁\一共有103頁\編輯于星期六討論(分兩種情況）：Ⅰ.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:代入功率譜:可得：147現(xiàn)在是47頁\一共有103頁\編輯于星期六當f=mfs時：若m=0，G(0)=τSa(0)0，

若m為不等于零的整數(shù)，頻譜Ps(f)中離散譜為零，因而無定時分量Sa(πmfsτ)=Sa(0)=1功率譜變?yōu)椋汗暑l譜Ps(f)中有直流分量。NRZ波形

τ=Ts

48現(xiàn)在是48頁\一共有103頁\編輯于星期六單極性NRZ功率譜：計算信號帶寬:(以連續(xù)功率譜中第一個0值點為依據(jù)計算)可求出信號帶寬為:BS=

1/TSπfTS=π存在直流分量49現(xiàn)在是49頁\一共有103頁\編輯于星期六討論(分兩種情況）：Ⅱ.若表示“1”碼的波形g2(t)=g(t)為半占空歸零矩形脈沖(RZ)矩形脈沖，即脈沖寬度=Ts/2時，其頻譜函數(shù)為:代入功率譜:可得：=Ts/250現(xiàn)在是50頁\一共有103頁\編輯于星期六當f=mfs時：若m=0，G(0)=TsSa(0)/20，

若m0(整數(shù))，有離散譜，有定時分量Sa(mπ/2)=Sa(0)=1故頻譜Ps(f)中有直流分量。若m為奇數(shù)，若m為偶數(shù)，此時無離散譜功率譜為：(m為0和奇數(shù))51現(xiàn)在是51頁\一共有103頁\編輯于星期六單極性RZ功率譜：計算信號帶寬:可求出信號帶寬為:BS=

2/TSπfTS/2=π1、存在直流分量；2、在奇次倍基頻處存在離散譜，此時有時鐘信號。(m為0和奇數(shù))52現(xiàn)在是52頁\一共有103頁\編輯于星期六單極性NRZ功率譜：單極性RZ功率譜：(m為0和奇數(shù))2fsfs3fs53現(xiàn)在是53頁\一共有103頁\編輯于星期六例2：分析雙極性NRZ和RZ矩形脈沖序列的功率譜。雙極性碼由表示“0”信號的g1(t)，和表示“1”信號的g2(t)構成若設g1(t)=-g2(t)=g(t)，則由式可得雙極性碼序列對應的功率譜：當P=1/2，功率譜簡化為：54現(xiàn)在是54頁\一共有103頁\編輯于星期六討論(分兩種情況）：雙極性波形只有連續(xù)頻譜，無離散譜Ⅰ.若g(t)是高度為1的NRZ矩形脈沖，那么上式可寫成Ⅱ.若g(t)是高度為1的半占空RZ矩形脈沖，則有55現(xiàn)在是55頁\一共有103頁\編輯于星期六雙極性NRZ功率譜：雙極性RZ功率譜：2fsfs3fs56現(xiàn)在是56頁\一共有103頁\編輯于星期六以上兩例可以看出：1、

二進制基帶信號的帶寬主要依賴單個碼元波形的頻譜函數(shù)G1(f)和G2(f)。時間波形的占空比越小，占用頻帶越寬。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

是位定時信號的頻率，它在數(shù)值上與碼元速率RB相等。2、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。57現(xiàn)在是57頁\一共有103頁\編輯于星期六基帶信號頻譜分析意義：1、信號帶寬——根據(jù)其連續(xù)譜來確定序列的帶寬2、能否從脈沖序列中直接提取位定時信號——根據(jù)離散譜來確定3、有無直流成份4、信號頻譜分布規(guī)律

這樣，我們就可以針對信號譜的特點來選擇相匹配的信道,或者根據(jù)信道的傳輸特性來選擇合適的信號形式.練習58現(xiàn)在是58頁\一共有103頁\編輯于星期六傳輸碼的碼型選擇原則不含直流，且低頻分量盡量少；應含有豐富的定時信息，以便于從接收碼流中提取定時信號；功率譜主瓣寬度窄，以節(jié)省傳輸頻帶；不受信息源統(tǒng)計特性的影響，即能適應于信息源的變化；所選碼型應對噪聲和碼間串擾具有較強的抵抗力和自檢能力。編譯碼簡單，以降低通信延時和成本。59現(xiàn)在是59頁\一共有103頁\編輯于星期六60現(xiàn)在是60頁\一共有103頁\編輯于星期六三、基帶脈沖傳輸與碼間串擾61

基帶數(shù)據(jù)傳輸模型信道信號形成器數(shù)字信道接收濾波器抽樣判決器噪聲基帶脈沖輸入同步提取基帶脈沖輸出發(fā)送濾波器信道信號形成器:壓縮輸入信號頻帶，把傳輸碼變換成適宜于信道傳輸?shù)幕鶐盘柌ㄐ巍＃òl(fā)送濾波器）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)，并假設它是高斯白噪聲。加性噪聲乘性噪聲1、限制發(fā)送頻帶2、形成脈沖波形引入噪聲，形成波形失真現(xiàn)在是61頁\一共有103頁\編輯于星期六62信道信號形成器數(shù)字信道接收濾波器抽樣判決器噪聲基帶脈沖輸入同步提取基帶脈沖輸出發(fā)送濾波器接收濾波器:它用來接收信號，濾除信道噪聲和其他干擾，對均衡失真波形，有利于抽樣判決。抽樣判決器：再生信號，改善輸出信號質(zhì)量；若傳輸特性不良，產(chǎn)生串擾會引起錯判，形成誤碼。同步提?。河猛教崛‰娐窂慕邮招盘栔刑崛《〞r脈沖。（位同步器）消除帶外噪聲，均衡失真波形現(xiàn)在是62頁\一共有103頁\編輯于星期六基帶系統(tǒng)的各點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波輸出位定時脈沖恢復的信息錯誤碼元（b）（c）（d）（e）（f）（g）現(xiàn)在是63頁\一共有103頁\編輯于星期六

兩種誤碼原因：碼間串擾信道加性噪聲系統(tǒng)傳輸總特性不理想，導致碼元的波形畸變、展寬和拖尾。碼間串擾（InterSymbolInterference)

前面碼元波形的拖尾蔓延到當前碼元的抽樣時刻，從而對當前碼元的判決造成干擾。原因：ISIflash64現(xiàn)在是64頁\一共有103頁\編輯于星期六

兩種誤碼原因：碼間串擾信道加性噪聲發(fā)送濾波器數(shù)字信道接收濾波器抽樣判決器噪聲基帶脈沖輸入同步提取基帶脈沖輸出

h(t)

/H(f)

在框圖中，{an}為發(fā)送濾波器的輸入符號序列。在二進制的情況下為0、1或-1、+1。d(t)－對應的基帶信號d(t)為分析方便，把這個序列對應的基帶信號d(t)表示成：gT(t)GT(f)c

(t)C

(f)gR(t)GR(f)理想沖激序列65現(xiàn)在是65頁\一共有103頁\編輯于星期六{an}傳輸碼（線路碼）

隨機序列~數(shù)字脈沖幅度調(diào)制(PAM)gT(t)為發(fā)送脈沖波形(矩形、升余弦、高斯、三角形、半余弦脈沖)基帶傳輸系統(tǒng)現(xiàn)在是66頁\一共有103頁\編輯于星期六等效模型r(t)的要求：不考慮噪聲條件下，相鄰碼元間無串擾。由傳輸特性H(f)決定。現(xiàn)在是67頁\一共有103頁\編輯于星期六式中，H(f)68現(xiàn)在是68頁\一共有103頁\編輯于星期六

r(t)被送入抽樣判決電路，并由該電路確定所傳的數(shù)字序列{an}的取值。為了確定第k個碼元a(k)，則對信號抽樣的時刻一般在(kTs+t0)，其中，k是相應的第k個時刻，t0是可能的時延。因而，為了確定ak

的取值，必須首先確定r(t)在該樣點上的值:恢復信息碼間干擾隨機干擾69現(xiàn)在是69頁\一共有103頁\編輯于星期六第一項akh(t0)：是第k個接收基本波形在上述抽樣時刻上的取值，它是確定ak信息的依據(jù)；第二項：波形在第k個抽樣時刻上的總和，它對當前碼元ak的判決起著干擾的作用，我們稱這個值為碼間干擾值，它產(chǎn)生于信道特性的不理想；

是接收信號中除第k個以外的所有其他碼元第三項:顯然是一種隨機干擾。70現(xiàn)在是70頁\一共有103頁\編輯于星期六例如，在二進制數(shù)字通信時，ak的可能取值為“0”或“1”，若判決電路的判決門限為Vd

，則這時判決規(guī)則為：

當r(kTs+t0)>Vd時，判ak為“1”當r(kTs+t0)<Vd時，判ak為“0”。顯然，只有當碼間串擾值和噪聲足夠小時，才能基本保證上述判決的正確。71現(xiàn)在是71頁\一共有103頁\編輯于星期六三、基帶脈沖傳輸與碼間串擾無碼間串擾的基帶傳輸特性碼間串擾和信道噪聲是影響基帶傳輸系統(tǒng)性能的主要因素，為了減小它們的影響,降低系統(tǒng)的誤碼率是我們研究的通信系統(tǒng)的關鍵問題。

消除碼間串擾的基本思想由上式可知，若想消除碼間串擾，應使由于an是隨機的，要想通過各項相互抵消使碼間串擾為0是不行的，這就需要對h(t)的波形提出要求。72現(xiàn)在是72頁\一共有103頁\編輯于星期六

如果相鄰碼元的前一個碼元的波形到達后一個碼元抽樣判決時刻已經(jīng)衰減到0，就能滿足要求。但是這樣的波形不易實現(xiàn)。實際中h(t)波形有很長的拖尾，也正是由于每個碼元的拖尾造成了相鄰碼元的干擾。

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刻上正好為0，就能消除碼間串擾。這就是消除碼間串擾的基本思想。73現(xiàn)在是73頁\一共有103頁\編輯于星期六三、基帶脈沖傳輸與碼間串擾無碼間串擾的基帶傳輸特性

無碼間串擾的條件1、時域條件

只要基帶傳輸系統(tǒng)的沖激響應波形h(t)僅在本碼元的抽樣時刻上有最大值，并在其他碼元的抽樣時刻上均為0，則可消除碼間串擾。即：若對h(t)在時刻t=kTs（這里假設t0=0）抽樣，則應有下式成立:上式稱為無碼間串擾的時域條件。74現(xiàn)在是74頁\一共有103頁\編輯于星期六典型無碼間串擾的h(t)波形由圖可見，雖然h(t)的整個波形延遲到其它碼元時隙，但由于在其它碼元的抽樣判決時刻其值為0，因此不存在碼間串擾。但需要注意的是，為了分析方便，對網(wǎng)絡傳遞函數(shù)H(ω)作了兩點簡化：一是設H(ω)的時延為0；二是將t=0時刻的抽樣值h(0)歸一化為1。75現(xiàn)在是75頁\一共有103頁\編輯于星期六無碼間串擾時的抽樣情況76現(xiàn)在是76頁\一共有103頁\編輯于星期六三、基帶脈沖傳輸與碼間串擾無碼間串擾的基帶傳輸特性

無碼間串擾的條件2、頻域條件上條件稱為奈奎斯特(Nyquist)第一準則。77現(xiàn)在是77頁\一共有103頁\編輯于星期六2、頻域條件上條件稱為奈奎斯特(Nyquist)第一準則。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)，將它們進行疊加，其結(jié)果應當為一常數(shù)（不必一定是Ts

）。這一過程可以歸述為：一個實際的H()特性若能等效成一個理想（矩形）低通濾波器，則可實現(xiàn)無碼間串擾。78現(xiàn)在是78頁\一共有103頁\編輯于星期六例：79現(xiàn)在是79頁\一共有103頁\編輯于星期六三、基帶脈沖傳輸與碼間串擾

無碼間串擾的基帶傳輸特性1、理想低通特性它的沖激響應h(t)為:80現(xiàn)在是80頁\一共有103頁\編輯于星期六1、理想低通特性該系統(tǒng)的帶寬為:——記為fN(奈奎斯特帶寬）無ISI的最高碼元速率為：——奈奎斯特速率RBmax=1/Ts=2fN(Baud)奈氏第一準用文字詳細表述是：

如系統(tǒng)等效網(wǎng)絡具有理想低通特性，且截止頻率為fN時，則該系統(tǒng)中允許的最高碼元速率為2fN，這時系統(tǒng)輸出波形在峰值點上不產(chǎn)生前后碼間干擾。81現(xiàn)在是81頁\一共有103頁\編輯于星期六1、理想低通特性該系統(tǒng)的帶寬為:——記為fN(奈奎斯特帶寬）無ISI的最高碼元速率為：η

=RBmax/B=2(Baud/Hz)——奈奎斯特速率無ISI的最高頻帶利用率為：這是無ISI條件下，基帶系統(tǒng)所能達到的極限情況。但是，這種特性在物理上是無法實現(xiàn)的；并且h(t)的振蕩衰減慢，使之對定時精度要求很高。故不能實用。RBmax=1/Ts=2fN(Baud)82現(xiàn)在是82頁\一共有103頁\編輯于星期六奇對稱的余弦滾降特性三、基帶脈沖傳輸與碼間串擾

無碼間串擾的基帶傳輸特性2、余弦滾降特性為了解決理想低通特性存在的問題，可以使理想低通濾波器特性的邊沿緩慢下降，這稱為“滾降”。一種常用的滾降特性是余弦滾降特性，如下圖所示：只要H()在滾降段中心頻率處（與奈奎斯特帶寬相對應）呈奇對稱的振幅特性，就必然可以滿足奈奎斯特第一準則，從而實現(xiàn)無碼間串擾傳輸。具有余弦滾降特性的LPF，是否滿足無ISI的條件？83現(xiàn)在是83頁\一共有103頁\編輯于星期六按余弦特性滾降的傳輸函數(shù)為：相應的h(t)為：式中，為滾降系數(shù)，用于描述滾降程度。它定義為：其中，fN

－奈奎斯特帶寬，

f

－超出奈奎斯特帶寬的擴展量0≤α≤1

84現(xiàn)在是84頁\一共有103頁\編輯于星期六幾種滾降特性和沖激響應曲線--

滾降系數(shù)越大，h(t)的拖尾衰減越快--滾降使帶寬增大為fN2fN--余弦滾降系統(tǒng)無ISI的最高頻帶利用率為：現(xiàn)在是85頁\一共有103頁\編輯于星期六fN2fN理想低通(LPF)；升余弦頻譜特性:現(xiàn)在是86頁\一共有103頁\編輯于星期六例：已知基帶傳輸系統(tǒng)總特性為下圖所示的余弦滾將特性。

（1）試求該系統(tǒng)無ISI的最高傳碼率和頻帶利用率；

（2）若分別以2/3T、1/2T、1/T、3/T的速率傳輸數(shù)據(jù)，哪些速率可以消除ISI？解：（1）無ISI的最高傳碼率：RBmax=2fN

故最高頻帶利用率為：系統(tǒng)帶寬：η

=RBmax/B=1

(Baud/Hz)87現(xiàn)在是87頁\一共有103頁\編輯于星期六驗證能否實現(xiàn)無ISI傳輸方法：當實際傳輸速率RB小于（必須是整數(shù)倍）或等于RBmax時，即滿足RBmax=nRBn=1,2,3…時，表示以實際速率進行數(shù)據(jù)傳輸，將滿足抽樣點上無ISI的條件。88現(xiàn)在是88頁\一共有103頁\編輯于星期六例：已知基帶傳輸系統(tǒng)總特性為下圖所示的余弦滾將特性。

（1）試求該系統(tǒng)無ISI的最高傳碼率和頻帶利用率；

（2）若分別以2/3T、1/2T、1/T、3/T的速率傳輸數(shù)據(jù)，哪些速率可以消除ISI？解：（2）當實際傳輸速率RB與系統(tǒng)無ISI的最高傳碼率RBmax滿足以下關系RBmax=nRB

（n=1,2,3…）時，可實現(xiàn)無ISI傳輸。因此，1/2T、1/T速率可以消除ISI；2/3T、3/T的速率不能消除ISI。89現(xiàn)在是89頁\一共有103頁\編輯于星期六小結(jié)：一、數(shù)字基帶信號的碼型和波形二、數(shù)字基帶信號的頻譜特性三、基帶脈沖傳輸與碼間串擾單極性NRZ和RZ、AMI、CMI、HDB3誤碼增殖ISI、無ISI條件（奈氏第一準則）無ISI的最高傳碼率求法驗證能否實現(xiàn)無ISI傳輸方法數(shù)字基帶信號功率譜分析90現(xiàn)在是90頁\一共有103頁\編輯于星期六91現(xiàn)在是91頁\一共有103頁\編輯于星期六現(xiàn)在是92頁\一共有103頁\編輯于星期六現(xiàn)在是93頁\一共有103頁\編輯于星期六現(xiàn)在是94頁\一共有103頁\編輯于星期六現(xiàn)在是95頁\一共有103頁\編輯于星期六例1：2PAM信號電平A和0抽象為符號和，兩個符號稱為二元（二進制）符號。符號周期或碼元寬度數(shù)字基帶信號信道符號現(xiàn)在是96頁\一共有103頁\編輯于星期六多進制(M-ary)信號:kbit二進制代碼用一個脈沖傳，在一個Ts時隙內(nèi)傳M