无码间串扰的基带传输特性和系统抗噪声性能.ppt

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1、通信原理第六章 数字基带传输系统(无码间串扰的基带传输特性和基带传输系统的抗噪声性能)通信网络教研室：马东堂电话：75704(办)，13319601215（手机）Email:1复习-传输码的码型选择原则n 不含直流，且低频分量尽量少；n 应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提 取定时信号；n 功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带；n 不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源 的变化；n 具有内在的检错能力，即码型应具有一定规律 性，以便利用这一规律性进行宏观监测。n 编译码简单，以降低通信延时和成本。2复习-几种常用的传输码型1、AMI码t1 1 0 1 0 1Tsf fP(P(f f)2、

2、HDB3码1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0RZ码HDB3码-1 0 0 +1 B-0 0 V-+1 -1 B+0 0 V+0 -1 0 0 0 V-B-V-B+V+3复习-HDB3码的功率谱和特点n HDB3码的功率谱密度：f fP P(f f)AMIHDB3nHDB3码的特点：n无直流分量，高、低频分量少，传输频带窄。n有不中断业务的误码检测能力。n频谱中不含时钟分量，但在收端进行全波整流使之变成RZ码，可提取时钟。n克服了AMI码的不足，抑制了长连“0”。CCITT推荐HDB3码为PCM一、二、三次群的传输码型之一，E1采用该码型作为基带传输码

3、型。4复习-数字双相码和密勒码11010010A-Ab)t/TsA0a)t/Ts-Aa)数字双相码数字双相码 b)密勒码密勒码5复习-数字基带信号传输系统6复习-问题 H(f)满足什么条件，使得输出信号y(t)中无码间串扰，以使抽样判决器正确判决，恢复出发送序列的估计序列an？7第6章 数字基带传输系统n6.1 数字基带信号及其频谱特性 n6.2 基带传输的常用码型n6.3 数字基带信号传输与码间串扰n6.4 无码间串扰的基带传输特性n6.5 基带传输系统的抗噪声性能n6.6 眼图n6.7 部分响应和时域均衡主要内容主要内容86.4 无码间串扰的基带传输特性n6.4 无码间串扰的基带传输特性n

4、6.4.1 消除码间串扰的基本思想n若想消除码间串扰，应使96.4 无码间串扰的基带传输特性n两种可能：（1）通过各项互相抵消使等式为0；（2）由于an是随机的，要想通过各项相互抵消使码间串扰为0是不行的。106.4 无码间串扰的基带传输特性n6.4.2 无码间串扰的条件n时域条件 注：若h(t)的抽样值除了在t=0时不为零外，在其 它所有抽样点上均为零，就不存在码间串扰。无码间串扰的时域条件无码间串扰的时域条件116.4 无码间串扰的基带传输特性n举例：tTs3Ts-Ts-3Ts0.5TsTs1.5Ts-0.5Ts-Ts-1.5Tst0.5Ts1.5Ts-0.5Ts-1.5Tst12 满足无

5、码间串扰的传输特性不止一个，我们在实际系统中到底应该选哪一个？为什么要这样选？6.4 无码间串扰的基带传输特性136.4 无码间串扰的基带传输特性n传输特性：146.4 无码间串扰的基带传输特性n 无码间串扰传输特性的选择依据：n 带宽小；n 拖尾振荡幅度小，收敛快；n 容易实现；156.4 无码间串扰的基带传输特性n频域条件推导n在t=kTs时，有n把上式的积分区间用分段积分求和代替，每段长为2/Ts，则上式可写成166.4 无码间串扰的基带传输特性n将上式作变量代换：令n 则：d=d,=+2i/Ts，当=(2i1)/Ts时，=/Ts176.4 无码间串扰的基带传输特性n 由傅立叶级数可知，

6、若F()是周期为2/Ts的频率函数，则 可用指数型傅立叶级数表示n 将上式与上面的h(kTs)式对照，h(kTs)就是的指数型傅立叶级数的系数，即有 186.4 无码间串扰的基带传输特性n在无码间串扰时域条件的要求下，我们得到无码间串扰时的基带传输特性应满足或写成上述条件称为奈奎斯特(Nyquist)第一准则。196.4 无码间串扰的基带传输特性n频域条件的物理意义n将H()在 轴上以2/Ts为间隔切开，然后分段沿轴平移到(-/Ts,/Ts)区间内，将它们进行叠加，其结果应当为一常数（不必一定是Ts）。n这一过程可以归述为：一个实际的H()特性若能等效成一个理想（矩形）低通滤波器，则可实现无码

7、间串扰。206.4 无码间串扰的基带传输特性n例：21n 频域条件的讨论nf s2W（码元速率大于两倍系统带宽）n结论：当码元速率大于基带传输系统带宽的两倍时，无法得到一个无码间串扰的系统，或者说无法设计一个无码间串扰的信号波形。6.4 无码间串扰的基带传输特性22nf s=2W（码元速率等于两倍系统带宽）n结论：唯一可能的传输函数为 6.4 无码间串扰的基带传输特性23nf s2W（码元速率小于两倍系统带宽）n结论：多个H()重叠相加的结果，就有可能满足:6.4 无码间串扰的基带传输特性246.4 无码间串扰的基带传输特性n6.4.3 无码间串扰的传输特性的设计满足奈奎斯特第一准则并不是唯一

8、的要求。n理想低通特性n满足奈奎斯特第一准则的H()有很多种，容易想到的一种极限情况，就是H()为理想低通型，即256.4 无码间串扰的基带传输特性n它的冲激响应为nh(t)在t=kTs(k 0)时有周期性零点，当发送序列的时间间隔为Ts时，正好巧妙地利用了这些零点。只要接收端在t=kTs时间点上抽样，就能实现无码间串扰。266.4 无码间串扰的基带传输特性由理想低通特性还可以看出，对于带宽为的理想低通传输特性：n若输入数据以RB=1/Ts波特的速率进行传输，则在抽样时刻上不存在码间串扰。n若以高于1/Ts波特的码元速率传送时，将存在码间串扰。通常将此带宽B称为奈奎斯特带宽奈奎斯特带宽，将RB

9、称为奈奎斯特速率奈奎斯特速率。此基带系统所能提供的最高频带利用率为 n存在问题：这种特性在物理上是无法实现的；并且h(t)的振荡衰减慢，使之对定时精度要求很高。故不能实用。276.4 无码间串扰的基带传输特性n余弦滚降特性 n为了解决理想低通特性存在的问题，可以使理想低通滤波器特性的边沿缓慢下降，这称为“滚降”。n一种常用的滚降特性是余弦滚降特性：奇对称的余弦滚降特性286.4 无码间串扰的基带传输特性n 只要H()在滚降段中心频率处（与奈奎斯特带宽相对 应）呈奇对称的振幅特性，就必然可以满足奈奎斯特第 一准则，从而实现无码间串扰传输。奇对称的余弦滚降特性296.4 无码间串扰的基带传输特性n

10、 按余弦特性滚降的传输函数可表示为 n 相应的h(t)为 n 为滚降系数，用于描述滚降程度。它定义为306.4 无码间串扰的基带传输特性 fN 奈奎斯特带宽，f 超出奈奎斯特带宽的扩展量 n几种滚降特性和冲激响应曲线316.4 无码间串扰的基带传输特性n 滚降系数越大，h(t)的拖尾衰减越快n 滚降使带宽增大为n 余弦滚降系统的最高频带利用率为 326.4 无码间串扰的基带传输特性n当=0时，即为前面所述的理想低通系统；n当=1时，即为升余弦频谱特性，这时H()可表示为其单位冲激响应为 336.4 无码间串扰的基带传输特性n 1的升余弦滚降特性的h(t)满足抽样值上无串扰的传输条件，且各抽样值

11、之间又增加了一个零点，而且它的尾部衰减较快(与t2 成反比)，这有利于减小码间串扰和位定时误差的影响。但这种系统所占频带最宽，是理想低通系统的2倍，因而频带利用率为1波特/赫，是二进制基带系统最高利用率的一半。346.4 无码间串扰的基带传输特性n 在以上讨论中并没有涉及H()的相移特性。实际上它的 相移特性一般不为零，故需要加以考虑。n 在推导奈奎斯特第一准则公式的过程中，我们并没有指 定H()是实函数，所以，该公式对于一般特性的H()均适用。35第6章 数字基带传输系统n6.1 数字基带信号及其频谱特性 n6.2 基带传输的常用码型n6.3 数字基带信号传输与码间串扰n6.4 无码间串扰的

12、基带传输特性n6.5 基带传输系统的抗噪声性能n6.6 眼图n6.7 部分响应和时域均衡主要内容主要内容366.5 基带传输系统的抗噪声性能n分析模型376.5 基带传输系统的抗噪声性能n n(t)加性高斯白噪声，均值为0，双边功率谱密度为n0/2。n因为接收滤波器是一个线性网络，故判决电路输入噪声nR(t)也是均值为0的平稳高斯噪声，且它的功率谱密度Pn(f)为方差为nnR(t)是均值为0、方差为2的高斯噪声。386.5 基带传输系统的抗噪声性能n nR(t)的瞬时值的统计特性可用下述一维概率密度函数描述式中，V 噪声的瞬时取值nR(kTs)。396.5 基带传输系统的抗噪声性能n6.5.1

13、二进制双极性基带系统n设二进制双极性信号在抽样时刻的电平取值为+A或-A（分别对应信码“1”或“0”）,则在一个码元持续时间内，抽样判决器输入端的(信号+噪声)波形x(t)在抽样时刻的取值为噪声叠加在数字信号上的波形噪声叠加在数字信号上的波形A-A数字信号基带传输的差错率406.5 基带传输系统的抗噪声性能 n当发送“1”时，A+nR(kTs)的一维概率密度函数为 n当发送“0”时，-A+nR(kTs)的一维概率密度函数为416.5 基带传输系统的抗噪声性能n讨论：有两种差错形式：发送的“1”码被判为“0”码；发送的“0”码被判为“1”码。426.5 基带传输系统的抗噪声性能n发“1”错判为“

14、0”的概率P(0/1)为 n发“0”错判为“1”的概率P(1/0)为=436.5 基带传输系统的抗噪声性能n它们分别如下图中的阴影部分所示：446.5 基带传输系统的抗噪声性能n假设信源发送“1”码的概率为P(1)，发送“0”码的概率为P(0)，则二进制基带传输系统的总误码率为n在P(1)、P(0)给定时，误码率最终由A、n2和判决门限Vd决定。n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 n则可求得最佳门限电平 456.5 基带传输系统的抗噪声性能n若P(1)=P(0)=1/2，则有n 基带传输系统总误码率为由上式可见，在发送概率相等，且在最佳门限电

15、平下，双极性基带系统的总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。466.5 基带传输系统的抗噪声性能n6.5.2 二进制单极性基带系统n 对于单极性信号,若设它在抽样时刻的电平取值为+A或0（分别对应信码“1”或“0”），一维概率密度函数：x0A A叠加噪声后二元码幅度的概率密度函数判判决决电电平平476.5 基带传输系统的抗噪声性能n这时最佳判决门限为：n当P(1)=P(0)=1/2时，Vd*=A/2486.5 基带传输系统的抗噪声性能 要获得相同的误比特率，单极性信噪比要比双极性高3dB。或者说，在相同信噪比的情况下，双极

16、性信号的误比特率低于单极性信号。10-110-210-310-410-510-610-710-86 8 10 12 14 16 18pe单极性码单极性码双极性码双极性码二元码误码率曲线数字信号基带传输的误码率49小结可做习题：可做习题：6-116-11，6-12，6-16n 无码间串扰的时域条件；n 基带传输系统无码间串扰的频域条件；n 无码间串扰的传输特性的设计；n 数字基带传输系统的抗噪声性能分析。奈奎斯特第一准则：理想低通信道的截止频率为fc，当数字信号序列以每秒2fc的速率传送脉冲，将不会发生码间串扰。或者说每赫芝频带每秒可传送2个符号脉冲（即2B/s/Hz）。这是能够达到的极限速率。50思考题1、理想低通传输特性频带利用率可达理论上的最大值2B/Hz，但无法实现，升余弦传输特性容易实现，但频带利用率只有理想低通的一半，能否找到频带利用率为2B/Hz，实际中又可以实现的传输特性？2、我们讨论无码间串扰传输特性时，都是假设发送滤波器输入端加上的是以冲击函数 为基础的脉冲序列，如果送到发送滤波器的是以任意脉冲 为基础的脉冲序列时，此时无码间串扰条件应改为什么？51