第五章通信原理.ppt

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1、通信原理课件通信原理课件第五章：模拟调制系统第五章：模拟调制系统5.1 5.1 引言引言5.2 5.2 数字基带信号的码型和波形数字基带信号的码型和波形5.3 5.3 数字基带信号的功率谱密度数字基带信号的功率谱密度5.4 5.4 数字基带信号的传输与码间串扰数字基带信号的传输与码间串扰5.5 5.5 码间串扰基带传输系统的抗噪声性能分析码间串扰基带传输系统的抗噪声性能分析5.6 5.6 最佳基带传输系统最佳基带传输系统5.7 5.7 眼图眼图5.8 5.8 改善数字基带系统性能的措施改善数字基带系统性能的措施通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件图图5-1数

2、字基带传输系统数字基带传输系统 通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件抽抽样样判判决决器器首首先先对对接接收收滤滤波波器器输输出出的的信信号号y(t)在在规规定定的的时时刻刻进进行行抽抽样样，获获得得抽抽样样值值序序列列y(kTS)，然然后后对对抽抽样样值值进进行行判判决决，以以确确定定各各码码元元是是“1”码码还还是是“0”码码。抽抽样样值值序序列列y(kTS)见图见图5-2（g）所示。所示。码码元元再再生生电电路路的的作作用用是是对对判判决决器器的的输输出出“0”、“1”进进行行原原始始码码元元再再生生，以以获获得得图图5-2（h）所所示示与与输输入入波波

3、形形相相应应的的脉脉冲冲序序列列。同同步步提提取取电电路路的的任任务务是是从从接接收收信信号号中中提提取取定定时时脉脉冲冲cp，供接收系统同步使用。供接收系统同步使用。对对比比图图5-2（a）、（h）中中的的与与dk可可以以看看出出，传传输输过过程程中中第第4个个码码元元发发生生了了误误码码。产产生生该该误误码码的的原原因因之之一一是是信信道道加加性性噪噪声声，之之二二是是传传输输总总特特性性（包包括括收收、发发滤滤波波器器和和信信道道的的特特性性）不不理理想想引引起起的的波波形形畸畸变变，使使码码元元之之间间相相互互串串扰扰，从而产生码间干扰。从而产生码间干扰。通信原理课件通信原理课件图图5

4、-2数字基带传输系统各点波形数字基带传输系统各点波形 通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件1单极性不归零（单极性不归零（NRZ）码码设消息代码由二进制符号设消息代码由二进制符号“0”、“1”组成，则单极性组成，则单极性不归零码如图不归零码如图5-3（a）所示。这里，基带信号的零电位及正所示。这里，基带信号的零电位及正电位分别与二进制符号的电位分别与二进制符号的“0”及及“1”一一对应。可见，一一对应。可见，它是一种最简单的常用码型。它是一种最简单的常用码型。2、双极性不归零（、双极性不归零（NRZ）码码图图5-3（b）所所示示的的代代码码是是双双极极性性不不

5、归归零零（NRZ）码码，其其特特点点是是数数字字消消息息用用两两个个极极性性相相反反而而幅幅度度相相等等的的脉脉冲冲表表示示。其与单极性码比较有以下优点：其与单极性码比较有以下优点：（1）从从平平均均统统计计角角度度来来看看，消消息息“1”和和“0”的的数数目目各各占一半，所以无直流分量。占一半，所以无直流分量。（2）接接收收双双极极性性码码时时判判决决门门限限电电平平为为零零，稳稳定定不不变变，因因而不受信道特性变化的影响，抗噪声性能好。而不受信道特性变化的影响，抗噪声性能好。（3）可以在电缆等无接地的传输线上传输。）可以在电缆等无接地的传输线上传输。通信原理课件通信原理课件3、单极性归零（

6、、单极性归零（RZ）码码单极性归零码是在传送单极性归零码是在传送“1”码时发送一个宽度小于码元码时发送一个宽度小于码元持续时间的归零脉冲，而在传送持续时间的归零脉冲，而在传送“0”码时不发送脉冲，如码时不发送脉冲，如图图5-3（c）所示。设码元间隔为所示。设码元间隔为Ts，归零码宽度为归零码宽度为，则，则称称为占空比。为占空比。4、双极性归零（、双极性归零（RZ）码码双双极极性性归归零零码码的的构构成成与与单单极极性性归归零零码码一一样样，如如图图5-3（d）所所示示。这这种种码码型型除除了了具具有有双双极极性性不不归归零零码码的的一一般般特特点点以以外外，还还可可以以通通过过简简单单的的变变

7、换换电电路路变变换换为为单单极极性性归归零零码码，从从而而可可以以提提取取同同步步信信号号。因因此此双双极极性性归归零零码码得得到到广广泛泛的的应应用。用。5、差分码、差分码这种码型的特点是把二进制脉冲序列中的这种码型的特点是把二进制脉冲序列中的“1”或或“0”反映在相邻信号码元相对极性变化上，是一种相对码。反映在相邻信号码元相对极性变化上，是一种相对码。通信原理课件通信原理课件6、多值波形（多电平波形）、多值波形（多电平波形）前前述述各各种种信信号号都都是是一一个个二二进进制制符符号号对对应应一一个个脉脉冲冲。实实际际上上还还存存在在多多个个二二进进制制符符号号对对应应一一个个脉脉冲冲的的情

8、情形形。这这种种波波形形统统称称为为多多值值波波形形或或多多电电平平波波形形。例例如如若若令令两两个个二二进进制制符符号号00对对应应+3E，01对对应应+E，10对对应应-E，11对对应应-3E，则则所所得得波波形形为为4值值波波形形，如如图图5-3（f）所所示示。由由于于这这种种波波形形的的一一个个脉脉冲冲可可以以代代表表多多个个二二进进制制符符号号，故故在在高高速速数数据据传传输输中中，常常采采用这种信号形式。用这种信号形式。通信原理课件通信原理课件图图5-3几种基本的数字基带信号码型几种基本的数字基带信号码型通信原理课件通信原理课件二、传输码型二、传输码型并并不不是是所所有有的的基基带

9、带信信号号码码型型都都适适合合在在信信道道中中传传输输，往往往往是是根根据据实实际际需需要要进进行行选选择择。下下面面我我们们介介绍绍几几种种常常用用的的适适合合在信道中传输的传输码型。在信道中传输的传输码型。1、AMI码码AMI码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息中的码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息中的代码代码“0”（空号）和（空号）和“1”（传号）按如下规则进行编码（传号）按如下规则进行编码的码：代码的码：代码“0”仍为仍为0；代码；代码“1”交替变换为交替变换为+1、-1、+1、-1、。例如：。例如：消息代码100011101AMI码+1000-1+1-10+1通信原理课件通

10、信原理课件AMI码的优点是：不含直流成分，低频分量小；码的优点是：不含直流成分，低频分量小；编编译译码码电电路路简简单单，便便于于利利用用传传号号极极性性交交替替规规律律观观察察误误码码情情况况。鉴鉴于于这这些些优优点点，AMI码码是是ITU建建议议采采用用的的传传输输码码型型之之一一。AMI码码的的不不足足是是，当当原原信信码码出出现现连连“0”串串时时，信信号号的的电电平平长长时时间间不不跳跳变变，造造成成提提取取定定时时信信号号的的困困难难。解解决决连连“0”码码问问题题的的有有效方法之一是采用效方法之一是采用HDB3码。码。2、HDB3码码HDB3码码的的全全称称是是3阶阶高高密密度度

11、双双极极性性码码，它它是是AMI码码的的一一种种改改进进型型，其其目目的的是是为为了了保保持持AMI码码的的优优点点而而克克服服其其缺缺点点，使使连连“0”个数不超过个数不超过3个。其编码规则如下：个。其编码规则如下：（1）当当信信码码的的连连“0”个个数数不不超超过过3时时，仍仍按按AMI码码的的规规则编码，即传号极性交替；则编码，即传号极性交替；通信原理课件通信原理课件（2）当当连连“0”个个数数超超过过3时时，出出现现4个个或或4个个以以上上连连“0串串时时，”则则将将每每4个个连连“0”小小段段的的第第4个个“0”变变换换为为非非“0”脉脉冲冲，用用符符号号V表表示示，称称之之为为破破

12、坏坏脉脉冲冲。而而原原来来的的二二进进制制码码元元序序列列中中所所有有的的“1”码码称称为为信信码码，用用符符号号B表表示示。当当信信码码序序列列中中加加入入破破坏坏脉脉冲冲以以后后，信信码码B与与破破坏坏脉脉冲冲V的的正正负负极性必须满足如下两个条件：极性必须满足如下两个条件：B码码和和V码码各各自自都都应应始始终终保保持持极极性性交交替替变变化化的的规规律，以确保编好的码中没有直流成分；律，以确保编好的码中没有直流成分；V码码必必须须与与前前一一个个非非零零符符号号码码（信信码码B）同同极极性性，以以便便和和正正常常的的AMI码码区区分分开开来来。如如果果这这个个条条件件得得不不到到满满足

13、足，那那么么应应该该将将四四连连“0”码码的的第第一一个个“0”码码变变换换成成与与V码码同同极极性性的的补补信信码码，用用符符号号B表表示示，并并做做调调整整，使使B码码和和B码码合合起来保持条件起来保持条件中信码（含中信码（含B及及B）极性交替变换的规律。极性交替变换的规律。通信原理课件通信原理课件3、PST码码PST码码的的全全称称是是成成对对选选择择三三进进码码。其其编编码码规规则则是是：先先将将二二进进制制码码元元划划分分为为2个个码码元元为为一一组组的的码码组组序序列列，然然后后再再把把每每一一组组编编码码成成两两个个三三进进制制码码（+-0）。因因为为三三进进制制数数字字共共有有

14、9种种状状态态，故故可可以以灵灵活活地地选选择择其其中中的的四四种种状状态态，表表5.2-1列列出出了了其其中中最最为为广广泛泛适适用用的的一一种种格格式式。为为防防止止PST码码的的直直流流漂漂移移，当当在在一一个个码码组组中中仅仅发发送送单单个个脉脉冲冲时时，两两个个模模式式应应交交替替使用。使用。4、双相码、双相码双双相相码码又又称称Manchester码码，即即曼曼彻彻斯斯特特码码。它它的的特特点点是是每个码元用两个连续极性相反的脉冲来表示。每个码元用两个连续极性相反的脉冲来表示。通信原理课件通信原理课件5、密勒（、密勒（Miller）码码密密勒勒码码又又称称延延迟迟调调制制码码，它它

15、是是双双相相码码的的一一种种变变形形。编编码码规规则则如如下下：“1”码码用用“10”或或“01”表表示示。“0”码码分分两两种种情情形形处处理理：对对于于单单个个“0”时时，用用“11”或或“00”表表示示。要要求求在在码码元元持持续续时时间间内内不不出出现现跃跃变变，且且与与相相邻邻码码元元的的边边界界处处也也不不跃跃变变；对对于于连连“0”时时，用用“00”与与“11”交交替替。要要求在两个求在两个“0”码的边界处出现跃变。码的边界处出现跃变。6、CMI码码CMI码码是是传传号号反反转转码码的的简简称称，其其编编码码规规则则为为：“1”码码交交替替用用“00”和和“11”表表示示；“0”

16、码码用用“01”表表示示。CMI码码的的优优点点是是没没有有直直流流分分量量，且且有有频频繁繁出出现现波波形形跳跳变变，便于定时信息提取，具有误码监测能力。便于定时信息提取，具有误码监测能力。通信原理课件通信原理课件5.2.2 5.2.2 基带波形的形成基带波形的形成在在选选择择了了合合适适的的码码型型之之后后，尚尚需需考考虑虑用用什什么么形形状状的的波波形形来来表表示示所所选选择择的的码码型型。上上面面介介绍绍的的各各种种常常用用码码型型都都是是以以矩矩形形脉脉冲冲为为基基础础的的，我我们们知知道道矩矩形形脉脉冲冲由由于于上上升升和和下下降降是是突突变变的的，其其低低频频分分量量和和高高频频

17、成成分分比比较较丰丰富富，占占用用频频带带也也比比较较宽宽。如如果果信信道道带带宽宽有有限限，采采用用以以矩矩形形脉脉冲冲为为基基础础的的码码型型进进行行传传输输就就不不合合适适，而而需需要要采采用用更更适适合合于于信信道道传传输输的的波波形形，譬譬如如采采用用变变化化比比较较平平滑滑的的以以升升余余弦弦脉脉冲冲为为基基础础的的脉脉冲冲波波形形。这这样样就就有有一一个个如如何何由由矩矩形形脉脉冲冲形形成成所所需需要要的的传传输输波波形形的的问问题题。本本章章后后面面几几节节将将介介绍绍的的奈奈奎奎斯斯特特准准则则的的思思想想是是将将发发送送滤滤波波器器、信信道道、接接收收滤滤波波器器三三者者集

18、集中中为为一一总总的的基基带带传传输输系系统统，进进而而对对其其基基带带传传输输系系统统的的特特性性和和接接收收响响应应的的波波形形提提出出严格的要求，目的是消除在抽样判决时出现的码间干扰。严格的要求，目的是消除在抽样判决时出现的码间干扰。通信原理课件通信原理课件5.3 数字基带信号的功率谱密度数字基带信号的功率谱密度 研研究究数数字字基基带带信信号号的的频频谱谱分分析析是是非非常常有有用用的的，通通过过频频谱谱分分析析可可以以使使我我们们弄弄清清楚楚信信号号传传输输中中一一些些很很重重要要的的问问题题。这这些些问问题题是是，信信号号中中有有没没有有直直流流成成分分、有有没没有有可可供供提提取

19、取同同步步信信号号用用的的离离散散分分量量以以及及根根据据它它的的连连续续谱谱可可以以确确定定基基带带信信号的带宽。号的带宽。在在通通信信中中，除除特特殊殊情情况况（如如测测试试信信号号）外外，数数字字基基带带信信号号通通常常都都是是随随机机脉脉冲冲序序列列。因因为为，如如果果在在数数字字通通信信系系统统中中所所传传输输的的数数字字序序列列是是确确知知的的，则则消消息息就就不不携携带带任任何何信信息息，通信也就失去了意义通信也就失去了意义.对对于于随随机机脉脉冲冲序序列列，由由于于它它是是非非确确知知信信号号，不不能能用用付付氏氏变变换换法法确确定定其其频频谱谱，只只能能用用统统计计的的方方法

20、法研研究究其其功功率率谱谱。对对于于其其功功率率谱谱的的分分析析在在数数学学运运算算上上比比较较复复杂杂，因因此此，这这里里我们只给出分析的思路和推导的结果并对结果进行分析。我们只给出分析的思路和推导的结果并对结果进行分析。通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件图图5-4基带随机脉冲序列及其分解波形基带随机脉冲序列及其分解波形 通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件图图5-5单极性不归零信号单极性不归零信号 图图5-6单极性不归零信号的功率谱单极性不归零信号的功率谱 通信原理课件

21、通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件图图5-8单极性归零信号的功率谱单极性归零信号的功率谱图图5-7单极性归零信号单极性归零信号 通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件 综综上上所所述述，通通过过对对数数字字基基带带信信号号的的二二进进制制随随机机脉脉冲冲序序列列功功率率谱谱的的分分析析，我我们们一一方方面面可可以以根根据据它它的的连连续续谱谱来来确确定定序序列列的的带带宽宽，从从上上述述举举例例可可以以看看出出，当当数数字字基基带带信信号号用用矩矩形形脉脉冲冲表表示示时时，其其带带宽宽为为连连续续谱谱的的第第一一零零点点带带宽宽；另另一一方方面面利利用用它它

22、的的离离散散谱谱是是否否存存在在这这一一特特点点，可可以以明明确确能能否否从从脉脉冲冲序序列列中中直直接接提提取取定定时时分分量量和和采采取取怎怎样样的的方方法法可可以以从从基基带带脉脉冲冲序序列列中中获获得得所所需需的的离离散散分分量量。这这一一点点，在在本本书书第第十十章章研研究位同步、载波同步等问题时将是十分重要的。究位同步、载波同步等问题时将是十分重要的。需要指出的是，以上的分析方法，由于需要指出的是，以上的分析方法，由于g1(t)和和g2(t)的的波形没有加以限制，故即使它们不是基带信号波形，而是波形没有加以限制，故即使它们不是基带信号波形，而是数字调制波形，也将是适用的。数字调制波

23、形，也将是适用的。通信原理课件通信原理课件5.4 数字基带信号的传输与码间串扰数字基带信号的传输与码间串扰 5.1节定性介绍了基带传输系统的工作原理，初步了解节定性介绍了基带传输系统的工作原理，初步了解码间串扰和噪声是引起误码的因码间串扰和噪声是引起误码的因素。本节我们进一步分析素。本节我们进一步分析数字基带信号通过基带传输系统时的传输性能。数字基带信号通过基带传输系统时的传输性能。5.4.1码间串扰码间串扰数数字字基基带带信信号号通通过过基基带带传传输输系系统统时时，由由于于系系统统（主主要要是是信信道道）传传输输特特性性不不理理想想，或或者者由由于于信信道道中中加加性性噪噪声声的的影影响响

24、，使使收收端端脉脉冲冲展展宽宽，延延伸伸到到邻邻近近码码元元中中去去，从从而而造造成成对对邻邻近近码码元元的的干干扰，我们将这种现象称为码间串扰。如图扰，我们将这种现象称为码间串扰。如图5-9所示。所示。通信原理课件通信原理课件图图5-9基带传输中的码间串扰基带传输中的码间串扰 通信原理课件通信原理课件5.4.2 码间串扰的数学分析码间串扰的数学分析 数字基带信号的传输模型如图数字基带信号的传输模型如图5-10所示。所示。图图5-10基带传输系统模型基带传输系统模型通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课

25、件通信原理课件图图5-11消除码间串扰的原理消除码间串扰的原理通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件图图5-12Heq()的的物理含义物理含义 通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件图图5-13理想低通系统理想低通系统 通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件5.4.5无码间串扰的滚降系统无码间串扰的滚降系统 考考虑虑到到理理想想冲冲激激响响应应h(t)的的尾尾巴巴衰衰减减慢慢的的原原因因是是系系统统的的频频率率截截止止特特性性过过于于陡陡峭峭，这这启启发发我我们们可可以

26、以按按图图5-14所所示示的的构构造造思思想想去去设设计计H()特特性性，只只要要图图中中Y()的的具具有有对对BN呈呈奇奇对对称称的的幅幅度度特特性性，则则H()就就能能满满足足要要求求。这这种种设设计计也也可可看看成成是是理理想想低低通通特特性性按按奇奇对对称称条条件件进进行行“圆圆滑滑”的的结结果果，上述的上述的“圆滑圆滑”，通常被称为，通常被称为“滚降滚降”。定义滚降系数为定义滚降系数为（5.4-19）其中其中BN是无滚降时的截止频率，是无滚降时的截止频率，B2为滚降部分的截止频率。为滚降部分的截止频率。显然，显然，01通信原理课件通信原理课件图图5-14滚降特性的构成滚降特性的构成通

27、信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件图图5-15余弦滚降系统余弦滚降系统 通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件余余弦弦滚滚降降特特性性的的实实现现比比理理想想低低通通容容易易得得多多，因因此此广广泛泛应应用用于于频频带带利利用用率率不不高高，但但允允许许定定时时系系统统和和传传输输特特性性有有较较大大偏差的场合。偏差的场合。例例5.4.1设设某某数数字字基基带带传传输输系系统统的的传传输输特特性性H()如如图图5-16所示。其中所示。其中为某个常数（为某个常数（01）。）。（1）试检验该系统能否实现无码间串扰传输？试检验该系统能否实现无码间串扰传输

28、？（2）试试求求该该系系统统的的最最大大码码元元传传输输速速率率为为多多少少？这这时时的的系统频带利用率为多大？系统频带利用率为多大？通信原理课件通信原理课件图图5-16 通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件图图5-17抗噪声性能分析模型抗噪声性能分析模型 通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件设判决电路的判决门限为设判决电路的判决门限为Vd，判决规则为判决规则为x(kTs)Vd,判为判为“1”码码x(kTs)Vd，判为判为“0”码码实实际际中中噪噪声声干干扰扰会会使使接接收收端端出出现现两两种种可可能能的的错错误误：发发“

29、1”码码时时，在在抽抽样样时时刻刻噪噪声声呈呈现现一一个个大大的的负负值值与与信信号号抵抵消消使使收收端端判判为为“0码码；发发“0”码码时时，在在抽抽样样时时刻刻噪噪声声幅幅度度超超过过判判决决门门限限使使收收端端判判为为“1”码码。下下面面我我们们来来求求这这两两种种情情况况下下码码元判错的概率。元判错的概率。1、发、发“0”错判为错判为“1”的条件概率的条件概率Pe0 发发“0”码码时时，x(t)=nR(t)，由由于于nR(t)是是高高斯斯过过程程，则则x(t)的一维概率密度函数为的一维概率密度函数为通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件图图5-18x(t)的概率密度分布曲线的

30、概率密度分布曲线通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件5.6最佳基带传输系统最佳基带传输系统 在在数数字字通通信信系系统统中中，无无论论是是数数字字基基带带传传输输还还是是数数字字频频带带传传输输，都都存存在在着着“最最佳佳接接收收”的的问问题题。最最佳佳接接收收理理论论是是以以接接收收问问题题作作为为研研究究对对象象，研研究究从从噪噪声声中中如如何何准准确确地地提提取取有有用用信信号号。显显然然，所所谓谓“最最佳佳”是是个个相相对对概概念念，是是指指在在相相同同噪噪声声条条件件下下以以某

31、某一一准准则则为为尺尺度度下下的的“最最佳佳”。不不同同的的准准则则导出不同的最佳接收机，当然它们之间是有内在联系的。导出不同的最佳接收机，当然它们之间是有内在联系的。在在数数字字通通信信系系统统中中，最最常常用用的的准准则则是是最最大大输输出出信信噪噪比比准准则则，在在这这一一准准则则下下获获得得的的最最佳佳线线性性滤滤波波器器叫叫做做匹匹配配滤滤波波器器（MFMF）。这这种种滤滤波波器器在在数数字字通通信信理理论论、信信号号最最佳佳接接收收理理论论以以及及雷雷达达信信号号的的检检测测理理论论等等方方面面均均具具有有重重大大意意义义。本本节节介介绍绍匹匹配配滤滤波波器器的的基基本本原原理理以

32、以及及利利用用匹匹配配滤滤波波器器的的最最佳佳基带传输系统。基带传输系统。通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件5.6.2 利用匹配滤波器的最佳基带传输系统利用匹配滤波器的最佳基带传输系统 由前面的分析可知，影响基带系统误码性能的因素有由前面的分析可知，影响基带系统误码性能的因素有两个：其一是码间干扰；其二是噪声。码间干扰的影响，两个：其一是码间干扰；其二是噪声。码间干扰

33、的影响，可以通过系统传输函数的设计，使得抽样时刻样值的码间可以通过系统传输函数的设计，使得抽样时刻样值的码间干扰为零。对于加性噪声的影响，可以通过接收滤波器的干扰为零。对于加性噪声的影响，可以通过接收滤波器的设计，尽可能减小噪声的影响，但是不能消除噪声的影响。设计，尽可能减小噪声的影响，但是不能消除噪声的影响。实际中，这两种实际中，这两种“干扰干扰”是同时存在的。因此最佳基带传是同时存在的。因此最佳基带传输系统可认为是既能消除码间串扰而抗噪声性能又最理想输系统可认为是既能消除码间串扰而抗噪声性能又最理想（错误概率最小）的系统。现在我们讨论如何设计这样一（错误概率最小）的系统。现在我们讨论如何设

34、计这样一个最佳基带传输系统。个最佳基带传输系统。在在图图5-10的的基基带带传传输输系系统统中中，发发送送滤滤波波器器的的传传输输函函数数为为GT()，信信道道的的传传输输函函数数为为C()，接接收收滤滤波波器器的的传传输输函函数为数为GR()，其基带传输系统的总传输特性表示为其基带传输系统的总传输特性表示为通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件则则将式（将式（5.6-24）代入式（）代入式（5.5-16）得）得（5.6-24）通信原理课件通信原理课件5.75.7眼图眼图通信原理课件通信原理课件图图5-21基带信

35、号波形及眼图基带信号波形及眼图 通信原理课件通信原理课件图图5-21（a）是接收滤波器输出的无码间串扰的二进制双是接收滤波器输出的无码间串扰的二进制双极性基带波形，用示波器观察它，并将示波器扫描周期调极性基带波形，用示波器观察它，并将示波器扫描周期调整到码元周期，由于示波器的余辉作用，扫描所得的每一整到码元周期，由于示波器的余辉作用，扫描所得的每一个码元波形将重叠在一起，示波器屏幕上显示的是一只睁个码元波形将重叠在一起，示波器屏幕上显示的是一只睁开的迹线细而清晰的大开的迹线细而清晰的大“眼睛眼睛”，如如图图5-21（b）所所示示。图图5-21（c）是是有有码码间间串串扰扰的的双双极极性性基基带

36、带波波形形，由由于于存存在在码码间间串串扰扰，此此波波形形已已经经失失真真，示示波波器器的的扫扫描描迹迹线线就就不不完完全全重重合合，于于是是形形成成的的眼眼图图线线迹迹杂杂乱乱，“眼眼睛睛”张张开开得得较较小小，且且眼眼图图不不端端正正，如如图图5-21（d）所所示示。对对比比图图（b）和和（d）可可知知，眼眼图图的的“眼眼睛睛”张张开开得得越越大大，且且眼眼图图越越端端正正，表表示示码码间间串串扰扰越越小小，反反之之，表表示示码码间间串串扰扰越大。越大。通信原理课件通信原理课件当当存存在在噪噪声声时时，噪噪声声叠叠加加在在信信号号上上，因因而而眼眼图图的的线线迹迹更更不不清清晰晰，于于是是

37、“眼眼睛睛”张张开开就就更更小小。不不过过，应应该该注注意意，从从图图形形上上并并不不能能观观察察到到随随机机噪噪声声的的全全部部形形态态，例例如如出出现现机机会会少少的的大大幅幅度度噪噪声声，由由于于它它在在示示波波器器上上一一晃晃而而过过，因因而而用用人人眼眼是是观观察察不不到到的的。所所以以，在在示示波波器器上上只只能能大大致致估估计计噪噪声声的的强弱。强弱。可见，从可见，从“眼图眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。另外也可以用此图形对接收滤波从而估计系统优劣程度。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改

38、善系统的传输性器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。能。为为了了进进一一步步说说明明眼眼图图和和系系统统性性能能之之间间的的关关系系，我我们们把把眼眼图图简简化化为为一一个个模模型型，如如图图5-225-22所所示示。由由该该图图可可以以获获得得以以下下信息：信息：通信原理课件通信原理课件（1）最佳抽样时刻应是最佳抽样时刻应是“眼睛眼睛”张开最大的时刻；张开最大的时刻；（2）眼眼图图斜斜边边的的斜斜率率决决定定了了系系统统对对抽抽样样定定时时误误差差的的灵灵敏程度；斜率越大，对定时误差越灵敏；敏程度；斜率越大，对定时误差越灵敏；（3）眼图的阴影区的垂直高度表示信号的畸变范围；眼

39、图的阴影区的垂直高度表示信号的畸变范围；（4）眼图中央的横轴位置对应于判决门限电平；眼图中央的横轴位置对应于判决门限电平；（5）过过零零点点失失真真为为压压在在横横轴轴上上的的阴阴影影长长度度，有有些些接接收收机机的的定定时时标标准准是是由由经经过过判判决决门门限限点点的的平平均均位位置置决决定定的的，所所以过零点失真越大，对定时标准的提取越不利。以过零点失真越大，对定时标准的提取越不利。（6）抽抽样样时时刻刻上上、下下两两阴阴影影区区的的间间隔隔距距离离之之半半为为噪噪声声容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决；容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决；以以上上分分析析的的眼眼图图是是信信

40、号号为为二二进进制制脉脉冲冲时时所所得得到到的的。如如果果基基带带信信号号为为多多进进制制脉脉冲冲时时，所所得得到到的的应应是是多多层层次次的的眼眼图图，这里不再详述。这里不再详述。通信原理课件通信原理课件图图5-22眼图模型眼图模型 通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件图图5-23横向滤波器的结构图横向滤波器的结构图通信原理课件通信原理课件上上述述分分析析表表明明，借借助助横横向向滤滤波波器器实实现现均均衡衡是是可可能能的的，并并且且只只要要用用无无限限长长的的

41、横横向向滤滤波波器器，就就能能做做到到消消除除码码间间串串扰扰的的影影响响。然然而而，使使横横向向滤滤波波器器的的抽抽头头无无限限多多是是不不现现实实的的，大大多多数数情情况况下下也也是是不不必必要要的的。因因为为实实际际信信道道往往往往仅仅是是一一个个码码元元脉脉冲冲波波形形对对邻邻近近的的少少数数几几个个码码元元产产生生串串扰扰，故故实实际际上上只只要要有有一一、二二十十个个抽抽头头的的滤滤波波器器就就可可以以了了。抽抽头头数数太太多多会会给给制造和使用都带来困难。制造和使用都带来困难。实实际际应应用用时时，是是用用示示波波器器观观察察均均衡衡滤滤波波器器输输出出信信号号y(t)的的眼眼图

42、图。通通过过反反复复调调整整各各个个增增益益放放大大器器的的，使使眼眼图图的的“眼眼睛睛”张开到最大为止。张开到最大为止。通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件（5.8-10）图图5-24g(t)及其频谱及其频谱 通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件图图5-25码元发生串扰的示意图码元发生串扰的示意图 通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件上式说明，对接收到的上式说明，对接收到的Ck作作模模2处理后便直接得到发送端处理后便直接得到发送端的的ak，此时不需要预先知道此时

43、不需要预先知道ak-1，因而不存在错误传播现象。因而不存在错误传播现象。整个上述处理过程可概括为整个上述处理过程可概括为“预编码预编码相关编码相关编码模模2判决判决”过程。例如，设过程。例如，设ak为为11101001，则有：，则有：上面讨论的部分响应系统组成方框如图上面讨论的部分响应系统组成方框如图5-27所示，其中图所示，其中图（a）是原理框图，图（是原理框图，图（b）是实际系统组成方框图。为简明是实际系统组成方框图。为简明起见，图中没有考虑噪声的影响。起见，图中没有考虑噪声的影响。通信原理课件通信原理课件图图5-27第第类部分响应系统组成框图类部分响应系统组成框图通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件表表5.8-1常见的部分响应波形常见的部分响应波形类类别别R1R2R3R4R5二进制输入时二进制输入时的的Ck电平数电平数012I113II1215III21-15通信原理课件通信原理课件类类别别R1R2R3R4R5二进制输入时二进制输入时的的Ck电平数电平数IV10-13V V-1-10 02 20 0-1-15续表（2）通信原理课件通信原理课件