通信原理樊昌信學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1通信通信(tng xn)原理樊昌信原理樊昌信第一頁，共121頁。引 言研究數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的意義：研究數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的意義：近程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中廣泛采用近程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中廣泛采用基帶傳輸方式也有迅速發(fā)展的趨勢基帶傳輸方式也有迅速發(fā)展的趨勢(qsh)基帶傳輸中包含帶通傳輸?shù)脑S多基本問題基帶傳輸中包含帶通傳輸?shù)脑S多基本問題任何一個采用線性調(diào)制的帶通傳輸系統(tǒng)，可以等效為一個任何一個采用線性調(diào)制的帶通傳輸系統(tǒng)，可以等效為一個基帶傳輸系統(tǒng)來研究。基帶傳輸系統(tǒng)來研究。 數(shù)字基帶信號數(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。

2、很低頻率開始的。數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸(chun sh)系統(tǒng)系統(tǒng) 不經(jīng)載波調(diào)制而直接傳輸不經(jīng)載波調(diào)制而直接傳輸(chun sh)數(shù)字基帶信號的系統(tǒng)，常用于傳輸數(shù)字基帶信號的系統(tǒng)，常用于傳輸(chun sh)距離不太遠(yuǎn)的情況。距離不太遠(yuǎn)的情況。數(shù)字?jǐn)?shù)字(shz)帶通傳輸系統(tǒng)帶通傳輸系統(tǒng) 包括調(diào)制和解調(diào)過程的傳輸包括調(diào)制和解調(diào)過程的傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)第2頁/共121頁第二頁，共121頁。n 基帶傳輸(chun sh)系統(tǒng)組成：信道：給基帶信號(xnho)提供傳輸通道。第3頁/共121頁第三頁，共121頁。引言(ynyn)第4頁/共121頁第四頁，共121頁。輸入(shr)信號 碼型變換(binhun)

3、 傳輸(chun sh)波形 信道輸出 接收濾波輸出 位定時脈沖恢復(fù)的信息 n 引言10第5頁/共121頁第五頁，共121頁。數(shù)字(shz)基帶信號 及其 頻譜特性第6頁/共121頁第六頁，共121頁。單個序列(xli)六種基本(jbn)信號波形6.1.1 數(shù)字?jǐn)?shù)字(shz)基帶信號基帶信號幾種基本的基帶信號波形幾種基本的基帶信號波形 第7頁/共121頁第七頁，共121頁。第8頁/共121頁第八頁，共121頁。歸零通常，歸零波形使用通常，歸零波形使用(shyng)半占空碼，即占空比為半占空碼，即占空比為50%單極性波形和雙極性波形屬于非歸零單極性波形和雙極性波形屬于非歸零(NRZ)波形，其占空

4、比等于波形，其占空比等于100第9頁/共121頁第九頁，共121頁。接收端很容易識別出每個碼元的起止時刻，便于接收端很容易識別出每個碼元的起止時刻，便于(biny)同步同步第10頁/共121頁第十頁，共121頁。第11頁/共121頁第十一頁，共121頁。四電平四電平(din pn)波形波形00 +3E 01 +E10 - E11 -3E 第12頁/共121頁第十二頁，共121頁。nBnnTtgats)()(nntsts)()( 若各碼元波形相同若各碼元波形相同(xin tn)(xin tn)而取值不同，則可表而取值不同，則可表示為：示為：第第n個碼元的電平個碼元的電平(din pn)取值取值

5、隨隨機量機量 TB 碼元持續(xù)時間碼元持續(xù)時間 g(t) 某種脈沖某種脈沖(michng)波形波形 一般情況下，數(shù)字基帶信號可表示為一隨機脈沖序列：一般情況下，數(shù)字基帶信號可表示為一隨機脈沖序列：隨機脈沖序列隨機脈沖序列 12()( )(1)BnBg tnTPs tgtnTP， 以概率 出現(xiàn)（） ， 以出現(xiàn)數(shù)字基帶信號的表示式第13頁/共121頁第十三頁，共121頁。6.1.2 基帶信號基帶信號(xnho)的頻譜特性的頻譜特性 -PSDp由于數(shù)字基帶信號是一個隨機脈沖序列，沒有確定的頻譜函數(shù)，所以只能由于數(shù)字基帶信號是一個隨機脈沖序列，沒有確定的頻譜函數(shù)，所以只能用功率譜來描述它的頻譜特性。用功

6、率譜來描述它的頻譜特性。p將從隨機過程功率譜的原始定義出發(fā)，求出數(shù)字隨機序列的功率譜公式將從隨機過程功率譜的原始定義出發(fā)，求出數(shù)字隨機序列的功率譜公式第14頁/共121頁第十四頁，共121頁。)()(u ts tv t6.1.2 基帶信號基帶信號(xnho)的頻譜特性的頻譜特性 -PSD()suvPffPPf第15頁/共121頁第十五頁，共121頁?！?” - g1(t) - P “1 ”- g2(t) - 1-Pnntsts)()(1B2B()( )(1)ng tnTPs tgtnTP， 以概率 出現(xiàn)（） ， 以出現(xiàn)TB-TBg2(t-2TB)g2(t-TB)g1(t-2TB)g1(t+2T

7、B)g2(t+TB)g1(t )第16頁/共121頁第十六頁，共121頁。12( )()(1)()( )BBnnnv tPg tnTP g tnTv tv(t)：所謂穩(wěn)態(tài)波，即隨機序列：所謂穩(wěn)態(tài)波，即隨機序列(xli)s(t)的統(tǒng)計平均分量，它的統(tǒng)計平均分量，它取決于每個碼元內(nèi)出現(xiàn)取決于每個碼元內(nèi)出現(xiàn)g1(t)和和g2(t) 的概率加權(quán)平均：的概率加權(quán)平均：周期性信號周期性信號(xnho)(xnho)，v(t)v(t)在每個碼元內(nèi)的統(tǒng)計平均波形相同，在每個碼元內(nèi)的統(tǒng)計平均波形相同，故故v(t)v(t)是以是以TsTs為周期的周期信號為周期的周期信號(xnho)(xnho)第17頁/共121頁第

8、十七頁，共121頁。n顯然， u(t)是一個隨機脈沖序列 。)()()(tvtstunntutu)()()1 (),()()()1 ()()(),()()1 ()()1 ()()()(2121221211PnTtgnTtgPnTtgPnTtPgnTtgPnTtgnTtgPnTtgPnTtPgnTtgtussssssssssn以概率以概率)()()(21ssnnnTtgnTtgatu)1 (,1PPPPan以概率以概率12( )()(1)()( )BBnnnv tPg tnTP g tnTv t即即第18頁/共121頁第十八頁，共121頁。nBBnTtgPnTtPgtv)()()()(211周期

9、周期(zhuq)TB可展成傅里葉級數(shù)可展成傅里葉級數(shù)(j sh)(j sh)式中式中 1 v(t) 1 v(t)的功率的功率(gngl)(gngl)譜密度譜密度-Pv( f )-Pv( f )222( )1BBBTjm f tTBmCevdtTt2( )Bjm f tmmevCtv(t)是以為是以為Ts周期的周期信號周期的周期信號第19頁/共121頁第十九頁，共121頁。 只存在(cnzi)(-TB/2, TB/2)內(nèi)故有故有 積分(jfn)限可改為 - 到 BBB2B221( )jmmTTftedtTCv t12( )( )1)PvtPttggBBB21B2221( )(1)( )jmm f

10、tTTPg tP g tCedtTBB2121( )(1)( )mjm ftPg tP g tCedtT第20頁/共121頁第二十頁，共121頁。dtetgmfGtfmjBB211)()(其中其中(qzhng)1BBfT22即即第21頁/共121頁第二十一頁，共121頁。u(t)的截短函數(shù)的截短函數(shù)(hnsh)：( )( )TTu tUf(21)BTNT取截短時間取截短時間:12( )()()( )NNnnBTBnNnNu ta g tnutTg tnT( )TUf2 u(t)的功率的功率(gngl)譜密度譜密度-Pu( f )第22頁/共121頁第二十二頁，共121頁。222( )( )jf

11、tGfg t edt 其中(qzhng) ( )TUf第23頁/共121頁第二十三頁，共121頁。212( )( )( )BNjf nTTnnNUfa eG fGf2( )lim(21)(uNTBUPfNTEf 2( )TTTUUf Uff 22212BNNjf n m TTmN nNmnUfeGfGfEE a a 21212BNNjf n m TmnmN nNa a eGfGfGfGf 1,1nPPaPP以概率以概率 其中(qzhng) 第24頁/共121頁第二十四頁，共121頁。222211121mnPPa aPPPPPP() ，以概率，以概率()()，以概率()mn：m=n：22211m

12、nnPPa aaPP，以概率，以概率221(11)mnPPPPE a aPP （） （）2222(1)(1)2 (1)()01mnPPPPEPaPaPP（）1,1nPPaPP以概率以概率第25頁/共121頁第二十五頁，共121頁。2( )lim(21)(uNTBUPfNTEf10mnPPmE a anmn，第26頁/共121頁第二十六頁，共121頁。雙邊(shungbin)譜單邊譜 3 s(t ) =u(t)+v(t) 3 s(t ) =u(t)+v(t) 的功率的功率(gngl)(gngl)譜密度譜密度-Ps( f )Ps( f )第27頁/共121頁第二十七頁，共121頁。BBB1fRT

13、討論討論(toln)(toln)：連續(xù)譜連續(xù)譜離散譜離散譜連續(xù)譜總是存在的，這是因為代表數(shù)據(jù)信息的連續(xù)譜總是存在的，這是因為代表數(shù)據(jù)信息的g1(t)和和g2(t)波形不能完全相同，故有波形不能完全相同，故有G1(f) G2(f) 對于雙極性信號對于雙極性信號 g1(t) = - g2(t) = g(t) ，且概率，且概率P=1/2（等概）時，則沒有離散分量（等概）時，則沒有離散分量 (f - mfs)第28頁/共121頁第二十八頁，共121頁。221)()()1 ()()()(fGfGPPffPfPfPSvusmSSSSmffmfGPmfPGf)()()1 ()(221mSSSSSmffmfG

14、PffGPPffP)()()1 ()()1 ()(22mSSSSSmffmfGffGffP)()(41)(41)(222例例 求單極性求單極性NRZ和和RZ矩形脈沖序列矩形脈沖序列(xli)的功率譜的功率譜第29頁/共121頁第二十九頁，共121頁。 1,20,STtgtt其 他sin( )()SSSSSf TG fTT Saf Tf T0)()(nSaTmfGSSmSSSSSmffmfGffGffP)()(41)(41)(2222sin11( )44SSSSfTf TffT)(41)(42ffTSaTSS)( fPS第30頁/共121頁第三十頁，共121頁。例例參見教材參見教材P137139

15、P137139自行自行(zxng)(zxng)推導(dǎo)推導(dǎo)示意圖：示意圖：解第31頁/共121頁第三十一頁，共121頁。1B 譜零點譜零點(ln din)(ln din)帶寬：帶寬：BB=/2TT非歸零：半占空： 歸納歸納(gun)(gun)：第32頁/共121頁第三十二頁，共121頁。基帶傳輸(chun sh)de常用碼型第33頁/共121頁第三十三頁，共121頁。定時定時(dn sh)(dn sh)信息豐富；信息豐富； u AMI碼、碼、 HDB3 -1B1T碼碼u 雙相碼、雙相碼、 CMI碼碼 -1B2B碼碼u 塊編碼塊編碼 6.2.1 選碼原則6.2.2 幾種常用的傳輸碼型第34頁/共12

16、1頁第三十四頁，共121頁。編碼規(guī)則編碼規(guī)則(guz)(guz)： “1” +1“1” +1、-1-1交替交替 “0” 0 “0” 0 特點特點(tdin)：信碼有長連0串時，難以(nny)獲取定時信息。缺點缺點：1 碼碼傳號極性交替碼傳號極性交替碼 信 碼： 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 AMI碼：+1 0 0 -1+1 0 0 0 0 0 0 0 1+1 0 0 1 +1應(yīng)用應(yīng)用： PCM24路基群（北美系列）1.544Mb/s的線路碼型。舉例舉例：第35頁/共121頁第三十五頁，共121頁。 編碼規(guī)則：編碼規(guī)則： 連連“0”“0”個數(shù)不超過個數(shù)不

17、超過3 3個時，遵循個時，遵循AMIAMI的的編碼規(guī)則；編碼規(guī)則； 連連“0”“0”個數(shù)超過個數(shù)超過3 3個時，將第個時，將第4 4個個“0”“0”改為改為(i wi)(i wi)非非“0”“0”脈沖，脈沖， 記為記為V+V+或或V-V-，稱為破壞脈沖。，稱為破壞脈沖。 相鄰相鄰V V碼的極性必須交替出現(xiàn)（確保無碼的極性必須交替出現(xiàn)（確保無直流）；直流）； V V碼的極性應(yīng)與前一個非碼的極性應(yīng)與前一個非“0”“0”脈沖的極脈沖的極性相同，否則，性相同，否則， 將將00000000更改為更改為(i wi)B+00V+ (i wi)B+00V+ 或或 B-00V- B-00V- 。B B稱為調(diào)節(jié)脈

18、沖。稱為調(diào)節(jié)脈沖。 V V碼之后的傳號碼極性也要交替。碼之后的傳號碼極性也要交替。第36頁/共121頁第三十六頁，共121頁。 信碼 1000 1 00 1 000 0 1 000 0 1 1 0 00 0 1 1 HDB3碼 -1000+1 00-1 000V- +1 000V+ -1+1 B-00V- +1 -1除保持了AMI碼的特點之外，還將連“0”碼限制在 3 個以內(nèi)，有利于位定時信號(xnho)的提取。應(yīng)用： A律PCM 四次群以下的線路(xinl)接口碼型。10001 1001 特點(tdin)：舉例：譯碼： 第37頁/共121頁第三十七頁，共121頁?！? 0 ” 01 01；

19、“ “1 1” 10 10 帶寬(di kun)比原信碼大1倍。 3 雙相碼雙相碼 曼徹斯特曼徹斯特(mn ch s t)碼碼（Manchester）信碼 1 1 0 1 0 0 1 0雙相碼 10 10 01 10 01 01 10 01 局域網(wǎng)中的傳輸碼型。編碼(bin m)規(guī)則： 特點：缺點：應(yīng)用： 第38頁/共121頁第三十八頁，共121頁。應(yīng)用： A律PCM四次群的接口碼型； 速率低于8.448Mb/s的光纜傳輸系統(tǒng)中。第39頁/共121頁第三十九頁，共121頁。 5 nBmB碼碼 (mn)m位二進制碼（新碼組）n位二進制碼（原信碼組）2n 種組合種組合(zh)2m 種組合種組合(z

20、h) 從 2m 種中選擇(xunz)許用碼組，其余為禁用碼組第40頁/共121頁第四十頁，共121頁。mu 例如：4B/3T碼，把4個二進制碼變換成3個三元碼，u 1B/1T碼的改進型。u 在相同的碼速率下，4B/3T碼的信息容量大于1B/1T， u 因而可提高頻帶利用率。 u 4B/3T碼、8B/6T碼等適用(shyng)于高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如u 高次群同軸電纜傳輸系統(tǒng)。 6 nBmT碼碼 (m n)m位二進制碼（新碼組）n位二進制碼（原信碼組）第41頁/共121頁第四十一頁，共121頁。 數(shù)字(shz)基帶信號傳輸 與 碼間串?dāng)_第42頁/共121頁第四十二頁，共121頁。6.3.1 系統(tǒng)組

21、成系統(tǒng)組成(z chn) 與與 傳傳輸模型輸模型第43頁/共121頁第四十三頁，共121頁。輸入(shr)信號 碼型變換(binhun) 傳輸(chun sh)波形 信道輸出 接收濾波輸出 位定時脈沖恢復(fù)的信息 第44頁/共121頁第四十四頁，共121頁。誤碼原因系統(tǒng)傳輸總特性不理想，導(dǎo)致前后碼元的波形畸變系統(tǒng)傳輸總特性不理想，導(dǎo)致前后碼元的波形畸變(jbin)并使前面波形出現(xiàn)很長的拖尾，從而對當(dāng)前并使前面波形出現(xiàn)很長的拖尾，從而對當(dāng)前碼元的判決造成干擾。碼元的判決造成干擾。 第45頁/共121頁第四十五頁，共121頁。anan對應(yīng)對應(yīng)(duyng)(duyng)的基的基帶信號帶信號( )()

22、nBnd tatnT 基帶傳輸基帶傳輸(chun (chun sh)sh)總特性總特性1( )( )2j th tHed( )( ) ( )( )TRHGCGna6.3.2 定量分析定量分析(dnglingfnx)an ： 發(fā)送濾波器的發(fā)送濾波器的 輸入符號序列，輸入符號序列， 取值為取值為0、1或或-1，+1 第46頁/共121頁第四十六頁，共121頁。n 如何消除(xioch) ISI ？n 如何抑制 n(t) ？( )( )( )( )()( )RnBRny td th tnta h tnTntBotkTt000()=()()nBRnBBBya hnkTtkTtkTtTn000( )()

23、()knBn kRBa h ta hkn TtnkTt ISI值值 噪聲噪聲(zoshng) 研究的問題：延時延時第47頁/共121頁第四十七頁，共121頁。無碼間串?dāng)_de基帶傳輸(chun sh)特性第48頁/共121頁第四十八頁，共121頁。0(ISI)nBn ka hkn Tt0+=0nBn ka hkn Tt若能使若能使: :, 則則無無ISI怎么怎么(zn me)(zn me)做？做？ 做不到做不到(b do) 關(guān)注抽樣(chu yn)時刻等等TB的零的零點點6.4.1 消除碼間串?dāng)_的設(shè)計思想第49頁/共121頁第四十九頁，共121頁。6.4.2 無碼間串?dāng)_的條件無碼間串?dāng)_的條件(t

24、iojin)n 時域條件(tiojin)第50頁/共121頁第五十頁，共121頁。( )( )Hh t，并利用，并利用(lyng)(lyng)時域時域條件：條件：(21)/(21)/1( )2BBBjiiTiTkTHed1()( )2Bj kTBkThHed分段分段積分積分(j(jffn)n)求和求和n 頻域頻域條件條件第51頁/共121頁第五十一頁，共121頁。則有則有(21)/(21)/1()( )2BBBiTijTBikThHekTd/212()2BBBjkTjikTTiBiHeedT/122BBBjTikBTTiHedT=1令令12-BiT 2BiTdd 1,0()0,0skh kTk

25、利用利用(lyng)時域條件：時域條件：0k 1()Bh kTTB第52頁/共121頁第五十二頁，共121頁。頻域條件頻域條件(tiojin)(tiojin)：檢驗或設(shè)計H()能否(nn fu)消除碼間串?dāng)_的理論依據(jù)。第53頁/共121頁第五十三頁，共121頁。示例示例(sh(shll)：注：注：TS = = TB 第54頁/共121頁第五十四頁，共121頁。,( )0,BBBTTHT( )Bh tSatT6.4.3 H()的設(shè)計的設(shè)計(shj) 1 理想理想(lxing)低通特性低通特性 奈奎斯特帶寬(di kun) （最窄帶寬(di kun)） 奈奎斯特速率（無ISI的最高波特率） 第55

26、頁/共121頁第五十五頁，共121頁。/(Bauz)2d/HBRB2/2log M (bps/Hz)bbRB第56頁/共121頁第五十六頁，共121頁。u存在問題 :u特性陡峭 不易實現(xiàn)；u響應(yīng)(xingyng)曲線尾部收斂慢，擺幅大，對定時要求嚴(yán)格。第57頁/共121頁第五十七頁，共121頁。58u只要只要H()在滾降段中心頻率處（與奈在滾降段中心頻率處（與奈奎斯特帶寬奎斯特帶寬(di kun)相對應(yīng)）呈奇對相對應(yīng)）呈奇對稱的振幅特性，就必然可以滿足奈奎斯稱的振幅特性，就必然可以滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則，從而實現(xiàn)無碼間串?dāng)_傳輸。特第一準(zhǔn)則，從而實現(xiàn)無碼間串?dāng)_傳輸。奇對稱的余弦滾降特性奇對稱的余弦

27、滾降特性第58頁/共121頁第五十八頁，共121頁。fN 奈奎斯特帶奈奎斯特帶寬寬(di kun)f 超出超出(choch) fN的擴展的擴展量量2 余弦余弦(yxin)滾降特性滾降特性第59頁/共121頁第五十九頁，共121頁。10Nff(1)NNBfff12BNBRfT第60頁/共121頁第六十頁，共121頁。第61頁/共121頁第六十一頁，共121頁。 越大，越大，h(t)的拖尾衰減的拖尾衰減(shui jin)越快，但越快，但 B u 幾種滾降特性(txng) 和 響應(yīng)曲線：第62頁/共121頁第六十二頁，共121頁。各抽樣值之間增加一個零點(ln din), 尾部衰減較快 u 升余弦

28、(yxin)滾降：第63頁/共121頁第六十三頁，共121頁。第64頁/共121頁第六十四頁，共121頁。歸納歸納(gun)(gun)第65頁/共121頁第六十五頁，共121頁。滾降系數(shù)滾降系數(shù)(xsh)系統(tǒng)系統(tǒng)(xtng)帶寬帶寬無無ISI的最高頻帶的最高頻帶(pndi)利用率利用率無無ISI的最高碼元速率的最高碼元速率Baud=1 (Baud/ Hz）例例（1 1）H(f) 滿足滿足無碼間串?dāng)_的頻域條件無碼間串?dāng)_的頻域條件（2）（3）解解第66頁/共121頁第六十六頁，共121頁?；鶐鬏斚到y(tǒng)(xtng)的抗噪聲性能研究(ynji)： 在無ISI條件下，噪聲n(t)引起的誤碼率Pe 第67

29、頁/共121頁第六十七頁，共121頁。n nR(t)特特性性(txng)x(t)=s(t)+nR(t)PenR(t)20( )( )2RRnPfGf0( )2nnPf 202( )2nRdfnGf6.5.1 二進制雙極性基帶系統(tǒng)的Pen 分析模分析模型型第68頁/共121頁第六十八頁，共121頁。 nR(t) 的一維概率密度函數(shù)為 BBB()1()()0RRAnkTx kTAnkT，“”，“ ”221( )exp22nnvf v20,RnnN 可簡記可簡記(jin (jin j)j)為：為： 對于雙極性基帶信號對于雙極性基帶信號(xnho)，其抽樣值為，其抽樣值為（+A,-A），）， 則合成波

30、則合成波 x(t)=s(t)+nR(t) 在抽樣在抽樣時刻的取值為時刻的取值為:2A,nxN高斯(o s)n x(t)特性特性第69頁/共121頁第六十九頁，共121頁。2121(p)2()ex2nnxAf x2021(p)2()ex2nnxAf x x(kTB) Vd, 判為判為“1”碼碼 x(kTB) Vd, 判為判為“0”碼碼設(shè)判決門限(mnxin)為 Vd，判決規(guī)則:VdP(0/1) P(1/0) =P(x Vd)=P(xVd)“1”正確正確(zhngqu)錯誤錯誤(cuw)“0”錯誤錯誤正確正確n 誤碼率誤碼率 Pe0( )f x1( )f x第70頁/共121頁第七十頁，共121頁

31、。1()( )dVdP xVf x dxu P(0/1) 發(fā)發(fā) 1 錯判為錯判為 0 的概率的概率(gil) :2211()exp222dnnAVxAdx220112dnVAtedt11()222dnVAerfP(0/1) 11( )( )dAAVf x dxf x dx第71頁/共121頁第七十一頁，共121頁。0()( )dVdP xVfx dxu P(1/0) 發(fā)發(fā) 0 錯判為錯判為 1 的概的概率率(gil) :2-211( + )exp222dVAnnx Adx2+20112dnVAtedt1 1-()2 22dnVAerf00( )( )dVAAfx dxfx dxP(1/0) 第

32、72頁/共121頁第七十二頁，共121頁。u 雙極性基帶系統(tǒng)(xtng)的總誤碼率 :可見可見(kjin)(kjin)第73頁/共121頁第七十三頁，共121頁。1()22enAPerfc 使Pe最小的判決(pnju)門限電平P(0/1) P(1/0) P(1)=P(0)時時:P(0/1) =P(1/0)Pe=11=()2202nAerf*0dV n 最佳門限最佳門限(mnxin)(mnxin)電平電平第74頁/共121頁第七十四頁，共121頁。n越大，Pe就越小。0dV1(0/1)(1/0)2ePPP1122nAerf122nAerfc第75頁/共121頁第七十五頁，共121頁。6.5.2

33、二進制單極性基帶系統(tǒng)二進制單極性基帶系統(tǒng)(xtng)的的Pe()1()()00RBBRBA n kTx kTn kT，“”，“”對于單極性基帶信號，其抽樣值為（對于單極性基帶信號，其抽樣值為（+A,0），）， 則合成則合成(hchng)波波 x(t)=s(t)+nR(t) 在抽樣時刻的取值為在抽樣時刻的取值為: 對比：雙極性基帶信號對比：雙極性基帶信號(xnho)，其抽樣值為（，其抽樣值為（+A,-A）()1()()0RBBRBAnkTxTkTAkn，“”，“ ” 只需將只需將 的分布中心由的分布中心由-A 移到移到0即可：即可：0( )f x第76頁/共121頁第七十六頁，共121頁。Vd)

34、 1 ()0(ln22PPAAVnd當(dāng)當(dāng)P(1) = P(0) = 1/2時，時，Vd* = A/2neAerfcP2221第77頁/共121頁第七十七頁，共121頁。n 歸納歸納(gun) (gun) 對比：對比：/2dVA21()22enAPerfc2(0)ln(21)ndAAPVP等概時：0dV1()22enAPerfc2(0)ln12( )ndPAVP等概時：第78頁/共121頁第七十八頁，共121頁。第79頁/共121頁第七十九頁，共121頁。 眼 圖估計(gj)和調(diào)整系統(tǒng)性能的一種實驗方法 第80頁/共121頁第八十頁，共121頁。n何謂何謂(hwi)(hwi)眼圖？眼圖？第81頁

35、/共121頁第八十一頁，共121頁。n觀察觀察(gunch(gunch)方法方法Tc=TB第82頁/共121頁第八十二頁，共121頁。(a) 無ISI的情況大“眼睛”(c) ，線跡細(xì)而清晰(qngx)；(b) 有ISI的情況小“眼睛”(d)，且線跡雜亂。 n眼圖示例眼圖示例(shl)(shl)TB第83頁/共121頁第八十三頁，共121頁。u 存在噪聲存在噪聲(zoshng)(zoshng)時，眼圖線跡變成了模糊的帶狀線；時，眼圖線跡變成了模糊的帶狀線；u 噪聲噪聲(zoshng)(zoshng)越大，線條越寬、越模糊，越大，線條越寬、越模糊，“眼睛眼睛”張開的越小，張開的越小，u 甚至閉合。

36、甚至閉合。第84頁/共121頁第八十四頁，共121頁。n眼圖模型眼圖模型(mxng)(mxng)第85頁/共121頁第八十五頁，共121頁。n眼圖照片眼圖照片(zhopi(zhopin)n)(a) 無ISI和n(t)的情況(qngkung)(b) 有一定(ydng)ISI和n(t)的情況u 二進制雙極性升余弦信號二進制雙極性升余弦信號u 三電平部分響應(yīng)信號三電平部分響應(yīng)信號第86頁/共121頁第八十六頁，共121頁。部分響應(yīng)(xingyng)和時域均衡改善(gishn)系統(tǒng)性能的兩種措施 第87頁/共121頁第八十七頁，共121頁。n設(shè)計設(shè)計(shj)(shj)目標(biāo)：目標(biāo)：6.7.1 部分響應(yīng)

37、部分響應(yīng)(xingyng)系統(tǒng)系統(tǒng)n設(shè)計設(shè)計(shj)(shj)思想：思想：利用部分響應(yīng)波形利用部分響應(yīng)波形 進行傳輸?shù)幕鶐到y(tǒng)進行傳輸?shù)幕鶐到y(tǒng)第88頁/共121頁第八十八頁，共121頁。觀察觀察(gunch)(gunch)TB思路思路(sl)(sl) g t 當(dāng)前當(dāng)前碼元只對碼元只對下一個下一個碼元產(chǎn)生碼間串?dāng)_碼元產(chǎn)生碼間串?dāng)_第89頁/共121頁第八十九頁，共121頁。TBTBTBTB sin()sin()22()()22BBBBBBBBTTg tttTTTTttTT22cos/41 4/BBTt Tt若若g(t) g(t) 為傳送信號的波形，為傳送信號的波形， 且發(fā)送且發(fā)送(f sn)(

38、f sn)碼元的間碼元的間隔為隔為TB TB 則本碼元的抽樣則本碼元的抽樣(chu yn)(chu yn)值值 僅受僅受 前一碼元的相同幅度樣值前一碼元的相同幅度樣值的串?dāng)_。的串?dāng)_。合成合成(hchng)(hchng)波形波形第90頁/共121頁第九十頁，共121頁。TB g t1BBRT Nyquist速率速率(sl)： （無（無ISI的的 最高波特率）最高波特率）/(Bauz)2d/HBRB無無ISIISI的最高頻帶的最高頻帶(pndi)(pndi)利利用率用率: :Nyquist帶寬帶寬(di kun)：12BBT頻譜結(jié)構(gòu)頻譜結(jié)構(gòu) /TB 22cos/41 4/SSt Tg ttT2co

39、s,2G0,SSSSTTTT與理想矩形濾波器的相同達到了基帶系統(tǒng)在傳輸二進制序列時的理論極限值。達到了基帶系統(tǒng)在傳輸二進制序列時的理論極限值。第91頁/共121頁第九十一頁，共121頁。第92頁/共121頁第九十二頁，共121頁。抽樣值將有 -2、0、+2三種取值，即成為偽三進制序列。u如果(rgu)前一碼元ak-1已經(jīng)接收判定，則接收端可根據(jù)收到的Ck ，由上式得到ak的取值。第93頁/共121頁第九十三頁，共121頁。實現(xiàn)實現(xiàn)(shxin)(shxin)方法方法第94頁/共121頁第九十四頁，共121頁。端恢復(fù)出來的ak全部是錯誤的。此外，在接收端恢復(fù)ak時還必須有正確的起始值（+1），否

40、則，即使沒有傳輸(chun sh)差錯也不可能得到正確的ak序列。第95頁/共121頁第九十五頁，共121頁。(a) (a) 原理原理(yunl)(yunl)方框圖方框圖 預(yù)編碼預(yù)編碼(bin m)(bin m)：可消除接收端的：可消除接收端的“差錯傳播差錯傳播”現(xiàn)現(xiàn)象象: : bk=ak bk=ak bk-1 bk-1 （模（模2 2加）即加）即 ak=bk ak=bk bk-1 bk-1 Ck=bk+ bk-1 相關(guān)相關(guān)(xinggun)(xinggun)編碼編碼: :（算數(shù)加）（算數(shù)加）接收端對Ck作“模模2 判決判決”即可恢復(fù)即可恢復(fù)ak ： Ckmod2= bk+ bk-1 mod2

41、= ak得到了得到了ak ，但不需要預(yù)先知道但不需要預(yù)先知道ak-1第96頁/共121頁第九十六頁，共121頁。u Ck 0 +2 0 0 +2 +2 +2 0 0 0 0u ak 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1u判決(pnju)規(guī)則：u此例說明，由當(dāng)前值Ck可直接得到當(dāng)前的ak ，錯誤不會傳播下去，而是局限在受干擾碼元本身位置。1002判，判，kC例例第97頁/共121頁第九十七頁，共121頁。(b) (b) 實際系統(tǒng)組成實際系統(tǒng)組成(z chn)(z chn)框圖框圖u第第類部分類部分(b fen)響應(yīng)系統(tǒng)方響應(yīng)系統(tǒng)方框圖框圖第98頁/共121頁第九十八頁，共121頁。第99頁

42、/共121頁第九十九頁，共121頁。相關(guān)相關(guān)(xinggun)(xinggun)編碼：編碼： Ck=bk- bk-2 Ck=bk- bk-2 預(yù)編碼預(yù)編碼(bin m)(bin m)： bk=ak bk=ak bk-2 bk-2 即即ak=bkak=bk bk-2 bk-2 對對Ck作作模模2判決判決以恢復(fù)以恢復(fù)ak： Ckmod2= bk-bk-2 mod2= bk bk-2 =ak當(dāng)前當(dāng)前碼元只對碼元只對下下一個下下一個碼元產(chǎn)生碼間串?dāng)_碼元產(chǎn)生碼間串?dāng)_第100頁/共121頁第一百頁，共121頁。注意注意(zh y)(zh y)缺點缺點(qudin)(qudin)第101頁/共121頁第一百

43、零一頁，共121頁。真的真的(zhn de)響應(yīng)波形，使包括可響應(yīng)波形，使包括可調(diào)濾波器在內(nèi)的整個系統(tǒng)的沖激響調(diào)濾波器在內(nèi)的整個系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無碼間串?dāng)_條件。應(yīng)滿足無碼間串?dāng)_條件。時域均衡時域均衡(jnhng)第102頁/共121頁第一百零二頁，共121頁。時域均衡時域均衡(jnhng)頻域均衡在信道特性不變，且在傳輸?shù)退贁?shù)頻域均衡在信道特性不變，且在傳輸?shù)退贁?shù)據(jù)據(jù)(shj)時是適用時是適用時域均衡可根據(jù)信道特性的變化時域均衡可根據(jù)信道特性的變化進行調(diào)整，能夠有效地減小碼間進行調(diào)整，能夠有效地減小碼間串?dāng)_，在高速數(shù)據(jù)傳輸中廣泛應(yīng)串?dāng)_，在高速數(shù)據(jù)傳輸中廣泛應(yīng)用。用。第103頁/共121頁第一

44、百零三頁，共121頁。nSnTnTtCth)()(第104頁/共121頁第一百零四頁，共121頁。 H有有 ISI ()6.7.2 時域均衡時域均衡(jnhng)n目的目的(md(md)：消除消除(xioch)或減小碼間或減小碼間串?dāng)_（串?dāng)_（ISI）n方法：方法：頻域均衡頻域均衡 和 時域均衡時域均衡n均衡原理均衡原理無無 ISI () HTH有有誤差誤差第105頁/共121頁第一百零五頁，共121頁。B(2),(2)iBBBiiTTTTHT ( )TTh tB2iBBiHTTT， HTH即，使即，使 滿足滿足(mnz)(mnz)無碼間串?dāng)_條無碼間串?dāng)_條件件 ：從而從而(cng r)(cng

45、r)確定：確定：u將將 代入上式，可得代入上式，可得: : H則則T()與與 無關(guān)，可放到無關(guān)，可放到 外面：外面：第106頁/共121頁第一百零六頁，共121頁。B( )jnnnTC eT 傅里葉系數(shù)傅里葉系數(shù)(xsh)Cn 由由H()決定決定u故有：故有：u展成展成(zhn (zhn chn)chn)傅里葉傅里葉級數(shù)：級數(shù)： BBB( )2()iTTiTHT，B1()1)2(jnTnjTtnTChetedFB()nnCtnT第107頁/共121頁第一百零七頁，共121頁。u 由由hT(t)構(gòu)造構(gòu)造(guzo)出均衡器的結(jié)構(gòu)出均衡器的結(jié)構(gòu)橫向濾波器橫向濾波器第108頁/共121頁第一百零八頁

46、，共121頁。網(wǎng)絡(luò)是由無限多的按橫向排列的遲延單元網(wǎng)絡(luò)是由無限多的按橫向排列的遲延單元Ts和抽頭加權(quán)系數(shù)和抽頭加權(quán)系數(shù)(xsh)Cn 組成的，稱為橫向濾波器。組成的，稱為橫向濾波器。 功能是利用無限多個響應(yīng)波形之和，將接收濾波器輸出端抽功能是利用無限多個響應(yīng)波形之和，將接收濾波器輸出端抽樣時刻上有碼間串?dāng)_的響應(yīng)波形變換成抽樣時刻上無碼間串樣時刻上有碼間串?dāng)_的響應(yīng)波形變換成抽樣時刻上無碼間串?dāng)_的響應(yīng)波形。擾的響應(yīng)波形。由于橫向濾波器的均衡原理是建立在響應(yīng)波形上的，故把這由于橫向濾波器的均衡原理是建立在響應(yīng)波形上的，故把這種均衡稱為時域均衡。種均衡稱為時域均衡。橫向橫向(hn xin)濾波器濾波器

47、第109頁/共121頁第一百零九頁，共121頁。橫向濾波器的特性將取決于各抽頭系數(shù)橫向濾波器的特性將取決于各抽頭系數(shù)Cn。如果如果Cn是可調(diào)整的，則圖中所示的濾波器是通用的；特別當(dāng)是可調(diào)整的，則圖中所示的濾波器是通用的；特別當(dāng)Cn可自動調(diào)整時，則它能夠適應(yīng)信道特性的變化，可以動態(tài)校正系統(tǒng)的可自動調(diào)整時，則它能夠適應(yīng)信道特性的變化，可以動態(tài)校正系統(tǒng)的時間時間(shjin)響應(yīng)。響應(yīng)。理論上，無限長的橫向濾波器可以完全消除抽樣時刻上的碼間理論上，無限長的橫向濾波器可以完全消除抽樣時刻上的碼間串?dāng)_，但實際中是不可實現(xiàn)的。串?dāng)_，但實際中是不可實現(xiàn)的。不僅均衡器的長度受限制，并且系數(shù)不僅均衡器的長度受限

48、制，并且系數(shù)Cn的調(diào)整準(zhǔn)確度也受到限的調(diào)整準(zhǔn)確度也受到限制。如果制。如果Cn的調(diào)整準(zhǔn)確度得不到保證，即使增加長度也不會獲得顯著的調(diào)整準(zhǔn)確度得不到保證，即使增加長度也不會獲得顯著的效果。的效果。有必要進一步討論有限長橫向濾波器的抽頭增益調(diào)整。有必要進一步討論有限長橫向濾波器的抽頭增益調(diào)整。第110頁/共121頁第一百一十頁，共121頁。n有限有限(yuxin)(yuxin)長長均衡器均衡器B( )()NiiNe tCtiT（2N+1個抽頭個抽頭(chu tu)系數(shù)系數(shù) ）第111頁/共121頁第一百一十一頁，共121頁。u 在抽樣在抽樣(chu yn)時刻時刻 t=kTB的取值：的取值：u 均衡均衡(jnhng)(jnhng)后的輸出后的輸出波形：波形：n有限有限(yuxin)(yuxin)長均衡器長均衡器B( )()NiiNe tCtiT（2N+1個抽頭系數(shù)個抽頭系數(shù) ）B( )( )( )()NiiNy tx te tC x tiTBB()()NiiNyC x ki TkT簡記為：簡記為：Nkik iiNyC x第112頁/共121頁第一百一十二頁，共121頁。NNiikikxCy 上式說明，均衡器在第上式說明，均衡器在第k個抽樣時刻上得到的樣值個抽樣時刻上得到的樣值yk將由將由2N+1個個C