通信原理之基带数字信号的表示与传输精选课件.ppt

1、1第第5 5章章 基带数字信号基带数字信号 的表示和传输的表示和传输通信原理课程组2目标要求目标要求l 基本要求基本要求 了解了解字符的编码方法；字符的编码方法；掌握掌握基带数字信号的基本波形；基带数字信号的基本波形；掌握掌握基带数字信号的传输码型，基带数字信号的传输码型，熟悉熟悉传输码型的传输码型的 基本要求；基本要求；掌握掌握基带数字信号的频率特性；基带数字信号的频率特性；掌握掌握基带数字信号传输系统模型、码间串扰、奈基带数字信号传输系统模型、码间串扰、奈 氏准则、部分响应系统；氏准则、部分响应系统；掌握掌握眼图模型，及信号波形和眼图的对应关系；眼图模型，及信号波形和眼图的对应关系；熟悉熟

2、悉时域均衡器的作用与原理。时域均衡器的作用与原理。3目标要求目标要求l 重点、难点重点、难点 重点是：重点是：基带数字信号的基本波形掌握；基带数字信号的基本波形掌握；AMIAMI码和码和HDB3HDB3码的编码规则的理解和掌握；码的编码规则的理解和掌握；无码间串扰应具有的传输特性的分析和掌握。无码间串扰应具有的传输特性的分析和掌握。难点是：难点是：基带数字信号的功率谱密度分析及其作用的理基带数字信号的功率谱密度分析及其作用的理 解和掌握；解和掌握；部分响应系统的原理、分析和作用的理解和掌部分响应系统的原理、分析和作用的理解和掌握。握。4主要内容主要内容 5.1 5.1 概述概述 5.2 5.2

3、 字符的编码方法字符的编码方法 5.3 5.3 基带数字信号的波形基带数字信号的波形 5.4 5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型 5.5 5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性 5.6 5.6 基带数字信号传输与码间干扰基带数字信号传输与码间干扰 5.7 5.7 眼图眼图 5.8 5.8 时域均衡器时域均衡器 小结小结 思考题、习题思考题、习题55.1 5.1 概述概述一、基带信号与频带信号一、基带信号与频带信号 1.1.基带信号：基带信号：频带分布在低频段（通常包含直流）频带分布在低频段（通常包含直流）且未经调制的信号。且未经调制的信号。2.2.基带传输：基带

4、传输：直接传输基带信号的通信方式。直接传输基带信号的通信方式。3.3.频带信号（带通信号）：频带信号（带通信号）：经过载波调制后的信号。经过载波调制后的信号。4.4.频带传输：频带传输：直接传输频带信号的通信方式。直接传输频带信号的通信方式。65.1 5.1 概述概述信信 源源发送端发送端接收端接收端信道编码信道编码调调 制制信信 道道压缩编码压缩编码解解 调调信信 宿宿保密解码保密解码信道解码信道解码压缩解码压缩解码保密编码保密编码噪声噪声同步同步信源编码信源编码信源解码信源解码75.1 5.1 概述概述二、数字信号传输时为什么需要不同的表示二、数字信号传输时为什么需要不同的表示方法？方法？

5、1.为了除去直流分量和频率很低的分量；为了除去直流分量和频率很低的分量；2.2.为了在接收端得到每个码元的起止时刻信息；为了在接收端得到每个码元的起止时刻信息；3.3.为了使信号的频谱和信道的传输特性相匹配为了使信号的频谱和信道的传输特性相匹配。返回返回8何谓字符？何谓字符？汉字、数字和英文字母汉字、数字和英文字母 ，统称为字符。，统称为字符。汉字的编码方法：汉字的编码方法：4 4位十进制数字表示一个汉字。位十进制数字表示一个汉字。例如，例如，电报编码：电报编码：“中中”“0022”“0022”，“国国”“0948”“0948”。区位码：区位码：“中中”“5448”“5448”，“国国”“25

6、90”“2590”。英文字母编码方法：英文字母编码方法：ASCII ASCII 码码 7 7位二进制数字位二进制数字表示一个字符表示一个字符 。表示字符的数字组合称为码组，也称为表示字符的数字组合称为码组，也称为“代码代码”。5.2 5.2 字符的编码方法字符的编码方法返回返回95.3 5.3 基带数字信号的波形基带数字信号的波形单极性波形单极性波形双极性波形双极性波形单极性归零波形单极性归零波形双极性归零波形双极性归零波形差分波形差分波形多电平波形多电平波形 105.3 5.3 基带数字信号的波形基带数字信号的波形例题：例题：在在A A律律1313折线折线PCMPCM语音通信系统中，语音通信

7、系统中，试写出归一化输入信号抽样值等于试写出归一化输入信号抽样值等于0.30.3时，时，输出的二进制码组（用折叠码表示），并输出的二进制码组（用折叠码表示），并用双极性归零矩形脉冲波形表示出来。用双极性归零矩形脉冲波形表示出来。115.3 5.3 基带数字信号的波形基带数字信号的波形0 1 0 1 1 0 0 0 1-V0+V+V+V0+V-V0(a)(b)(c)(d)(e)(a)(a)单极性波形单极性波形 (b)(b)双极性波形双极性波形 (c)(c)单极性归零波形单极性归零波形 (d)(d)双极性归零波形双极性归零波形(e)(e)差分波形差分波形125.3 5.3 基带数字信号的波形基带数

8、字信号的波形-V多电平波形多电平波形0+V+3V-3V返回返回135.4 5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型一、对于传输码型，有如下一些要求：一、对于传输码型，有如下一些要求：无直流分量和只有很小的低频分量；无直流分量和只有很小的低频分量；含有码元的定时信息；含有码元的定时信息；传输效率高；传输效率高；最好有一定的检错能力；最好有一定的检错能力；适用于各种信源，即要求以上性能和信源的统计特性无关适用于各种信源，即要求以上性能和信源的统计特性无关14二、二、AMIAMI码传号交替反转码码传号交替反转码 1.1.编码规则：编码规则：“1”1”交替变成交替变成“1”1”和和“1”1

9、”，“0”0”仍保持为仍保持为“0”0”。例：例：消息码：消息码：0 1 0 1 1 0 0 0 10 1 0 1 1 0 0 0 1 AMI AMI码：码：0 +1 0-1+1 0 0 0-10 +1 0-1+1 0 0 0-12.2.优点：优点：没有直流分量没有直流分量 、译码电路简单、译码电路简单 、能发现错码、能发现错码3.3.缺点：缺点：出现长串连出现长串连“0”0”时，将使接收端无法取得定时时，将使接收端无法取得定时 信息。信息。4.4.又称：又称：“1B/1T”1B/1T”码码 1 1位二进制码变成位二进制码变成1 1位位三进制码。三进制码。5.4 5.4 基带数字信号的传输码型

10、基带数字信号的传输码型155.4 5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型三、三、HDBHDB3 3码码 3 3阶高密度双极性码阶高密度双极性码 1.1.编码规则：编码规则：首先，将消息码变换成首先，将消息码变换成AMIAMI码，码，然后，检查然后，检查AMIAMI码中连码中连“0”0”的情况：的情况：当没有发现当没有发现4 4个以上（包括个以上（包括4 4个）连个）连“0”0”时，则不作改变，时，则不作改变，AMIAMI码就是码就是HDB3HDB3码。码。当发现当发现4 4个或个或4 4个以上连个以上连“0”0”的码元串时，就将第的码元串时，就将第4 4个个“0”0”变成变成与其

11、前一个非与其前一个非“0”0”码元（码元（“1”1”或或“1”1”）同极性的码元。）同极性的码元。将这个码元称为将这个码元称为“破坏码元破坏码元”，并用符号，并用符号“V V ”表示，即用表示，即用“+V V”表示表示“1”1”，用，用“V V”表示表示“1”1”。为了保证相邻为了保证相邻“V V”的符号也是极性交替：的符号也是极性交替：*当相邻当相邻“V V”之间有奇数个非之间有奇数个非“0”0”码元时，这是能够保证的。码元时，这是能够保证的。*当相邻当相邻“V V”之间有偶数个非之间有偶数个非“0”0”码元时，不符合此码元时，不符合此“极性极性交替交替”要求。这时，需将这个连要求。这时，需

12、将这个连“0”0”码元串的第码元串的第1 1个个“0”0”变成变成“B B”或或“B B”。B B的符号与前一个非的符号与前一个非“0”0”码元的符号相反；码元的符号相反；并且让后面的非并且让后面的非“0”0”码元符号从码元符号从V V码元开始再交替变化。码元开始再交替变化。162.2.译码：译码：发现相连的两个同符号的发现相连的两个同符号的“1”1”时，后面的时，后面的“1”1”及其及其前面的前面的3 3个符号都译为个符号都译为“0”0”。然后，将然后，将“+1”+1”和和“-1”-1”都译为都译为“1”1”，其它为，其它为“0”0”。3.3.优点：优点：除了具有除了具有AMIAMI码的优点

13、外，还可以使连码的优点外，还可以使连“0”0”码元串中码元串中“0”0”的数目不多于的数目不多于3 3个，而且与信源的统计特性无关。个，而且与信源的统计特性无关。5.4 5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型17例：例：消息码消息码:1000 0 1000 0 1 1 000 0 1 1:1000 0 1000 0 1 1 000 0 1 1 AMIAMI码码:-1000 0 +1000 0 -1 +1 000 0 -1 +1:-1000 0 +1000 0 -1 +1 000 0 -1 +1 HDB3HDB3码码:-1000 -:-1000 -V V +1000 +1000 +

14、V V -1 +1 B00 -1 +1 B00 -V V +1 -1 +1 -1 -1000 -1 +1000 +1 -1 +1 -100 -1 +1 -1 -1000 -1 +1000 +1 -1 +1 -100 -1 +1 -1 译译 码：码：-1000 0 +1000 0 -1 +1 000 0 +1 -1-1000 0 +1000 0 -1 +1 000 0 +1 -1 1000 0 1000 0 1 1 000 0 1 1 1000 0 1000 0 1 1 000 0 1 15.4 5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型185.4 5.4 基带数字信号的传输码型基带数

15、字信号的传输码型四、双相码四、双相码 曼彻斯特码曼彻斯特码1.1.编码规则编码规则：消息码：消息码“0”“0”传输码传输码“01”“01”消息码消息码“1”“1”传输码传输码“10”“10”例：例：消息码：消息码：1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 双相码：双相码：10 10 01 01 10 01 1010 10 01 01 10 01 10192.2.译码规则：译码规则：消息码消息码“0”“0”和和“1”“1”交替处有连交替处有连“0”“0”和连和连“1”“1”，可以作为码组的边界。，可以作为码组的边界。3.3.优缺点：优缺点：只有只有2 2电平，可以提供定时信息，无直

16、流电平，可以提供定时信息，无直流分量；但是占用带宽较宽。分量；但是占用带宽较宽。5.4 5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型205.4 5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型五、密勒码五、密勒码 1.1.编码规则：编码规则：消息码消息码“1”1”用中点处电压的突跳表示，或者说用中点处电压的突跳表示，或者说用用“01”01”或或“10”10”表示；表示；消息码消息码“0”0”单个消息码单个消息码“0”0”不产生电位变化，不产生电位变化，连连“0”0”消息码则在边界使电平突变，用消息码则在边界使电平突变，用“11”11”或或“00”00”表示表示 00消息码：消息码：

17、1 0 1 1 0 0 0 1双相码：双相码：10 01 10 10 01 01 01 10 双相码波形：双相码波形：双相码相位：双相码相位：0 0 0 0密勒码：密勒码：212.2.特点：特点：当当“1”1”之间有一个之间有一个“0”0”时，码元宽度时，码元宽度最长（等于两倍消息码的长度）。这一性质也可最长（等于两倍消息码的长度）。这一性质也可以用来检测误码。以用来检测误码。3.3.产生：产生：双相码的下降沿正好对应密勒码的突变双相码的下降沿正好对应密勒码的突变沿。因此，用双相码的下降沿触发双稳触发器就可沿。因此，用双相码的下降沿触发双稳触发器就可以得到密勒码。以得到密勒码。5.4 5.4

18、基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型22六、六、CMICMI码码 传号反转码传号反转码 1.1.编码规则：编码规则：消息码消息码“1”1”交替用交替用“11”11”和和“00”00”表示；表示；消息码消息码“0”0”用用“01”01”表示表示。00消息码：消息码：1 0 1 1 0 0 0 1双相码：双相码：10 01 10 10 01 01 01 10 双相码波形：双相码波形：双相码相位：双相码相位：0 0 0 0密勒码：密勒码：0CMI码：码：5.4 5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型23七、七、nBmBnBmB码码 1.1.这是一类分组码，它把消息码流的这是一类

19、分组码，它把消息码流的n n位二进制码元编为一位二进制码元编为一组，并变换成为组，并变换成为m位二进制的码组，其中位二进制的码组，其中mn。后者有。后者有2m种不同组合。由于种不同组合。由于mn，所以后者多出，所以后者多出(2m 2n)种组合。种组合。在在2m种组合中，可以选择特定部分为可用码组，其余部分种组合中，可以选择特定部分为可用码组，其余部分为禁用码组，以获得好的编码特性。为禁用码组，以获得好的编码特性。2.2.双相码、密勒码和双相码、密勒码和CMICMI码等都可以看作是码等都可以看作是1B2B1B2B码。在光纤码。在光纤通信系统中，常选用通信系统中，常选用m=n+1，例如，例如5B6

20、B5B6B码等。码等。3.3.除了除了nBmBnBmB码外，还可以有码外，还可以有nBmTnBmT码等等。码等等。nBmTnBmT码表示将码表示将n个个二进制码元变成二进制码元变成m个三进制码元。个三进制码元。5.4 5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型返回返回24一、二进制随机信号序列的功率谱密度一、二进制随机信号序列的功率谱密度 1.1.信号表示：信号表示：设信号中设信号中“0”0”和和“1”1”的波形分别为的波形分别为g1(t)和和g2(t)，码元宽带为码元宽带为T。(b)g2(t)波形波形g2(t)0g1(t-nt)g2t-(n+1)0 0 1 0 1Tts(t)(c)

21、s(t)波形波形(a)g1(t)波形波形0g1(t)5.5 5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性255.5 5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性2.2.功率谱计算：功率谱计算：假设随机信号序列是一个平稳随机过程，其中假设随机信号序列是一个平稳随机过程，其中“0”0”和和“1”1”的出现概率分别为的出现概率分别为P P 和和(1(1 P P)，而且它，而且它们的出现是统计独立的，们的出现是统计独立的，则有：则有：式中，式中，nntsts)()()1(),(),()(21PnTtgPnTtgtsn概率为概率为26其功率谱密度：其功率谱密度：式中，式中，T Tc c为

22、截取的一段信号的持续时间，设它等于：为截取的一段信号的持续时间，设它等于：式中，式中，N N 是一个足够大的整数。这样，是一个足够大的整数。这样，及及 若求出了截短信号若求出了截短信号s sc c(t t)的频谱密度的频谱密度S Sc c(f f)，利用，利用上式就能计算出信号的功率谱密度上式就能计算出信号的功率谱密度P Ps s(f f)。cCTsTfSEfPEfPc2)(lim)()(TNTc)12(NNnnctsts)()(TNfSEfPCNs)12()(lim)(25.5 5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性273.3.计算过程：计算过程：将将s sc c(t t)看成

23、由一个稳态波看成由一个稳态波v vc c(t t)和一个交变波和一个交变波u uc c(t t)合成的，稳态波是截短信号合成的，稳态波是截短信号s sc c(t t)的统计平均分量，的统计平均分量，而交变波而交变波u uc c(t t)就是就是s sc c(t t)与与v vc c(t t)之差。之差。5.5 5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性)()()(tvtutsccc)()()(fPfPfPvus284.4.计算结果：计算结果：双边功率谱密度表示式：双边功率谱密度表示式：单边功率谱密度表示式：单边功率谱密度表示式：mcccccvusmffmfGPmfPGffGfGPPf

24、fPfPfP)()()1()()()()1()()()(2212211221222122210),()()1()(2)()0()1()0()()1(2)(mccccccsfmffmfGPmfPGffGPPGffGfGPPffP（5.5 5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性295.5 5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性二、功率谱密度计算举例二、功率谱密度计算举例 1.1.单极性二进制信号单极性二进制信号 设信号设信号g g1 1(t t)=0,)=0,g g2 2(t t)=)=g g(t t)，则由其构成的随机，则由其构成的随机序列的双边功率谱密度为：序列的双

25、边功率谱密度为：式中，式中，G G(f )是是g g(t t)的频谱函数。当的频谱函数。当P P=1/2=1/2，且，且g g(t t)为矩形脉冲时，即当为矩形脉冲时，即当 时，时，g g(t t)的频谱函数为的频谱函数为mccccsmffmfGPffGPPffP)()()1()()1()(22tTttg其他,02,1)(fTfTTfGsin)(305.5 5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性故有故有)(41)(4)(41sin41)(222ffTSaTffTfTTffPcs315.5 5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性2.2.双极性二进制信号双极性二进制信号

26、 设信号设信号g g1(1(t t)=-)=-g g2(2(t t)=)=g g(t t)，则由其构成的随机序，则由其构成的随机序列的双边功率谱密度为：列的双边功率谱密度为：当当P P=1/2=1/2时，上式可以改写为时，上式可以改写为 若若g g(t t)为矩形脉冲，则将其频谱为矩形脉冲，则将其频谱G G(f)代入上式可得代入上式可得mccccsmffmfGPffGPPffP)()()12()()1(4)(222)()(fGffPcs)(sinsin)(222fTTSafTfTTfTfTTffPcs325.5 5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性)(sinsin)(222fT

27、TSafTfTTfTfTTffPcs335.5 5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性343.3.由上述例子可以看出：由上述例子可以看出：（1 1）在一般情况下，随机信号序列的功率谱密在一般情况下，随机信号序列的功率谱密度中包含连续谱和离散谱两个分量。但是对于双度中包含连续谱和离散谱两个分量。但是对于双极性信号极性信号g g(t t)=-)=-g g(t t)，且概率，且概率P P=1/2=1/2时，则没时，则没有离散谱分量。有离散谱分量。（2 2）若若g g1 1(t t)=)=g g2 2(t t)，则功率谱密度中没有连，则功率谱密度中没有连续谱分量，只有离散谱。续谱分量，只

28、有离散谱。为周期性序列，不含为周期性序列，不含信息量。信息量。5.5 基带数字信号的频率特性返回返回355.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰一、一、基带数字信号传输系统模型基带数字信号传输系统模型 发送发送滤波器滤波器信信 道道接收接收滤波器滤波器抽样抽样判决判决噪声噪声GR(f)C(f)GT(f)1.1.典型的基带数字信号传输系统模典型的基带数字信号传输系统模型型 设：设：G GT T(f f)发送滤波器的传输函数，发送滤波器的传输函数，G GR R(f f)接收滤波器的传输函数，接收滤波器的传输函数，C C(f f)信道的传输函数，信道的传输函数，H H(f

29、 f)=)=G GT T(f f)C C(f f)G GR R(f f)。365.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰传输系统模型传输系统模型基带基带传输传输抽样抽样判决判决H(f)2.2.简化的基带数字信号传输系统模简化的基带数字信号传输系统模型型371.1.码间串扰码间串扰 相邻码元间的互相重叠相邻码元间的互相重叠 产生的原因产生的原因 系统总传输特性系统总传输特性H H(f f)不良。不良。特点特点 随信号的出现而出现，随信号的消随信号的出现而出现，随信号的消失而消失（乘性干扰）失而消失（乘性干扰）5.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码

30、间串扰382.2.克服码间串扰的原理克服码间串扰的原理（1 1）理想情况）理想情况 设：系统总传输函数设：系统总传输函数H H(f f)具有理想矩形特性：具有理想矩形特性：式中，式中，T T为码元持续时间。为码元持续时间。当系统输入为单位冲激函数当系统输入为单位冲激函数(t t)时，抽样前接时，抽样前接收信号波形收信号波形h h(t t)应该等于应该等于H H(f f)的逆傅里叶变换：的逆傅里叶变换：其他处,021,)(TfTfHTtTtdfefHthTTftj/sin)()(2/12/125.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰395.6 5.6 基带数字信号传输

31、与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰 由图由图(b)(b)可见，可见，h h(t t)的零点间隔的零点间隔等于等于T T，只有原点左右第一个零点，只有原点左右第一个零点之间的间隔等于之间的间隔等于2 2T T。在理论上在理论上，可以用持续时间为，可以用持续时间为T T 的码元进行传输而无码间串扰。的码元进行传输而无码间串扰。如图如图(c)(c)所示。所示。这时，这时，传输带宽：传输带宽：W W=1/(2=1/(2T T)Hz)Hz 传输速率传输速率:R RB B=(1/=(1/T T)波特波特 速率带宽比速率带宽比:R RB B/W W 2 Baud/Hz 2 Baud/Hz 奈奎斯特速率奈奎

32、斯特速率1/2TH(f)T0-1/2Tf(a)H(f)曲线曲线(b)h(t)曲线曲线(c)h(t)和和h(t-T)间无串扰示意图间无串扰示意图40l 理想传输特性的问题理想传输特性的问题 不能物理实现不能物理实现 波形的波形的“尾巴尾巴”振荡大，时间长，要求抽样时间振荡大，时间长，要求抽样时间准确。准确。5.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰41（2 2）实用无码间串扰传输特性：）实用无码间串扰传输特性：奈奎斯特奈奎斯特19281928年给出了一条解决途径，他证明了为年给出了一条解决途径，他证明了为得到无码间串扰的传输特性，系统传输函数不必为矩得到无码间串扰的传输

33、特性，系统传输函数不必为矩形，而容许是具有缓慢下降边沿的任何形状。形，而容许是具有缓慢下降边沿的任何形状。要求：要求：传输函数是实函数，且在传输函数是实函数，且在 f f=w w 处奇对称，处奇对称，称为奈奎斯特准则。称为奈奎斯特准则。5.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰42(a)传输函数传输函数(b)矩形分量矩形分量(c)奇对称分量奇对称分量H1(f)5.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰435.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰（3 3）例：余弦滚降特性的传输函数）例：余弦滚降特性的传输函数 其冲激

34、响应为：其冲激响应为：fWWWWfWWWWfWWWffH1111110,0,2cos2121,1)(2110412cossin)(tWtWWtWtWts44W W1 1/W W 称为称为滚降系数滚降系数。当当W W1 1/W W=1=1时，称为时，称为升余升余弦特性弦特性。此时此时s s0 0(t t)的旁瓣小于的旁瓣小于31.5dB31.5dB，且零点增多了。，且零点增多了。滚降特性仍然保持滚降特性仍然保持2 2W W 波波特的传输速率，但是占用特的传输速率，但是占用带宽增大了。带宽增大了。(a)(a)传输函数传输函数(b)(b)冲激响应冲激响应5.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带

35、数字信号传输与码间串扰455.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰部分响应系统解决的问题：部分响应系统解决的问题：理想矩形传输特性：最高频带利用率（带宽最小），但不理想矩形传输特性：最高频带利用率（带宽最小），但不能物理实现，输出波形能物理实现，输出波形“尾巴尾巴”振荡过大、过长；振荡过大、过长；滚降特性：可以实现，输出波形滚降特性：可以实现，输出波形“尾巴尾巴”减小，但带宽增减小，但带宽增大，频带利用率降低了。大，频带利用率降低了。部分响应特性：可以解决上述矛盾。部分响应特性：可以解决上述矛盾。462.2.部分响应特性原理：部分响应特性原理：例：设传输函数例：设传

36、输函数H H(f f)为理想矩形。当加入两个相距时间为理想矩形。当加入两个相距时间T T 的的单位冲激时，输出波形是两个单位冲激时，输出波形是两个sinsinx x/x x波形的叠加：波形的叠加：式中，式中，W W=1/2=1/2T T 其频谱为：其频谱为：2/22/2sin2/22/2sin)(TtWTtWTtWTtWtg5.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰f1/2TG(f)1/2TTfTffTTfG2/1,02/1,cos2)(475.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰输出波形的特点：输出波形的特点：余弦形，带宽余弦形，带宽1/

37、2T1/2T。输出波形公式输出波形公式g g(t t)可以化简为可以化简为:g g(t t)值随值随t t2 2的增大而减小。的增大而减小。22/41/cos4)(TtTttg,5,3,0212/4)0(kkTgTgg485.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰 若用若用g g(t t)作为码元的波形，并以间隔作为码元的波形，并以间隔T T 传输，则在传输，则在抽样时刻上仅相邻码元之间互相干扰，而在抽样时抽样时刻上仅相邻码元之间互相干扰，而在抽样时刻上与其他码元互不干扰。刻上与其他码元互不干扰。表面观察，由于图中相邻码元间存在干扰，似乎不表面观察，由于图中相邻码元间

38、存在干扰，似乎不能以时间间隔能以时间间隔T T 传输码元。但是，因为这种干扰是传输码元。但是，因为这种干扰是确知的，故有办法仍以确知的，故有办法仍以1/1/T T 波特的码元速率正确传波特的码元速率正确传输。输。抽抽 样样 时时 刻刻a-1 a0 a1 a249例例1 1：设系统输入的二进制码元序列为设系统输入的二进制码元序列为 a ak k，其中，其中a ak k=1 1。当发送码元。当发送码元a ak k时，接收波形在相应抽样时刻上的时，接收波形在相应抽样时刻上的抽样值抽样值C Ck k决定于下式：决定于下式：C Ck k的可能取值只有的可能取值只有2 2、0 0、2 2，由上式可知：由上

39、式可知：如果前一码元如果前一码元a ak k-1-1已知，则在收到已知，则在收到C Ck k 后，就可以求出后，就可以求出a ak k 值。值。上例说明：原则上，可以达到理想频带利用率，上例说明：原则上，可以达到理想频带利用率，并且使码元波形的并且使码元波形的“尾巴尾巴”衰减很快。衰减很快。存在问题：错误传播。故不能实用。存在问题：错误传播。故不能实用。1kkkaaC1kkkaCa5.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰50例例2 2：实用部分响应特性：实用部分响应特性：设：发送端的输入码元设：发送端的输入码元a ak k用二进制数字用二进制数字0 0和和1 1表示

40、表示首先将首先将a ak k按照下式变成按照下式变成b bk k：式中，式中，为模为模2 2加法，加法，b bk k为二进制数字为二进制数字0 0或或1 1。将将 b bk k 用来传输。仿照上述原理，有用来传输。仿照上述原理，有 若对上式作模若对上式作模2 2加法运算，则有加法运算，则有上式表明，对上式表明，对C Ck k作模作模2 2加法运算，就可以得到加法运算，就可以得到a ak k，而无需预知，而无需预知a ak k-1-1，并且也没有错误传播问题。，并且也没有错误传播问题。1kkkbab1kkkbbCkkkkkkabbbbC12mod12mod5.6 5.6 基带数字信号传输与码间串

41、扰基带数字信号传输与码间串扰预编码预编码相关编相关编码码51例：例：设输入设输入 a ak k 为为1 1 1 0 1 0 0 11 1 1 0 1 0 0 1，则编解码过程为：，则编解码过程为：初始状态初始状态b bk k-1-10 0 初始状态初始状态b bk k-1-11 1二进制序列二进制序列 a ak k 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1二进制序列二进制序列 b bk k-1-1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0

42、0 1 1 1二进制序列二进制序列 b bk k 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0序序 列列 C Ck k 1 1 1 2 1 0 0 1 1 1 1 0 1 2 2 1 1 1 1 2 1 0 0 1 1 1 1 0 1 2 2 1二进制序列二进制序列C Ck k modmod 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1双极性输入序列双极性输入序列 a ak k 双极性信号序列双极性信号序列 b bk k 双极性信号

43、序列双极性信号序列 b bk k-1-1 序列序列 C Ck k 0 0 0 2 0 2 2 0 0 0 0 2 0 2 2 0 0 0 2 0 2 2 0 0 0 0 2 0 2 2 0 0判决准则：若判决准则：若C Ck k =0=0，判为，判为a ak k=+1=+1；若；若C Ck k=2 2，判为，判为a ak k=-1=-1。5.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰523.3.部分响应系统的原理方框图部分响应系统的原理方框图 第一类部分响应系统、双二进制第一类部分响应系统、双二进制(Duobinary)(Duobinary)信号传输系统信号传输系统 T发

44、送滤波器发送滤波器接收滤波器接收滤波器相加相加模模2 2判决判决T抽样抽样脉冲脉冲(a a)原理方框图原理方框图发送滤波器发送滤波器接收滤波器接收滤波器相加相加模模2 2判决判决T T抽样抽样脉冲脉冲(b b)实际方框图实际方框图5.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰535.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰 4.4.一般部分响应特性：一般部分响应特性：令令式中，式中，knkn(n n=1,2,=1,2,N N)加权系数，可以取正、负加权系数，可以取正、负或零值。或零值。对上式中对上式中g g(t t)作傅里叶变换，得到其频谱作傅里叶

45、变换，得到其频谱G G(f f)为：为：由上式看出，由上式看出，G G(f f)的频谱仍然仅存在于的频谱仍然仅存在于(-1/2(-1/2T T,1/2,1/2T T)范围内。范围内。TNtWTNtWkTtWTtWkWtWtktgN1212sin)(2)(2sin22sin)(21TfTfekTfGTnfjNkn21,0,21,)()1(21545.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰设输入序列为设输入序列为 a ak k，相应的编码序列为，相应的编码序列为 C Ck k，则有，则有式中，式中，a ak k可以是可以是L L进制的数字进制的数字 预编码规则预编码规则为

46、：为：式中，式中，为模为模L L加法加法 )1(121NkNkkkakakakC)1(121NkNkkkbkbkbka55 对于对于b bk k的的相关编码规则相关编码规则为：为：最后对最后对C Ck k进行模进行模L L运算运算 ：由上式看出，现在也不存在错误传播问题由上式看出，现在也不存在错误传播问题 。按照上述原理，目前已经有按照上述原理，目前已经有5 5类部分响应特性。类部分响应特性。)1(121NkNkkkbkbkbkCkLNkNkkLkabkbkbkCmod)1(121mod5.6 5.6 基带数字信号传输与码间串扰基带数字信号传输与码间串扰返回返回56一、什么是眼图一、什么是眼图

47、 眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的像人的眼睛一传输系统性能时在示波器上观察到的像人的眼睛一样的图形。样的图形。二、眼图的基本原理二、眼图的基本原理 1 1、原理：、原理：在示波器的垂直（在示波器的垂直（Y Y）轴上加入接收信号码元序）轴上加入接收信号码元序列电压，在水平（列电压，在水平（X X）轴上加入一个锯齿波，其频率等于信）轴上加入一个锯齿波，其频率等于信号码元传输速率，即示波器水平时间轴的长度等于信号码元号码元传输速率，即示波器水平时间轴的长度等于信号码元的持续时间。的持续时间。5.7 5.7 眼眼

48、图图57二、眼图的基本原理二、眼图的基本原理 2 2、对于二进制双极性信号：、对于二进制双极性信号：特点：在理想情况下（无噪声和码间串绕），特点：在理想情况下（无噪声和码间串绕），显示有如一只睁开的眼睛；显示有如一只睁开的眼睛；在有干扰情况下，在有干扰情况下，“眼睛眼睛”张开的程张开的程度代表干扰的强弱。度代表干扰的强弱。5.7 5.7 眼眼 图图585.7 5.7 眼眼 图图 连连1 1码码-连续正电平连续正电平-上面的一根水平线上面的一根水平线 连连0 0码码-连续负电平连续负电平-下面的一根水平线下面的一根水平线 中间部分中间部分-1-1，0 0交替码产生交替码产生595.7 5.7 眼

49、眼 图图 若水平扫描周期为若水平扫描周期为nTnT时，可以得到并排的时，可以得到并排的n n只眼睛。只眼睛。n=4 n=4时，由双极性码得到的眼图。时，由双极性码得到的眼图。605.7 5.7 眼眼 图图615.7 5.7 眼眼 图图三、眼图的模型三、眼图的模型1 1、“眼睛眼睛”张开最大的时刻是最佳抽样时刻；张开最大的时刻是最佳抽样时刻；2 2、中间水平横线表示最佳判决门限电平；、中间水平横线表示最佳判决门限电平；3 3、阴影区的垂直高度表示接收信号振幅失真范围；、阴影区的垂直高度表示接收信号振幅失真范围；4 4、“眼睛眼睛”斜边的斜率表示抽样时刻对定时误差的斜边的斜率表示抽样时刻对定时误差

50、的灵敏度；灵敏度；5 5、在无噪声情况下，、在无噪声情况下，“眼睛眼睛”张开的程度，即在抽张开的程度，即在抽样时刻的上下两阴影区间的距离之半，为噪声容样时刻的上下两阴影区间的距离之半，为噪声容限；若在抽样时刻的噪声值超过这个容限，就可限；若在抽样时刻的噪声值超过这个容限，就可能发生错误判决。能发生错误判决。返回返回625.8 5.8 时域均衡器时域均衡器一、概述一、概述 1 1、均衡器的用途、均衡器的用途 减小码间串扰减小码间串扰 2 2、均衡器的种类：、均衡器的种类：频域均衡器：从滤波器的频率特性考虑；频域均衡器：从滤波器的频率特性考虑；时域均衡器：从系统的时域特性考虑。时域均衡器：从系统的