数字信号基带传输---福建信息职业技术学院.ppt

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1、本章要点本章要点数字基带信号数字基带的常用码型 无码间串扰的基带传输系统无码间串扰的基带传输系统眼图和均衡眼图和均衡5数字信号的基带传输系统数字信号的基带传输系统频频带带传传输输：为为了了适适应应信信道道传传输输而而将将基基带带信信号号进进行行调调制制，即即将将基基带带信信号号的的频频谱谱搬搬移移到到某某一一高高频频处处，变变为为频频带带信信号号进进行行传传输输，这这种种传传输输频频带带信信号号的的方方式式称称为为频带传输方式。频带传输方式。基带传输：基带传输：将数字基带信号直接送入信道传输，将数字基带信号直接送入信道传输，就就 称之为基带传输。称之为基带传输。5.1数字基带信号传输系统常用码

2、型数字基带信号传输系统常用码型数字基带信号都是用携带信息的电脉冲来表示的。表示单个数字数字基带信号都是用携带信息的电脉冲来表示的。表示单个数字信息或码元的电脉冲形状称为信息或码元的电脉冲形状称为波形波形，如矩形波、三角波、升余弦波，如矩形波、三角波、升余弦波等。表示数字信息序列或码元序列的电脉冲格式称为码型，等。表示数字信息序列或码元序列的电脉冲格式称为码型，如单如单极性归零码、双极性非归零码等。在有线信道中传输的基带信号又极性归零码、双极性非归零码等。在有线信道中传输的基带信号又称为线路传输码型，即称为线路传输码型，即传输码传输码。一、线路码及码型设计的原则：一、线路码及码型设计的原则：（1

3、 1）能从其相应的基带信号中获取定时信息。）能从其相应的基带信号中获取定时信息。（2 2）相应的基带信号无直流成分，并只有很小的低频成分。）相应的基带信号无直流成分，并只有很小的低频成分。（3 3）不受信息源统计特性的影响，即能够适应信息源的变化。）不受信息源统计特性的影响，即能够适应信息源的变化。（4 4）尽可能地提高传输码型的传输效率。）尽可能地提高传输码型的传输效率。（5 5）具有内在的检错能力，等等。）具有内在的检错能力，等等。5.1.1数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型二、数字基带信号的常见码型：二、数字基带信号的常见码型：单极性非归零码单极性非归零码单极性非归零码单极性非

4、归零码、双极性非归零双极性非归零双极性非归零双极性非归零码码码码、单极性归零码单极性归零码单极性归零码单极性归零码、双极性归零码双极性归零码双极性归零码双极性归零码、差分码差分码差分码差分码等。等。1单极性非归零（单极性非归零（NRZ）码码图图5-1a）为单极性非归零码实例，它是一种最简单的码型，分别为单极性非归零码实例，它是一种最简单的码型，分别用占满一个码元周期的正电平（或负电平）和零电平来表示用占满一个码元周期的正电平（或负电平）和零电平来表示“1”和和“0”。在表示一个码元时，电压均无需回到零，故称为。在表示一个码元时，电压均无需回到零，故称为非归零码非归零码。接收端对这种电平的判决是

5、由识别电路来完成的，识别电路由限幅整接收端对这种电平的判决是由识别电路来完成的，识别电路由限幅整形器和抽样判决器组成。限幅整形器是把接收信号整理成形器和抽样判决器组成。限幅整形器是把接收信号整理成“近似的方近似的方波波”，即把低于限幅门限的信号变成零电平，而把高于限幅门限的信，即把低于限幅门限的信号变成零电平，而把高于限幅门限的信号变成有电脉冲。显然，最佳门限电平应选择为脉冲幅度的一半。号变成有电脉冲。显然，最佳门限电平应选择为脉冲幅度的一半。缺点：缺点：在信号随信道特性变化时，难以保持最佳门限；在输入为在信号随信道特性变化时，难以保持最佳门限；在输入为连连“1”或连或连“0”码时，难以提取位

6、同步信息。码时，难以提取位同步信息。000000000011111ttttttttt数字基带信号码型数字基带信号码型a）单极性单极性NRZ码码b）双极性双极性NRZ码码c）单极性单极性RZ码码d）双极性双极性RZ码码e）差分码差分码f）AMI码码g）HDB3码码h）曼彻斯特码曼彻斯特码i）传号反转码传号反转码a)b)c)d)e)f)g)h)i)二进制二进制代码代码Tb002双极性非归零（双极性非归零（NRZ）码码双极性双极性NRZ码中，码中，“1”和和“0”分别对应正、负电平，如分别对应正、负电平，如图图b）。双极性双极性NRZ码现已在高速网络技术中得到了应用，以前则有时作码现已在高速网络技术

7、中得到了应用，以前则有时作为线路码使用。这是因为双极性为线路码使用。这是因为双极性NRZ码可以在无接地的传输线路上码可以在无接地的传输线路上传输；而且当传输；而且当“1”和和“0”等概率出现时，码流中无直流分量。但等概率出现时，码流中无直流分量。但当当“1”和和“0”出现概率不等时，仍含有直流分量；双极性出现概率不等时，仍含有直流分量；双极性NRZ码码中仍不能直接提取同步信息。中仍不能直接提取同步信息。3单极性归零（单极性归零（RZ）码码图图c）为单极性归零码实例。这种码型用宽度不占满一个码元周为单极性归零码实例。这种码型用宽度不占满一个码元周期的正脉冲（或负脉冲）表示期的正脉冲（或负脉冲）表

8、示“1”，用零电平表示，用零电平表示“0”，即每个，即每个脉冲在码元周期内总要回归到零电平。它同样存在判决门限不易保脉冲在码元周期内总要回归到零电平。它同样存在判决门限不易保持最佳，以及在输入连持最佳，以及在输入连“1”或连或连“0”时，难以提取位同步信息的时，难以提取位同步信息的缺点，而且它所占用的信道带宽比单极性非归零码要宽。缺点，而且它所占用的信道带宽比单极性非归零码要宽。占空比指的是脉冲宽度占空比指的是脉冲宽度与码元宽度与码元宽度Tb之比之比/Tb。单极性单极性RZ码码的占空比为的占空比为50。4双极性归零（双极性归零（RZ）码码双极性归零码的构成原理与单极性归零码相同，如双极性归零码

9、的构成原理与单极性归零码相同，如图图d）。每每一个码元被分成两个相等的间隔，一个码元被分成两个相等的间隔，“1”码是在前一个间隔为正电码是在前一个间隔为正电平而后一个间隔回到零电平，而平而后一个间隔回到零电平，而“0”码则是在前一个间隔内为负码则是在前一个间隔内为负电平而后一个间隔回到零电平。电平而后一个间隔回到零电平。双极性双极性RZ码的优点：码的优点：发送端不必按固定频率发送信号，而接收发送端不必按固定频率发送信号，而接收端也不必提取同步信息。因为双极性端也不必提取同步信息。因为双极性RZ码在传输线上分别用正脉码在传输线上分别用正脉冲和负脉冲表示，且相邻脉冲间必有零电平区域存在，因此，在接

10、冲和负脉冲表示，且相邻脉冲间必有零电平区域存在，因此，在接收端根据接收波形归于零电平便可知道收端根据接收波形归于零电平便可知道1比特信息已接收完毕，从比特信息已接收完毕，从而为下一比特信息的接收做了准备，所以在发送端不必按固定频率而为下一比特信息的接收做了准备，所以在发送端不必按固定频率发送信号。相当于正负脉冲前沿起启动信号的作用，后沿起终止信发送信号。相当于正负脉冲前沿起启动信号的作用，后沿起终止信号的作用，故能够经常保持正确的比特同步，号的作用，故能够经常保持正确的比特同步，即接收端不必提取同步信息。这种收发之间无需特别定时，且各即接收端不必提取同步信息。这种收发之间无需特别定时，且各符号

11、独立构成起止方式的同步方式称为符号独立构成起止方式的同步方式称为自同步方式自同步方式。双极性双极性RZ码中，当码中，当“1”和和“0”不是等概率出现时，码流中不是等概率出现时，码流中仍有直流分量。仍有直流分量。5差分码差分码差分码利用前后码元电平的相对极性来传送信息，是一种相差分码利用前后码元电平的相对极性来传送信息，是一种相对码。差分码分为对码。差分码分为“0”差分码和差分码和“1”差分码两种码型。差分码两种码型。“0”差分码是利用相邻前后码元电平极性改变来表示差分码是利用相邻前后码元电平极性改变来表示“0”，不变表，不变表示示“1”。“1”差分码则与差分码则与“0”差分码的规定相反，如差分

12、码的规定相反，如图图e）。对于差分码，即使接收端收到的码元极性与发送端完全相对于差分码，即使接收端收到的码元极性与发送端完全相反，也能正确地进行判决。反，也能正确地进行判决。6交替极性（交替极性（AMI）码码交替极性码交替极性码又称为双极方式码、平衡对称码、信号交替反转又称为双极方式码、平衡对称码、信号交替反转码等。码等。AMI码是单极性方式的变形，即将单极性方式中的码是单极性方式的变形，即将单极性方式中的“0”码仍与零电平对应，而码仍与零电平对应，而“1”码交替地变换为传输码的码交替地变换为传输码的1、1、1、1、.，如，如图图f）所示。再例如：所示。再例如：AMI码实际上是用三种电平来表示

13、二进制信号的，故又称为码实际上是用三种电平来表示二进制信号的，故又称为伪三元码伪三元码。AMI码经过全波整流变为单极性码经过全波整流变为单极性RZ码后即可提取同步信息。码后即可提取同步信息。并具有一定的检错能力，如果接收端收到的码元极性与发送端完并具有一定的检错能力，如果接收端收到的码元极性与发送端完全相反，仍能够正确判决。码流中无直流成分，且只有很小的低全相反，仍能够正确判决。码流中无直流成分，且只有很小的低频成分，所以频成分，所以AMI码特别适合在有交流耦合的信道中传输。但当码特别适合在有交流耦合的信道中传输。但当码流中出现长连码流中出现长连“0”时，难以提取同步信息。时，难以提取同步信息

14、。代码：代码：10011000111AMI码：码：100110001117三阶高密度双极性（三阶高密度双极性（HDB3）码码为了克服为了克服AMI码的缺点而保持其优点，出现了许多改进的码的缺点而保持其优点，出现了许多改进的AMI码，码，HDB3码就是其中具有代表性的码就是其中具有代表性的AMI码，也是码，也是CCITT推推荐使用的码型之一。荐使用的码型之一。HDB3码码的全称为三阶高密度双极性码。编码原理是：先把消的全称为三阶高密度双极性码。编码原理是：先把消息代码变换成息代码变换成AMI码，然后去检查码，然后去检查AMI码的连码的连“0”串情况，当串情况，当没有没有4个以上连个以上连“0”串

15、时，则这时的串时，则这时的AMI码就是码就是HDB3码；当出码；当出现现4个以上连个以上连“0”串时，则将每串时，则将每4个连个连“0”小段的第小段的第4个个“0”变变换成与其前一非换成与其前一非“0”符号（符号（1或或1）同极性的符号。因为这）同极性的符号。因为这样做有可能破坏样做有可能破坏“极性交替反转极性交替反转”的规律，故将该符号称为的规律，故将该符号称为破坏破坏符号符号，用，用V符号表示（即符号表示（即1记为记为V，1记为记为V）。）。为使附加为使附加V符号后的序列不破坏符号后的序列不破坏“极性交替反转极性交替反转”造成的无直流特性，必造成的无直流特性，必须保证相邻须保证相邻V符号也

16、为极性交替。显然，当相邻符号也为极性交替。显然，当相邻V符号之间有奇数符号之间有奇数个非个非“0”符号时，是能够保证无直流特性的；而当有偶数个非符号时，是能够保证无直流特性的；而当有偶数个非“0”符号时，符号时，则得不到保证，这时，再将该小段的第一个则得不到保证，这时，再将该小段的第一个“0”变换成变换成B或或B，而，而B符号的极性与前一非符号的极性与前一非“0”符号的相反，并让后面的非符号的相反，并让后面的非“0”符号从符号从V符号开始再交替变换，如符号开始再交替变换，如图图g）。再例如：再例如：虽然虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码比较简单。从上述码的编码规则比较复杂，但译码比较简单

17、。从上述原理看出，每一个破坏符号原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非总是与前一非“0”符号同极性（包符号同极性（包括括B符号在内），故从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点符号在内），故从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，从而断定从而断定V符号及其前面的符号及其前面的3个符号必是连个符号必是连“0”符号，然后恢复符号，然后恢复4个连个连“0”码，再将所有码，再将所有1变成变成1，最后便得到原消息代码。，最后便得到原消息代码。HDB3码除保持了码除保持了AMI码的优点外，还增加了使连码的优点外，还增加了使连“0”串减少串减少到至多到至多3个的优点，而不管信息源的统计特性如何。这对于同步信

18、个的优点，而不管信息源的统计特性如何。这对于同步信息的恢复十分有利。息的恢复十分有利。代码：代码：100001000011000011AMI码：码：100001000011000011HDB3码：码：1000V1000V11B00V118曼彻斯特（曼彻斯特（Manchester）码码曼彻斯特码曼彻斯特码又称为分相码或双相码。是对每个二进制代码分又称为分相码或双相码。是对每个二进制代码分别利用两个具有别利用两个具有2个不同相位的二进制新码去取代的码型。如个不同相位的二进制新码去取代的码型。如“1”码用正、负脉冲表示，码用正、负脉冲表示，“0”码用负、正脉冲表示，如码用负、正脉冲表示，如图图h）。

19、优点优点：无直流分量，最长连：无直流分量，最长连“0”、连、连“1”数为数为2，定时信息，定时信息丰富，编译码电路简单。但其码元速率比输入的信码速率要高一丰富，编译码电路简单。但其码元速率比输入的信码速率要高一倍。倍。9传号反转（传号反转（CMI）码码传号反转码的编码规则传号反转码的编码规则：“1”码交替用码交替用“11”和和“00”表示；表示；“0”码用码用“01”表示，如表示，如图图i）。优点优点：无直流分量，且有频繁出现的波形跳变，便于提取同：无直流分量，且有频繁出现的波形跳变，便于提取同步信息，具有误码监测能力。但步信息，具有误码监测能力。但CMI码存在因极性反转而引起的码存在因极性反

20、转而引起的译码错误问题。译码错误问题。10密勒（密勒（Miller）码码密勒码密勒码又称为延迟调制码，可又称为延迟调制码，可看成是曼彻斯特码的一种变形。编看成是曼彻斯特码的一种变形。编码规则：码规则：“1”码用码元持续时间中心码用码元持续时间中心点出现跃变来表示，即用点出现跃变来表示，即用“10”或或“01”来表示。来表示。“0”码分两种情况处理，码分两种情况处理，对于单个对于单个“0”时，在码元持续时间内时，在码元持续时间内不出现电平跃变，且与相邻码元的不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变；对于连边界处也不跃变；对于连“0”时，在两个时，在两个“0”码的边界处出现码的边界处出现电平跃

21、变，即电平跃变，即“00”与与“11”交替，如图交替，如图5-2。由图可见，若两。由图可见，若两个个“1”码中间有一个码中间有一个“0”码时，密勒码流中出现最大宽度为码时，密勒码流中出现最大宽度为2Tb（Tb为码元周期）的波形，可以此特性来进行误码检测。为码元周期）的波形，可以此特性来进行误码检测。11110000A0AA0Aa）曼彻斯特码曼彻斯特码t/Tbt/Tbb）密勒码密勒码图图2曼彻斯特码和密勒码的波形曼彻斯特码和密勒码的波形曼彻斯特码的下降沿与密勒码的跃变沿相对应。故用曼彻斯特曼彻斯特码的下降沿与密勒码的跃变沿相对应。故用曼彻斯特码的下降沿去触发双稳电路，即可得到密勒码。码的下降沿去

22、触发双稳电路，即可得到密勒码。以上介绍的几种码型，其波形均为矩形脉冲。实际上，基以上介绍的几种码型，其波形均为矩形脉冲。实际上，基带传输系统中各处的信号波形可以是矩形脉冲，也可以是升余带传输系统中各处的信号波形可以是矩形脉冲，也可以是升余弦、三角形等其他波形。弦、三角形等其他波形。1111二元分组码二元分组码(mBnBmBnB码码)前面我们介绍了前面我们介绍了1B2B1B2B码，码，1B2B1B2B码的缺点是它的传输速率和码的缺点是它的传输速率和频带宽度都增大了一倍。近年来在高速光纤通信中常用作线路频带宽度都增大了一倍。近年来在高速光纤通信中常用作线路传输码型的是传输码型的是5B6B5B6B码

23、码，它属于，它属于mBnBmBnB码码 (mn)(mm。5B6B码：码：是将信码流中每五位码分为一组，然后，是将信码流中每五位码分为一组，然后，再将五位码变换为六位码。再将五位码变换为六位码。编码的情况：编码的情况：五位码的排列数五位码的排列数25=32种种六位码的排列数六位码的排列数26=64种种码流码流“平衡平衡”情况的分析：情况的分析：（一）六位码中含有一）六位码中含有3个个“1”和和3个个“0”的的平衡平衡码组码组共有共有20个。所谓平衡是指在一个码组中个。所谓平衡是指在一个码组中“0”和和“1”的个数相同。的个数相同。（二）六位码中含有四个二）六位码中含有四个“1”两个两个“0”或四

24、个或四个“0”二个二个“1”的的不完全平衡码组不完全平衡码组各有各有15个。共个。共30个，在个，在5B6B码中只选用其中的码中只选用其中的各各12个。个。（三）除上述两种码组外，尚有三）除上述两种码组外，尚有64-2 15=14种码种码组禁用。组禁用。码组的选用：码组的选用：*首先选用码组中六位码中含有首先选用码组中六位码中含有3个个“1”和和3个个“0”20个平衡码。个平衡码。*再把再把30个含有四个个含有四个“1”两个两个“0”或四个或四个“0”二二个个“1”的不完全平衡码组中的的不完全平衡码组中的24个码组。分为正、个码组。分为正、负两种模式。正模式中负两种模式。正模式中“1”的个数多

25、；负正模式中的个数多；负正模式中“0”的个数多。两中模式交替使用，以保持直流分的个数多。两中模式交替使用，以保持直流分量稳定，基线不起伏。量稳定，基线不起伏。*综上所述，在综上所述，在5B6B的的64个码组中共采用了个码组中共采用了44个码个码组。组。将输入信码将输入信码10000，11101，01111，01100，11001，00001变换为变换为5B6B码。码。解：其输出码为解：其输出码为001011，100011，110100，010100，001101，011100。例例代表数字信息的数字基带信号应是一个随机信号，通代表数字信息的数字基带信号应是一个随机信号，通常用功率谱密度来描述随

26、机信号的统计特性。因为功率常用功率谱密度来描述随机信号的统计特性。因为功率谱密度与基带传输系统的带宽选择和位同步信号提取密谱密度与基带传输系统的带宽选择和位同步信号提取密切相关。切相关。一、单极性不归一、单极性不归0二进制脉冲序列的功率谱密度二进制脉冲序列的功率谱密度数字数字基带信号单个波形的频谱：基带信号单个波形的频谱：（设（设“1”、“0”码等概率出现，码元宽度）。码等概率出现，码元宽度）。5.2数字基带信号的功率谱密度数字基带信号的功率谱密度二、单极性归零二进制码序列的功率谱密度二、单极性归零二进制码序列的功率谱密度：(a)单极性归0二进制序列(b)的功率谱密度取取第第1个个过过0点点为

27、为频频带带宽宽度度，则则，是是不不归归零零二二进进制制序序列列的的两两倍倍；有有直直流流分分量量，还还有有奇奇数数倍倍于于基基波波频频率率的的谐谐波波。离离散散频频谱谱出出现现在在的的奇奇数数倍倍上上，由由于于接接收收端端的的位位同同步步信信号号从从基基波波中中提提取取，所所以以单单极性归零码中有位同步信息。极性归零码中有位同步信息。5.3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一、数字基带信号传输系统模型一、数字基带信号传输系统模型：如如下下图所示一个典型的数字基带信号传输系统模型。图所示一个典型的数字基带信号传输系统模型。图中：图中：基基带带码码型型编编码码电电路路的的输输

28、出出是是携携带带着着基基带带传传输输的的典典型型码码型型信信息的脉冲或窄脉冲序列，我们仅仅关注取值：息的脉冲或窄脉冲序列，我们仅仅关注取值：0、1或或1；发发送送滤滤波波器器又又叫叫信信道道信信号号形形成成网网络络，它它限限制制发发送送信信号号频频带带，同时将转换为适合信道传输的基带波形；同时将转换为适合信道传输的基带波形；信信道道可可以以是是电电缆缆等等狭狭义义信信道道也也可可以以是是带带调调制制器器的的广广义义信信道道，信道中的窄带高斯噪声会给传输波形造成随机畸变；信道中的窄带高斯噪声会给传输波形造成随机畸变；接接收收滤滤波波器器的的作作用用是是滤滤除除混混在在接接收收信信号号中中的的带带

29、外外噪噪声声和和由由信信道引入的噪声，对失真波形进行尽可能的补偿（均衡）；道引入的噪声，对失真波形进行尽可能的补偿（均衡）；抽抽样样判判决决器器是是一一个个识识别别电电路路，它它把把接接收收滤滤波波器器输输出出的的信信号号波波形放大、限幅、整形后再加以识别，进一步提高信噪比；形放大、限幅、整形后再加以识别，进一步提高信噪比；码型译码码型译码将抽样判决器送出的信号还原成原始信码。将抽样判决器送出的信号还原成原始信码。二、基带传输中的码间串扰二、基带传输中的码间串扰：1.定定义义：由由于于系系统统传传输输特特性性不不良良或或加加性性噪噪声声的的影影响响，使使信信号号波波形形发发生生畸畸变变，造造成

30、成收收端端判判决决上上的的困困难难，因因而而造造成成误误码，这种现象称为码，这种现象称为码间串扰码间串扰。2现现象象：脉脉冲冲会会被被展展宽宽，甚甚至至重重迭迭（串串扰扰）到到邻邻近近时时隙隙中去成为干扰。中去成为干扰。一一般般情情况况下下，原原始始数数字字基基带带信信号号都都是是矩矩形形脉脉冲冲，它它们们在在频频域域内内是是无无限限延延伸伸的的。若若直直接接将将矩矩形形脉脉冲冲的的基基带带信信号号送送入入信信道道传传输输，由由于于实实际际信信道道的的频频带带有有限限，并并产产生生衰衰耗耗和和相相移移，传传输输系系统统接接收收端端所所得得到到的的信信号号必必定定与与发发送送端端不不同同，波波形

31、形产产生生失失真真。下下图图（a)a)是是一一个个表表示示“1”码码的的半半占占空空比比脉脉冲冲（虚线所示脉冲为下一码元应出现的位置）；（虚线所示脉冲为下一码元应出现的位置）；(图图b）为为“1”码脉冲经信道传码脉冲经信道传输后出现在接收端的波形，其中输后出现在接收端的波形，其中传输信道的衰耗使接收端脉冲幅传输信道的衰耗使接收端脉冲幅度变小。传输信道的延迟特性度变小。传输信道的延迟特性（相移）使接收端脉冲波峰延后。（相移）使接收端脉冲波峰延后。传输线路的带宽有限使脉冲波形传输线路的带宽有限使脉冲波形宽度加大，形成波形拖尾。其中宽度加大，形成波形拖尾。其中尤以信道频带有限而产生的基带尤以信道频带

32、有限而产生的基带信号的频率失真是导致基带传输信号的频率失真是导致基带传输系统产生码间串扰的主要原因。系统产生码间串扰的主要原因。0Tb/2Tba）传输前的半占空比矩形脉冲传输前的半占空比矩形脉冲V脉宽脉宽码码间间串串扰扰Tb t0 t1b）传输后的失真脉冲波形传输后的失真脉冲波形上图传输波形失真示意图上图传输波形失真示意图如果对接收端收到的失真波形直接进行抽样判决，就会出现如果对接收端收到的失真波形直接进行抽样判决，就会出现问题。图（问题。图（b)中，传输后波形最大值出现在中，传输后波形最大值出现在t0时刻，而且波形展时刻，而且波形展得很宽，有拖尾。对该码元的抽样判决时刻，应选在得很宽，有拖尾

33、。对该码元的抽样判决时刻，应选在t=t0时刻（码时刻（码元波形最大值时刻称为元波形最大值时刻称为最佳抽样时刻最佳抽样时刻），而下一个码元的判决时），而下一个码元的判决时刻必然在刻必然在t1=t0+Tb。可见，在第二个码元的抽样时刻可见，在第二个码元的抽样时刻t1，第一个码第一个码元的波形并未衰减到零，这势必会影响到第二个码元的正常判决。元的波形并未衰减到零，这势必会影响到第二个码元的正常判决。实际通信中，往往都是连续不停地发送码元波形，因此，接收端实际通信中，往往都是连续不停地发送码元波形，因此，接收端在对某一码元抽样判决时，通常会还受到该码元前面若干个码元在对某一码元抽样判决时，通常会还受到

34、该码元前面若干个码元波形的共同影响，这种影响就是码间串扰。波形的共同影响，这种影响就是码间串扰。码间串扰的程度与抽样时刻、码元速率、基带码型和传输系码间串扰的程度与抽样时刻、码元速率、基带码型和传输系统的频率特性等因素有关，码间串扰严重时将引起误码。在不考统的频率特性等因素有关，码间串扰严重时将引起误码。在不考虑噪声影响时，码间串扰与误码的关系如图虑噪声影响时，码间串扰与误码的关系如图。图中图中a1、a2和和a3分分别为前三个别为前三个“1”码在码在t=3Tb+t0时刻（时刻（t为接收端对第四个码元的抽为接收端对第四个码元的抽样判决时刻，样判决时刻，t0是第一码元的抽样判决时刻）产生的码间串扰

35、是第一码元的抽样判决时刻）产生的码间串扰值；值；a4为第四个码（为第四个码（“0”码）在码）在t=3Tbt0时刻的值。若这组码时刻的值。若这组码元采用双极性码（正电平表示元采用双极性码（正电平表示“1”、负电平表示、负电平表示“0”），且判），且判决门限为零电平，则当决门限为零电平，则当a1+a2a3+a40时，判决为时，判决为“1”。因此，当。因此，当a1+a2a3时将引时将引起错判而产生误码。起错判而产生误码。0t0Tb2Tb3Tb3Tb+t0a1 a2a3a4t1110各各码码元元波波形形图图码间串扰对误码的影响码间串扰对误码的影响三、无码间串扰的基带传输特性三、无码间串扰的基带传输特性

36、1.理想基带传输系统理想基带传输系统理想基带传输系统理想基带传输系统是典型基带传输系统的数学分析模型，它是典型基带传输系统的数学分析模型，它具有理想的低通滤波特性（即传输特性），如具有理想的低通滤波特性（即传输特性），如图图10a）所示。对所示。对应的传输函数为：应的传输函数为：式中，式中，c为低通滤波器的截止频率，低通滤波器的带宽为低通滤波器的截止频率，低通滤波器的带宽b为为2c，1为通带内的传输系数。为通带内的传输系数。如果认为理想低通网络是线性时不变系统，且不考虑信号间如果认为理想低通网络是线性时不变系统，且不考虑信号间的相对时延关系，单位冲激脉冲的相对时延关系，单位冲激脉冲(t)通过此

37、理想低通滤波后的输出通过此理想低通滤波后的输出响应响应h(t)波形如波形如图图10b）。H()=1（或其他常数）（或其他常数）0cc/TbH()1a）理想低通特性理想低通特性04TbTbh(t)b）理想低通特性的冲激响应理想低通特性的冲激响应0图图10理想低通特性及其冲激响应理想低通特性及其冲激响应2Tb3Tb4Tb2Tb3Tbth(t)的数学表达式为：的数学表达式为：h(t)=式（式（5-5）由此可见，在由此可见，在t=0时，响应函数时，响应函数h(t)有最大输出值；随着时间的有最大输出值；随着时间的推移，输出响应的幅度逐渐衰减，波形形成很长的拖尾。输出响应推移，输出响应的幅度逐渐衰减，波形

38、形成很长的拖尾。输出响应在时间轴上具有很多零点，每个零点间隔都是在时间轴上具有很多零点，每个零点间隔都是Tb=。由由图图10b）可见，输入数据若以可见，输入数据若以2fc波特速率传输时，在抽样时波特速率传输时，在抽样时刻上的码间串扰是不存在的；若系统用高于刻上的码间串扰是不存在的；若系统用高于2fc波特速率传输时，将波特速率传输时，将存在码间串扰。存在码间串扰。因此，如果信号经传输后整个波形发生了变化，但只要其特因此，如果信号经传输后整个波形发生了变化，但只要其特定的样值波形保持不变，那么用再次抽样（即再生判决）的方法，定的样值波形保持不变，那么用再次抽样（即再生判决）的方法，仍然可以准确无误

39、地恢复原始信码，这就是奈奎斯特第一准则（又仍然可以准确无误地恢复原始信码，这就是奈奎斯特第一准则（又称为第一无失真条件）。各码元的间隔称为第一无失真条件）。各码元的间隔Tb称为称为奈奎斯特间隔，奈奎斯特间隔，B=fc=称为称为奈奎斯特带宽奈奎斯特带宽（也是系统频率），（也是系统频率），波形称为波形称为奈奎斯特脉冲奈奎斯特脉冲，码元传输速率，码元传输速率RB=2fc称为称为奈奎斯特速率奈奎斯特速率，奈奎斯，奈奎斯特速率也是系统无码间串扰时的系统最高传输速率。特速率也是系统无码间串扰时的系统最高传输速率。频带利用率频带利用率是指码元速率是指码元速率RB与带宽与带宽B的比值，即单位频带所的比值，即单

40、位频带所能传输的码元传输速率，频带利用率越高，系统的有效性越好。能传输的码元传输速率，频带利用率越高，系统的有效性越好。显然理想低通传输函数的频带利用率为显然理想低通传输函数的频带利用率为2波特波特/赫兹（赫兹（Baud/Hz或或B/Hz，即，即2bit/sHz），），这是最大的频带利用率，也是抽样值无失这是最大的频带利用率，也是抽样值无失真条件下所能达到的最高频带利用率。真条件下所能达到的最高频带利用率。奈奎斯特第一准则本质奈奎斯特第一准则本质上是抽样值无失真条件，它表明了无上是抽样值无失真条件，它表明了无码间串扰和充分利用频带的基本关系。同时说明，信号经过传输码间串扰和充分利用频带的基本关

41、系。同时说明，信号经过传输后，虽然整个波形会发生变化，但只要抽样值保持不变，那么用后，虽然整个波形会发生变化，但只要抽样值保持不变，那么用再次抽样的办法仍可以准确无误地恢复原始信号。因此采用理想再次抽样的办法仍可以准确无误地恢复原始信号。因此采用理想低通滤波器的冲激响应波形作接收波形就不会产生码间串扰。低通滤波器的冲激响应波形作接收波形就不会产生码间串扰。1理想低通滤波器基带传输的理想低通滤波器基带传输的特征参量特征参量：（1）奈奎斯特带宽）奈奎斯特带宽（2）奈奎斯特速率）奈奎斯特速率（3）奈奎斯特间隔）奈奎斯特间隔（4）无码间串扰的理想低通系统的频带利用率）无码间串扰的理想低通系统的频带利用

42、率2理想低通滤波器的理想低通滤波器的缺点缺点：（1）工程不易实现，滤波器截至特性不会做得狠陡。）工程不易实现，滤波器截至特性不会做得狠陡。（2）接收时对判断要求很严。）接收时对判断要求很严。（3）冲激响应衰减慢，拖尾长。）冲激响应衰减慢，拖尾长。四、四、升余弦滚降传输特性升余弦滚降传输特性另外一种无码间串扰的系统是具有升余弦滚降特性的传输系另外一种无码间串扰的系统是具有升余弦滚降特性的传输系统，注意，统，注意，“滚降滚降”是指升余弦信号的频谱过渡特性，而不是指是指升余弦信号的频谱过渡特性，而不是指波形的形状。波形的形状。具有滚降系数具有滚降系数的升余弦传输函数及其冲激响应波形如的升余弦传输函数

43、及其冲激响应波形如图图11所所示。对应的数学表达式为：示。对应的数学表达式为：式（式（5-7）H()=Tb0 0式（式（5-6）结合结合式（式（5-6）、式（式（5-7）和和图图10，经推导得知：，经推导得知：（1）当滚降系数）当滚降系数0时，系统为理想低通特性，时，系统为理想低通特性，1时为升余弦时为升余弦滚降特性。滚降特性。（2）对于）对于0的升余弦特性，其冲激响应的升余弦特性，其冲激响应h(t)的值，除在抽样点的值，除在抽样点t=0时不为零外，其余各抽样点上的值均为零，且在时不为零外，其余各抽样点上的值均为零，且在tTb后，各样值后，各样值点之间又增加了一个零，使点之间又增加了一个零，使

44、“尾巴尾巴”随时间的延长而衰减加快。这随时间的延长而衰减加快。这对于减弱定时抖动和消除码间串扰显然十分有利。对于减弱定时抖动和消除码间串扰显然十分有利。（3）升余弦滚降信号在前后抽样点处的码间串扰始终为零，因）升余弦滚降信号在前后抽样点处的码间串扰始终为零，因此它满足抽样值无失真传输条件。此它满足抽样值无失真传输条件。越小，波形拖尾的振荡起伏越大，越小，波形拖尾的振荡起伏越大，但传输频带减小；反之，但传输频带减小；反之，越大，拖尾振荡起伏越小，频带增加。极越大，拖尾振荡起伏越小，频带增加。极限情况下，限情况下，1时的滚降特性所占带宽比时的滚降特性所占带宽比0时的带宽增加一倍，时的带宽增加一倍，

45、但频带利用率只有极限利用率的一半。但频带利用率只有极限利用率的一半。（4）考虑到接收波形在再生判决中还要再进行抽样才能实现无）考虑到接收波形在再生判决中还要再进行抽样才能实现无失真传输，而实际抽样时刻不可能完全没有误差，抽样脉冲宽度失真传输，而实际抽样时刻不可能完全没有误差，抽样脉冲宽度不可能等于零，理想的瞬时抽样是不可能实现的，因此为了减小抽不可能等于零，理想的瞬时抽样是不可能实现的，因此为了减小抽样定时脉冲误差带来的影响，样定时脉冲误差带来的影响，值不能取得太大，通常选择值不能取得太大，通常选择0.2。在在实实际际中中传传输输网网络络不不可可能能是是理理想想低低通通，通通常常采采用用满满足

46、足几几对对称称条条件件的滚降低通滤波器来等效理想低通。相应的波形如图所示。的滚降低通滤波器来等效理想低通。相应的波形如图所示。2 2滚降因子滚降因子为带宽的扩展量与奈奎斯特带宽为带宽的扩展量与奈奎斯特带宽W Wc c之比。之比。的特性：越大抽样函数的拖尾振荡起伏越小、衰减越快。的特性：越大抽样函数的拖尾振荡起伏越小、衰减越快。与理想低通相比，它付出的代价是带宽增加了一倍。此时与理想低通相比，它付出的代价是带宽增加了一倍。此时系统的最高传码率虽然没变，但频带宽度已被扩展系统的最高传码率虽然没变，但频带宽度已被扩展，在在0 01 1之间变化。之间变化。可可见见，图图示示具具有有升升余余弦弦滚滚降降

47、传传输输特特性性的的滤滤波波器器满满足足奈奈氏氏第第一准则，其带宽一准则，其带宽传输速率传输速率频带利用率频带利用率比理想低通滤波器的频带利用率低了一倍。比理想低通滤波器的频带利用率低了一倍。例例：已已知知RB=25kb/s,求求基基带带传传输输时时取取=0.25，=0.5，=0.75，=1时所需实际信道带宽。时所需实际信道带宽。解：先求奈奎斯特带宽（频率）解：先求奈奎斯特带宽（频率）BN=RB/2=56103/2=28KHz=（B-BN）/BNB=(1+)BNB=(1+0.25)28=35KHzB=(1+0.5)28=56KHz的升余弦滚降系统，虽然是物理上能够实现的系统，的升余弦滚降系统，

48、虽然是物理上能够实现的系统，5.4部分响应系统部分响应系统其时域波形按其时域波形按t-3速率衰减、拖尾起伏小，抑制码间串扰的效速率衰减、拖尾起伏小，抑制码间串扰的效果也好，但它牺牲了系统的频带利用率。这一节介绍部分响果也好，但它牺牲了系统的频带利用率。这一节介绍部分响应系统，它不但能较好地抑制码间串扰、易于实现，而且频应系统，它不但能较好地抑制码间串扰、易于实现，而且频带利用率可以达到带利用率可以达到=2波特波特/赫兹的极限数值，所以在高速、赫兹的极限数值，所以在高速、大容量的传输系统中得到了推广与应用。具体地说，部分响大容量的传输系统中得到了推广与应用。具体地说，部分响应技术是一种利用人为引

49、入的码间串扰来改变传输序列频谱应技术是一种利用人为引入的码间串扰来改变传输序列频谱分布、压缩传输频带的技术。分布、压缩传输频带的技术。第第类部分响应类部分响应对对于于抽抽样样函函数数，如如果果只只是是把把时时间间上上相相邻邻1个个码码元元间间隔隔的的两两个个波波形形相相加加，合合成成的的波波形形就就称称为为第第类类部部分分响响应应波波形形，如如图图a所所示示。前前后后两两个个码码元元的的拖拖尾尾被被相相互互抵抵消消.其其频频谱谱如如图图b所所示示是是余余弦弦型型、具有缓变的滚降过渡特性。具有缓变的滚降过渡特性。接接收收端端抽抽样样判判决决定定时时间间隔隔仍仍取取Ts，因因而而所所得得样样值值中

50、中含含有有前前一一码码元元对对本本码码元元抽抽样样值值的的干干扰扰，由由于于前前一一码码元元的的符符号号是是已已知的，减去它就相当于消除了人为引入的码间串扰。知的，减去它就相当于消除了人为引入的码间串扰。（a）（b）5.7眼图眼图一、眼图分析法一、眼图分析法定义：用示波器观察二进制脉冲时，在示波器上可观察到的定义：用示波器观察二进制脉冲时，在示波器上可观察到的波形类似于人的眼睛，故称为眼图。波形类似于人的眼睛，故称为眼图。二、观察方法二、观察方法 将示波器的水平扫描周期调整为所接收脉冲序列码元间隔将示波器的水平扫描周期调整为所接收脉冲序列码元间隔T TS S的整数倍，从示波器的的整数倍，从示波