CH10-數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸系統(tǒng)

－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－通信原理程琳蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院M.P:mail:chenglin@

or

chenglinwtt@Address：DepartmentofElectronics&InformationScience,SchoolofInformationScience&Engineering,LanzhouUniversity,TianshuiSouthernRoad222#，GansuProvince，P.R.ChinaPrinciplesofCommunications04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－2

第十章數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸系統(tǒng)主要內(nèi)容提要：

》數(shù)字基帶信號(hào)波形及其功率譜密度

》通過加性白高斯噪聲信道傳輸?shù)臄?shù)字基帶信號(hào)的接收

》數(shù)字PAM信號(hào)通過限帶基帶信道的傳輸

》加性白高斯噪聲干擾下數(shù)字PAM信號(hào)通過理想限帶信道的最佳基帶傳輸

》眼圖

》信道均衡

》部分響應(yīng)系統(tǒng)04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－3

本章基本要求

本章要求掌握數(shù)字基帶信號(hào)波形及其功率譜密度分析，包括數(shù)字脈沖幅度調(diào)制（PAM）、常用數(shù)字PAM信號(hào)波形及碼型、數(shù)字PAM信號(hào)的功率譜密度計(jì)算、常用線路碼型；要求掌握通過加性白高斯噪聲信道傳輸?shù)臄?shù)字基帶信號(hào)的接收、數(shù)字PAM信號(hào)通過限帶基帶信道的傳輸、加性白高斯噪聲干擾下數(shù)字PAM信號(hào)通過理想限帶信道的最佳基帶傳輸；要求理解眼圖的基本概念、基本參數(shù)及其含義，并了解其實(shí)際應(yīng)用；要求了解信道均衡的基本原理、部分響應(yīng)系統(tǒng)的基本原理等相關(guān)內(nèi)容。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－4

§1.引言數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)膶?duì)象是二元數(shù)字信息，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)的基本考慮是選擇一組有限的離散波形（信號(hào)形式）來表示數(shù)字信息。數(shù)字信號(hào)的傳輸方式有兩種基帶傳輸：不經(jīng)過調(diào)制而直接傳送的方式，即發(fā)送端不使用調(diào)制器，接收端也不使用解調(diào)器?！承┯芯€信道可以直接傳送數(shù)字基帶信號(hào)頻帶傳輸：使用調(diào)制解調(diào)器。即發(fā)送端使用調(diào)制器，接收端使用解調(diào)器。→數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸（或載波傳輸）04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－5

§1.引言數(shù)字基帶信號(hào)：特點(diǎn)是未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)所占頻帶是從直流或低頻開始，其帶寬是有限的；信號(hào)波形的功率譜密度為低通型的數(shù)字信號(hào)數(shù)字頻帶信號(hào)：經(jīng)過調(diào)制，將數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻端的方式信號(hào)波形的功率譜密度為帶通型的數(shù)字信號(hào)04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－6

基帶傳輸系統(tǒng)的一般模型信道信號(hào)形成器(也叫發(fā)送濾波器)：用來產(chǎn)生適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào);接收濾波器：用來接收信號(hào)，并盡可能排除信道噪聲和其它干擾；抽樣判決電路：它是在噪聲背景下用來判定與再生基帶信號(hào)的。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－7

基帶系統(tǒng)的各點(diǎn)波形示意圖輸入的基帶信號(hào)碼型變換后的波形波形變換后適合在信道中傳輸?shù)牟ㄐ涡诺垒敵龅男盘?hào)波形發(fā)生失真并疊加了噪聲接收濾波器輸出波形位定時(shí)脈沖恢復(fù)的信息，發(fā)生了誤碼誤碼顯然，接收端能否正確恢復(fù)信息，在于能否有效地抑制噪聲和減小碼間串?dāng)_，這兩點(diǎn)也正是本章討論的重點(diǎn)。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－8

頻帶傳輸系統(tǒng)的一般模型這里m(t)為NRZ或BNRZ碼，來自數(shù)字信源，也可來自PCM、△M、加密器、或信源編碼器；調(diào)制器和解調(diào)器可完成載波調(diào)制和解調(diào)；發(fā)送濾波器、接收濾器的作用同數(shù)字基帶系統(tǒng)。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－9

§1.引言相比于頻帶傳輸，基帶傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：1、設(shè)備簡(jiǎn)單;2、易做成"一機(jī)多速率";3、適應(yīng)性強(qiáng)。研究基帶傳輸?shù)哪康脑陬l帶傳輸制式里同樣存在基帶傳輸?shù)膯栴}(如碼間干擾等)，可以說基帶傳輸是頻帶傳輸?shù)幕A(chǔ)。隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，基帶傳輸這種方式也有迅速發(fā)展的趨勢(shì)。目前,它不僅用于低速數(shù)據(jù)傳輸,而且還用于高速數(shù)據(jù)傳輸。理論上也可證明，任何一個(gè)采用線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)，總是可以由一個(gè)等效的基帶傳輸系統(tǒng)所替代。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－10

§2.數(shù)字基帶信號(hào)波形及其功率譜密度1、數(shù)字基帶信號(hào)碼型和線路碼型的設(shè)計(jì)原則2、數(shù)字基帶信號(hào)的常用碼型及其功率譜分析3、常用線路碼型及其功率譜分析04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－11

§2.數(shù)字基帶信號(hào)波形及其功率譜密度一、數(shù)字基帶信號(hào)碼型的設(shè)計(jì)原則：1、碼型中低頻、高頻分量要盡量少；2、碼型編譯碼過程應(yīng)對(duì)任何信源具有透明性，即與信源的統(tǒng)計(jì)特性無(wú)關(guān)；3、便于從基帶信號(hào)中提取位定時(shí)信息；4、具有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力，便于監(jiān)測(cè)信號(hào)傳輸質(zhì)量；5、誤碼增殖越少越好；6、編譯碼設(shè)備盡量簡(jiǎn)單。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－12

§2.數(shù)字基帶信號(hào)波形及其功率譜密度二、線路傳輸碼型的設(shè)計(jì)原則：1、線路碼的功率譜密度特性應(yīng)該匹配于基帶信道的頻率特性；2、減少線路碼頻譜中的高頻分量；3、便于從接收端的線路碼中提取符號(hào)同步信號(hào)；4、減少誤碼擴(kuò)散；5、便于誤碼監(jiān)測(cè)；6、盡量提高線路碼型的編碼效率。線路傳輸碼型是針對(duì)不同傳輸媒介的不同傳輸特性而提出的，屬于信道特性匹配碼型，但從實(shí)質(zhì)上看它仍然屬于基帶碼型。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－13

§2.數(shù)字基帶信號(hào)波形及其功率譜密度三、數(shù)字基帶信號(hào)常用碼型：二進(jìn)制信號(hào)在邏輯上用數(shù)字“0”和“1”表示。這些數(shù)字在實(shí)際電路中是用各種電壓波形來表示出來的。現(xiàn)以矩形電壓脈沖表示為例，主要有以下幾種基本的波形表示方法，圖形參見后例：?jiǎn)螛O性非歸零波形

NRZ雙極性非歸零波形

BNRZ單極性歸零波形RZ雙極性歸零波形

BRZ差分波形（反映相鄰代碼的碼元變化）多電平（多進(jìn)制）波形04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－14

0+V0+V數(shù)字基帶信號(hào)常用碼型0101100010+V單極性波形0+V單極性歸零波形空號(hào)差分波形傳號(hào)差分波形雙極性波形-V+V-V+V0雙極性歸零波形04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－15

數(shù)字基帶信號(hào)常用碼型單極性非歸零碼NRZ（NonReturnZero）脈沖寬度τ等于碼元寬度Ts.電傳機(jī)等數(shù)字終端機(jī)都是發(fā)送或者接收這種波形。此碼型不宜傳輸，主要原因：1）有直流，一般信道難于傳輸零頻附近的頻率分量；2）收端判決門限與信號(hào)功率有關(guān)，不方便；3）不能直接用來提取位同步信號(hào)，因NRZ中不含有位同步信號(hào)頻率成分；4）要求傳輸線有一根接地。雙極性非歸零碼（BNRZ）脈沖寬度τ=Ts,有正負(fù)電平。不能直接提取位同步信號(hào)單極性歸零碼（RZ）脈沖寬度τ<Ts

可用來提取位同步信號(hào)，NRZ所擁有的其他缺點(diǎn)存在。雙極性歸零碼（BRZ）

NRZ碼的缺點(diǎn)都不存在，整流后可提取位同步信號(hào)。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－16

數(shù)字基帶信號(hào)常用碼型差分碼（或相對(duì)碼）包括傳號(hào)差分碼、空號(hào)差分碼反映相鄰代碼的碼元變化編碼電路bn-1an+Tbn100101001110anbnbn-1an+Tbnanbn1譯碼電路11010004二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－17

數(shù)字基帶信號(hào)常用碼型多電平（多進(jìn)制）波形組成基帶信號(hào)的單個(gè)碼元并非一定要是矩形的，也可以是其他形狀，如三角形、高斯型、升余弦、半余弦脈沖等。+V+3V-V-3V00100111102B1Q碼即2個(gè)二進(jìn)制碼元用1個(gè)四元碼表示……111000……04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－18

§2.數(shù)字基帶信號(hào)波形及其功率譜密度四、數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜分析：數(shù)字基帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為

其中，an是第n個(gè)消息符號(hào)所對(duì)應(yīng)的電平值，它是一個(gè)隨機(jī)量。而MPAM信號(hào)波形的形狀由gT(t)決定。

s(t)是周期平穩(wěn)隨機(jī)過程S(t)的樣本函數(shù)，則s(t)也是周期平穩(wěn)的（可以證明，從略）。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－19

數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜分析先對(duì)自相關(guān)函數(shù)在它的周期內(nèi)求時(shí)間平均，然后再計(jì)算該平均自相關(guān)函數(shù)的傅氏變換04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－20

數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜分析假設(shè)中各符號(hào)之間不相關(guān)，且等概出現(xiàn)04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－21

數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜分析連續(xù)譜分量其形狀取決于GT(f)離散線譜分量，各線譜間隔為1/Ts當(dāng){an}的均值ma=0時(shí)，離散線譜消失Note：公式推導(dǎo)的前提是假設(shè)隨機(jī)序列{an}的各符號(hào)之間互不相關(guān)！04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－22

數(shù)字基帶信號(hào)功率譜密度的計(jì)算雙極性不歸零碼：假設(shè)0、1等概率出現(xiàn)，分別用+A、-A幅度的矩形不歸零脈沖表示。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－23

數(shù)字基帶信號(hào)功率譜密度的計(jì)算單極性歸零碼：假設(shè)0、1等概率出現(xiàn)，分別用、幅度為0、+A的半占空矩形脈沖表示。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－24

04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－25

雙極性非歸零碼的PSD單極性非歸零碼的PSD單極性歸零碼的PSD04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－26

功率譜密度計(jì)算的例子已知求的功率譜密度。且各符號(hào)之間不相關(guān)04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－27

04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－28

結(jié)論：數(shù)字基帶信號(hào)S(t)的功率譜密度不僅與發(fā)送濾波器的頻率特性GT(f)有關(guān)，還與隨機(jī)序列{an}的相關(guān)特性有關(guān)。

如果將不相關(guān)序列進(jìn)一步編碼為相關(guān)序列，即在符號(hào)之間引入記憶，則可以改變它的功率譜特性。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－29

數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜分析數(shù)字基帶信號(hào)頻譜分析的目的選擇合適的碼元脈沖，以求最有效的傳輸利用離散譜分量（周期性信號(hào)分量）來提取同步信息。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－30

§2.數(shù)字基帶信號(hào)波形及其功率譜密度五、基帶常用傳輸碼型及其功率譜分析：選擇傳輸碼型應(yīng)考慮的主要因素：避免直流分量，低頻和高頻分量盡量?。缓袝r(shí)鐘分量或者經(jīng)過簡(jiǎn)單變換就含有定位時(shí)鐘分量；具有一定的誤碼檢測(cè)能力；誤碼增殖??；設(shè)備經(jīng)濟(jì)性。常用的傳輸線路碼型有傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼

AMI

、三階高密度雙極性碼HDB3

、傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼CMI

、線性分組碼nBmB等。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－31

常用線路碼型（傳輸碼）1.傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼AMI（偽三元碼、1B/1T碼）三電平碼，用+1、0、-1表示傳輸代碼1）變換規(guī)則：0→

“0”（二進(jìn)制符號(hào)）+1、-1交替出現(xiàn)→

“1”（二進(jìn)制符號(hào)）{bn}1000010000110000…AMI碼

+10000-10000+1-10000…

AMI碼信號(hào)波形+A-At…使用半占空脈沖波形04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－32

常用線路碼型（傳輸碼）1.傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼AMI

（偽三元碼、1B/1T碼）2）優(yōu)點(diǎn)：脈沖波形極性對(duì)稱，功率譜中無(wú)離散的直流分量低頻及高頻分量很小無(wú)離散的時(shí)鐘分量整流后即為RZ碼，收端易于提取定時(shí)信息具有檢錯(cuò)能力3）缺點(diǎn)：功率譜特性與信源統(tǒng)計(jì)特性密切相關(guān)；出現(xiàn)長(zhǎng)串連“0”碼時(shí)，難于提取時(shí)鐘（位同步抖動(dòng)大，即位同步不穩(wěn)定）04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－33

常用線路碼型（傳輸碼）2.三階高密度雙極性碼HDB3：1）編碼規(guī)則：與AMI碼類似：“1”變換為+1或-1的線路碼，映射為+A和-A的半占空歸零碼與AMI碼不同：連“0”數(shù)被限制為≤3；當(dāng)出現(xiàn)4個(gè)連0碼時(shí)，就用特定碼組000V或B00V（取代節(jié)）取代。V——破壞極性交替規(guī)律的傳號(hào)，稱為破壞點(diǎn)；B——符合極性交替規(guī)律的傳號(hào)V的極性與前一個(gè)傳號(hào)碼極性相同任意兩個(gè)相鄰V脈沖間的B脈沖數(shù)目為奇數(shù)04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－34

AMI、HDB3碼的對(duì)比示意圖AMI碼

+10000-10000+1-10000…

HDB3碼

+1000+V-1000-V+1-1+B00+V

…

AMI碼信號(hào)波形+A-At…HDB3碼信號(hào)波形+A-At…{bn}1000010000110000…破壞點(diǎn)破壞點(diǎn)破壞點(diǎn)04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－35

常用線路碼型（傳輸碼）2.三階高密度雙極性碼HDB32）優(yōu)點(diǎn)：消除了AMI碼中出現(xiàn)長(zhǎng)串連“0”碼時(shí)難于提取時(shí)鐘的問題，易于提取定時(shí)信息；正負(fù)脈沖平衡，無(wú)直流分量；具有檢錯(cuò)能力。用途：

CCITT

建議HDB3碼為PCM一~三次群線路接口碼型。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－36

AMI和HDB3的功率譜密度04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－37

三階高密度雙極性碼HDB3HDB3碼

+1000+V

-B00-V

+B00+V0-1…

檢查所編的HDB3碼是否正確：檢查V符號(hào):是否每4個(gè)連0串的第4個(gè)0換成V符號(hào)V符號(hào)的極性是否與前一非0符號(hào)同極性相鄰V符號(hào)的極性應(yīng)符合交替反轉(zhuǎn)規(guī)律將已編HDB3碼中的V符號(hào)暫時(shí)取下，然后觀察剩下碼字（含B符號(hào)）是否符合正負(fù)極性交替規(guī)律，即相鄰的B符號(hào)也應(yīng)滿足極性交替規(guī)律。破壞點(diǎn)破壞點(diǎn)破壞點(diǎn)HDB3碼信號(hào)波形+A-At…{bn}10000

0000

000001…04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－38

常用線路碼型（傳輸碼）3.數(shù)字雙相碼（分相碼、曼徹斯特碼）編碼規(guī)則：用10表示“1”，01表示“0”

（碼元中間有跳變）單極性非歸零碼NRZ與定時(shí)信號(hào)的模二和結(jié)果主要特點(diǎn)：在接收端利用簡(jiǎn)單的非線性變換后提取時(shí)鐘方便但提取的時(shí)鐘頻率是符號(hào)速率的兩倍，二分頻后得到的定時(shí)信號(hào)，必定存在相位的不確定問題。用途：以太網(wǎng)中，5類雙絞線傳輸10Mbps數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌诰€路碼+A-A+A-A“1”對(duì)應(yīng)的波形“0”對(duì)應(yīng)的波形04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－39

常用線路碼型（傳輸碼）4.條件雙相碼CDP（差分曼徹斯特碼）編碼規(guī)則：采用差分碼的概念，將數(shù)字雙相碼中用絕對(duì)電平表示的波形改為用相對(duì)變化的電平傳號(hào)差分碼與定時(shí)信號(hào)進(jìn)行模二和，相鄰周期的方波同相則代表0，反相表示1特點(diǎn)：同數(shù)字分相碼，但避免了數(shù)字分相碼中的相位不確定問題。用途：TokenRing環(huán)型局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸接口碼型。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－40

常用線路碼型（傳輸碼）{bn}11101001定時(shí)NRZ1010100110100101數(shù)字雙相碼條件雙相碼1001010101101010定時(shí)10110001傳號(hào)差分碼絕對(duì)碼信息的1—維持前一電平0—相對(duì)前一電平跳變04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－41

常用線路碼型（傳輸碼）5.傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼CMI（1B2B碼）二電平非歸零碼。1）變換規(guī)則：“1”交替用00和11兩位碼組表示“0”固定用01表示；10禁用{bn}111010010101001101001100CMI碼1100000111010111CMI碼’04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－42

常用線路碼型（傳輸碼）5.傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼CMI（1B2B碼）2）碼型特點(diǎn)：易于提取定時(shí)信息；具有檢錯(cuò)能力；在正常情況下，“10”碼組不可能在波形中出現(xiàn)，也不可能出現(xiàn)大于3個(gè)的連‘0’或連‘1’

。用途：

CCITT

建議CMI碼為PCM

四次群(139.264Mb/s)接口碼型。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－43

常用線路碼型（傳輸碼）6.密勒碼：1）編碼規(guī)則：1用“01”表示0用“00”或“10”表示（相對(duì)于前一輸入比特有躍變）{bn}111010010010010100010101密勒碼04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－44

常用線路碼型（傳輸碼）6.密勒碼：2）編碼特點(diǎn)：密勒碼最大寬度為兩個(gè)碼元周期，而最小周期為一個(gè)碼元周期；其功率譜密度集中于1/2符號(hào)速率（Rb）以下的頻率范圍；無(wú)離散直流的分量頻帶寬度為數(shù)字雙相碼的一半；具有一定誤碼檢測(cè)功能。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－45

常用線路碼型（傳輸碼）7.延遲調(diào)制碼：1）編碼規(guī)則：先密勒編碼，然后差分編碼2）碼型特點(diǎn)：同密勒碼，有4種碼型3）用途：磁記錄傳輸媒介（磁帶或磁盤）的接口碼型{bn}111010010010010100010101密勒碼00110110110110100差分碼延遲調(diào)制碼的波形04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－46

常用線路碼型（傳輸碼）7.nBmB碼（線性分組碼）編碼規(guī)則：消息代碼n（bit/組）m（bit/組）碼型特點(diǎn)：增加碼位產(chǎn)生禁用碼組提高檢錯(cuò)能力分組m>n04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－47

常用線路碼型（傳輸碼）8.nBmB碼（線性分組碼）以5B6B碼為例（用于光纖通信中）消息代碼5B：5bit/組→25=32種碼組分組碼輸出6B：6bit/組→26=64個(gè)碼組，只用其中32個(gè)——選擇！選碼原則：0、1平衡首選3

個(gè)‘

0’、3

個(gè)‘1’

碼組，只有20

個(gè)；再選4

個(gè)‘

0’、2

個(gè)‘1’或2

個(gè)‘0’、4

個(gè)‘1’碼組，各選12

個(gè)，互為正負(fù)模式；其余為禁用碼組，用以進(jìn)行誤碼檢測(cè)。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－48

5B6B編碼表輸入二元碼組（5bit）輸出二元碼組（6bit）正模式數(shù)字和負(fù)模式數(shù)字和000001100100110010000001110011+2100001-200010110010+2100010-2000111000110100011000100110101+2100100-20010110010101001010001101001100100110000111100111+2000111001000101011+2101000-20100110100101010010010101010100101010001011001011000101100110010110001011000…………………………11110011110+2001100-2111110011010001101004二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－49

5B6B碼的特點(diǎn)5B6B碼的特點(diǎn)最大連“0”或連“1”長(zhǎng)度為5相鄰碼元由“1”變?yōu)椤?”，或由“0”變?yōu)椤?”的轉(zhuǎn)移概率為0.5915誤碼增殖系數(shù)最大值為5，平均值為1.281累積數(shù)字和在-3~+3內(nèi)變化，即數(shù)字和變差值為6，利用這一點(diǎn)可以在正常工作狀態(tài)下進(jìn)行誤碼監(jiān)測(cè)每個(gè)碼組輸出結(jié)束時(shí)，累積數(shù)字和不可能是+1或-1，這一特性可以用來建立分組同步5B6B綜合考慮了頻帶利用率和設(shè)備復(fù)雜性，雖增加了20%的碼速，但卻換取了便于提取定時(shí)、低頻分量小、可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、迅速同步等優(yōu)點(diǎn)。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－50

常用線路碼型（傳輸碼）9.4B3T碼編碼規(guī)則：把4個(gè)二元碼換成3個(gè)三元碼，即從27種組合中選取其中的16種組合進(jìn)行編碼與5B6B碼類似，采用雙模式（正負(fù)模式）4B3T編碼表（略）04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－51

§3.通過加性白高斯噪聲信道傳輸?shù)臄?shù)字基帶信號(hào)的接收1、加性寬帶高斯白噪聲信道2、基于低通濾波的接收解調(diào)方案及其誤碼率分析3、基于匹配濾波器的最佳接收解調(diào)方案及其誤碼率分析

04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－52

一、加性寬帶高斯白噪聲信道

在通信信道中最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型是加性寬帶高斯白噪聲信道：加性噪聲噪聲的統(tǒng)計(jì)特性為高斯隨機(jī)過程其功率譜密度在信號(hào)傳輸帶寬內(nèi)基本上是平坦的記nw(t)是加性白高斯噪聲過程的樣本函數(shù)，其均值為0，雙邊功率譜密度為N0/2（W/Hz）。P（f）fN0/204二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－53

信道通過加性白高斯噪聲信道傳輸?shù)?/p>

數(shù)字基帶信號(hào)的接收系統(tǒng)兩種解調(diào)方案：用低通濾波器LPF限制信道引入的噪聲，單邊帶寬B＞2/Tb

，讓所傳輸?shù)幕鶐盘?hào)基本不失真地通過；采用與發(fā)送信號(hào)相匹配的匹配濾波器，以獲得在抽樣時(shí)刻的最大信噪比，使接收系統(tǒng)的誤碼率最小。+解調(diào)器抽樣判決電路輸出加性白高斯噪聲nw(t)發(fā)送接收數(shù)字信號(hào)Si(t),0≤t≤Tb（i=1或2）r(t)r(t)=Si(t)+nw(t)

i=1或20≤t≤Tb04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－54

二、基于低通濾波的接收解調(diào)方案+低通濾波器LPF判決輸出加性白高斯噪聲nw(t)發(fā)送接收數(shù)字信號(hào)Si(t),0≤t≤Tb（i=1或2）

r(t)抽樣時(shí)鐘提取y(t)定時(shí)其中nL(t)是白噪聲nW(t)經(jīng)過LPF的輸出，其均值為0，雙邊功率譜密度為B-BN0/2fH(f)B=1/Tb-B1f04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－55

基于低通濾波的接收解調(diào)方案若si(t)是雙極性不歸零碼，在t=t0+kTb（k=0，1，2，…）時(shí)刻對(duì)y(t)進(jìn)行周期性瞬時(shí)抽樣，得到相應(yīng)的抽樣值為

y(t0+kTb)=A+nL(t0+kTb)，發(fā)“1”y(t0+kTb)=-A+nL(t0+kTb)，發(fā)“0”簡(jiǎn)記為

y=A+n,發(fā)“1”

y=-A+n,發(fā)“0”∵

抽樣瞬時(shí)的噪聲n是均值為0、方差為N0B的高斯隨機(jī)變量∴抽樣值y也是高斯分布的隨機(jī)變量04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－56

誤碼率分析若發(fā)送信號(hào)“1”，波形為S1，收端抽樣值y條件平均值為方差條件概率密度函數(shù)若發(fā)送信號(hào)“0”，波形為S2，收端抽樣值y條件平均值為方差條件概率密度函數(shù)04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－57

判決門限的確定以平均錯(cuò)判概率最小的準(zhǔn)則來確定判決門限VT判決輸出:比較y與VT值之間的大小若y＞

VT

輸出“1”

若y＜VT

輸出“0”錯(cuò)判概率P（判“0”|發(fā)“1”）=p（e|s1）=P（判“1”|發(fā)“0”）=p（e|s2）=平均錯(cuò)判概率(二進(jìn)制通信中即誤比特率pb)

p1(y)Ap2(y)-A門限VT輸出“1”輸出“0”04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－58

誤碼率分析令，求得門限電平顯然，當(dāng)p(s1)=p(s2)=1/2時(shí)，VT=0，結(jié)論：當(dāng)帶寬B一定，增大A值（增大發(fā)送信號(hào)功率）或減小加性噪聲的功率譜密度N0值，均可減小系統(tǒng)的平均誤比特率。04二月2023-蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電信、通信工程系-59

誤差函數(shù)erf(x)互補(bǔ)(余)誤差函數(shù)erfc(x)顯然補(bǔ)充講解許多求解誤碼率的問題可歸結(jié)為求概率或者，其中，若隨機(jī)變量，則令，則，因此04二月2023-蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電信、通信工程系-60

04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－61

三、基于匹配濾波器的最佳

接收解調(diào)方案+匹配濾波器判決輸出加性白高斯噪聲nw(t)發(fā)送接收數(shù)字信號(hào)Si(t),Rb=1/Tbr(t)y(t)Tby假設(shè)其沖激響應(yīng)與信號(hào)s1(t)相匹配，即h(t)=s1(Tb-t)

若在0≤t≤Tb期間，發(fā)送端發(fā)送“1”即s1(t)信號(hào)波形，則

r(t)=s1(t)+nw(t)，0≤t≤Tb在t=Tb時(shí)刻對(duì)y(t)抽樣后，立即對(duì)y(t)清零，可得抽樣值y為04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－62

誤碼率分析設(shè)，則Z為高斯隨機(jī)變量，它的條件均值及方差為

抽樣值y的條件概率密度函數(shù)為

04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－63

誤碼率分析同理可得，當(dāng)發(fā)送端發(fā)“0”[即s2(t)]時(shí)匹配濾波器輸出t=Tb時(shí)刻抽樣，并在抽樣后立即對(duì)y(t)清零，得到抽樣值Z的條件均值及方差為發(fā)s2(t)時(shí)，y的條件概率密度函數(shù)為

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誤碼率分析判決規(guī)則：y>VT

輸出“1”y<VT

輸出“0”錯(cuò)判概率平均錯(cuò)判概率即平均誤比特率為令得到最佳判決門限為p1(y)p2(y)0Eb-Eb門限VT輸出“1”輸出“0”04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－65

誤碼率分析在“1”和“0”等概率出現(xiàn)，即時(shí)，VT=0

，則上述公式推導(dǎo)的前提是假設(shè)發(fā)送端發(fā)送雙極性不歸零碼序列（？思考單極性時(shí)）1、0等概出現(xiàn)在信道傳輸中受到加性寬帶白高斯噪聲干擾在收端進(jìn)行匹配濾波器最佳接收p(s1)=p(s2)=1/204二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－66

兩種接收方案的比較在加性白高斯噪聲干擾下，利用匹配濾波器的最佳接收，其平均誤比特率比利用低通濾波器方案的小。（？思考原因）在相同Eb/N0的條件下，雙極性不歸零碼的最佳接收平均誤比特率比單極性的小。（參見P.157圖5.3.8）比較：04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－67

04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－68

§4.數(shù)字PAM信號(hào)通過限帶基帶信道的傳輸1、數(shù)字PAM基帶傳輸及碼間干擾2、無(wú)碼間干擾基帶傳輸?shù)哪慰固販?zhǔn)則3、升余弦濾波器性能分析及其應(yīng)用04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－69

限帶基帶信道實(shí)際數(shù)字通信中的信道往往是限帶信道e.g.電話信道、微波視頻無(wú)線信道、衛(wèi)星信道、水下聲信道用限帶的線性濾波器來模擬以上基帶信道或等效基帶信道其傳遞函數(shù)C(f)，沖激響應(yīng)為c(t)信道限帶于W(Hz)，當(dāng)|f|>W時(shí)，當(dāng)|f|≤W時(shí)，是限帶信道的幅頻特性是限帶信道的相頻特性

是其群時(shí)延特性或稱為包絡(luò)時(shí)延特性04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－70

理想、非理想信道的概念理想基帶信道在|f|≤W帶寬內(nèi)，恒定，是頻率的線性函數(shù)（即是恒定的）——信道的理想特性。為了有效利用信道帶寬W，可合理設(shè)計(jì)通過信道傳輸后的信號(hào)脈沖波形，實(shí)現(xiàn)在收端抽樣時(shí)刻的無(wú)碼間干擾傳輸，并可使所傳輸?shù)姆?hào)速率RB≥W非理想信道信道特性非理想時(shí)，若RB≥W，在抽樣時(shí)刻會(huì)存在碼間干擾解決辦法：在收端抽樣之前加上信道均衡器，補(bǔ)償信道特性的不完善，以減少在抽樣點(diǎn)的碼間干擾04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－71

信道一、數(shù)字PAM基帶傳輸及碼間干擾發(fā)送濾波器GT(f)基帶信道C(f)+判決輸出加性白高斯噪聲n(t)r(t)抽樣定時(shí)提取y(t)接收濾波器GR(f)輸入幅度序列S(t)gT(t)gR(t)c(t)04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－72

數(shù)字PAM基帶傳輸及碼間干擾由于系統(tǒng)傳輸特性的影響，使相鄰碼元的脈沖波形相互重疊（即碼間干擾），從而影響抽樣時(shí)刻的正確判決。不同于加性噪聲，碼間干擾隨信號(hào)的出現(xiàn)而出現(xiàn)，隨信號(hào)的消失而消失——乘性干擾。對(duì)y(t)進(jìn)行周期性抽樣,其周期為Ts,瞬時(shí)抽樣值為所希望接收的符號(hào)am其他符號(hào)通過系統(tǒng)傳輸后在抽樣時(shí)刻的響應(yīng)之和，即碼間干擾加性噪聲其中，m=0，±1，……無(wú)碼間干擾也就是希望此項(xiàng)為004二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－73

二、無(wú)碼間干擾基帶傳輸?shù)?/p>

奈奎斯特準(zhǔn)則基帶總傳遞函數(shù)X(f)=GT(f)·C(f)·GR(f)W為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)X(f)的截止頻率理想低通濾波器的截止頻率若為W，則不產(chǎn)生碼間干擾時(shí)的最高碼元速率為2W（波特）C(f)發(fā)送濾波器信道接收濾波器噪聲GT(f)GR(f)抽樣判決基帶傳輸X(f)抽樣判決簡(jiǎn)化輸入輸出輸入輸出04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－74

奈奎斯特準(zhǔn)則為了無(wú)碼間干擾，基帶傳輸系統(tǒng)的合成沖擊響應(yīng)應(yīng)滿足x(t)的傅式變換X(f)應(yīng)該滿足設(shè)討論1：Z(f)是周期函數(shù)，其周期為1/Ts

。討論2：1/TS=fS=RB=2W1（奈奎斯特速率），當(dāng)且僅當(dāng)X(f)=Tsrect(f/2W1)，x(t)=Sinc(2W1t)，即該傳遞函數(shù)是理想低通時(shí)，才滿足無(wú)碼間干擾傳輸?shù)臈l件.補(bǔ)充-無(wú)碼間干擾的頻域條件證明04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－75

物理意義：和式項(xiàng)是H(ω)移位2πi/Ts（i=0、±1、±2、···）再相加而形成的，因而該式成立與否，只要檢查在區(qū)間（-π/Ts，π/Ts

）上式否能疊加出一根水平直線（即為某常數(shù)），是否為Ts倒不是必須的。－－“切段相加”。即，h(t)的值除在t=0時(shí)不為0外，在其它所有抽樣點(diǎn)上均為0。由有按角頻率ωs=2π/Ts分割積分區(qū)間,得做變量代換：則有補(bǔ)充-無(wú)碼間干擾的頻域條件的證明于是當(dāng)k=0，且考慮到無(wú)碼干的時(shí)域條件時(shí)此處，只需補(bǔ)充-無(wú)碼間干擾的頻域條件證明討論上式：●為無(wú)碼干的頻域條件。其中Heq(ω)為等效理想低通?！駷闄z驗(yàn)一個(gè)給定的系統(tǒng)特性H(ω)是否會(huì)引起碼干提供了一個(gè)準(zhǔn)則－－奈奎斯特第一準(zhǔn)則。●物理意義：和式項(xiàng)是H(ω)移位2πi/Ts（i=0、±1、±2、···）再相加而形成的，因而該式成立與否，只要檢查在區(qū)間（-π/Ts，π/Ts

）上式否能疊加出一根水平直線（即為某常數(shù)），是否為Ts倒不是必須的。－－“切段相加”?！駶M足Heq(ω)的H(ω)有很多。最易想到的一種是----04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－79

奈奎斯特第一準(zhǔn)則基帶傳輸系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是理想低通其頻帶寬度為W1（Hz）——奈奎斯特帶寬該系統(tǒng)無(wú)碼間干擾傳輸?shù)淖钚s=1/2W1最大符號(hào)速率Rs=1/Ts=2W1(Baud)——奈奎斯特速率系統(tǒng)最高頻帶利用率為2Baud/HzW1-W1TsX(f)fx(t)111104二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－80

理想低通型無(wú)ISI波形04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－81

奈奎斯特第一準(zhǔn)則理想情況下，系統(tǒng)的頻帶利用率達(dá)到極限，但是存在以下問題：x(t)的Sinc函數(shù)是非因果的，物理不可實(shí)現(xiàn)x(t)沖激脈沖脈沖形狀收斂到0的速度緩慢，以1/t速率衰減，形成長(zhǎng)長(zhǎng)的“尾巴”，因此要求抽樣時(shí)刻非常正確才能無(wú)碼間干擾為了解決上述問題，奈奎斯特（Nyquist）給出了基本解決途徑：為得到無(wú)碼間干擾的傳輸特性，系統(tǒng)傳遞函數(shù)不必是矩形，而允許是具有緩慢下降邊沿的任何形狀，只要此傳遞函數(shù)是實(shí)函數(shù)并且在f=W1處滿足奇對(duì)稱關(guān)系。

一種合理的方案就是所謂升余弦濾波器。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－82

奈奎斯特第一準(zhǔn)則升余弦(RaisedCosine-RolloffFiltering)04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－83

三、升余弦濾波器性能與應(yīng)用把銳截止變成緩慢截止，這樣的濾波器就是物理可實(shí)現(xiàn)的。令α=W/W1，0≤α≤1，稱為滾降因子表示濾波器截止特性的"圓滑"程度,即過渡帶的大小α越大，X(f)衰減越快，傳輸可靠性越高；但所需傳輸頻帶越寬，頻帶利用率降低W1-W1TsX(f)fW+W1α=1α=0α=0.50-2-10123t/Ts升余弦系統(tǒng)

α=1理想低通系統(tǒng)

α=004二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－84

升余弦濾波器的特性

傳遞函數(shù)結(jié)論：當(dāng)α>0時(shí)，x(t)的尾巴是隨時(shí)間以1/t3衰減，所以在實(shí)際抽樣時(shí)刻與最佳抽樣時(shí)刻存在偏差，即具有定時(shí)誤差時(shí)所引起的碼間干擾比α=0時(shí)的小。沖激響應(yīng)04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－85

升余弦滾降系統(tǒng)的h(t)滿足抽樣值上無(wú)串?dāng)_的傳輸條件，且各抽樣值之間又增加了一個(gè)零點(diǎn)，其尾部衰減較快(與t2成反比)，這有利于減小碼間串?dāng)_和位定時(shí)誤差的影響。但這種系統(tǒng)的頻譜寬度是α=0(理想低通)的2倍，因而頻帶利用率為1Baud/Hz，是最高利用率的一半。若0＜α＜1時(shí)，帶寬B=(1+α)/2Ts赫，頻帶利用率η=2/(1+α)Baud/Hz。因此H(ω)的相移特性實(shí)際上需加以考慮。升余弦濾波器的特性04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－86

舉例解題思路：無(wú)碼間干擾的基帶傳輸系統(tǒng)所應(yīng)該滿足的頻域(時(shí)域)條件!04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－87

最大的fs=f1+f2=4MHz最高碼元速率Rs=4Mbaud對(duì)應(yīng)的頻帶利用率為Rs/f2=4/3Baud/Hz還能以多大速率傳輸可以無(wú)碼間干擾?04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－88

§5.加性白高斯噪聲干擾下數(shù)字PAM信號(hào)通過理想限帶信道的最佳基帶傳輸基帶傳輸系統(tǒng)的合成傳遞函數(shù)X(f)=GT(f)·C(f)·GR(f)為了使得在接收端抽樣時(shí)刻的碼間干擾為0，則X(f)

要符合無(wú)碼間干擾基帶傳輸?shù)纳嘞姨匦裕碭(f)=GT(f)·C(f)·GR(f)

=|X升余(f)|?exp(-j2πft0)，|f|≤WC(f)發(fā)送濾波器限帶基帶信道接收濾波器加性噪聲n(t)GT(f)GR(f)抽樣判決+04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－89

最佳基帶傳輸條件在接收端抽樣時(shí)刻無(wú)碼間干擾條件下，引起誤碼的是加性噪聲，此時(shí)，最佳接收的最佳濾波器應(yīng)匹配于所接收的確定信號(hào)，使接收端抽樣時(shí)刻的信噪比最大設(shè)限帶信道是理想低通特性，并設(shè)信道不引入時(shí)延，則接收到的確定信號(hào)的頻譜僅取決于發(fā)送濾波器GT(f)的特性，所以接收濾波器的GR(t)應(yīng)與發(fā)送濾波器GT(f)共軛匹配，即04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－90

最佳基帶傳輸條件在理想限帶信道情況下，既要使收端抽樣時(shí)刻的抽樣值無(wú)碼間干擾，又要使得在抽樣時(shí)刻抽樣值的信噪比最大在設(shè)計(jì)發(fā)送和接收濾波器時(shí)，要使發(fā)送和接收濾波器的傳遞函數(shù)的模值分別是近似于升余弦的平方根頻譜，其相移是線性的，時(shí)延t0則是用來確保濾波器的物理可實(shí)現(xiàn)性。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－91

舉例11104二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－92

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§6.眼圖眼圖分析法評(píng)定實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)性能的一種定性而方便的方法是觀察接收端的基帶信號(hào)波形；如果將接收端信號(hào)波形輸入示波器的Y軸，并且把示波器的水平掃描周期和碼元定時(shí)同步，則在示波器上可觀察到類似人眼的圖案，稱為“眼圖”。眼圖是由各段碼元波形疊加而成的：二元信號(hào)傳輸時(shí)，一個(gè)碼元周期內(nèi)可看到一只“眼睛”；三元信號(hào)下可看到兩只“眼睛”；M元信號(hào)下則有（M-1）只“眼睛”

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眼圖

下面是二進(jìn)制升余弦頻譜信號(hào)在示波器上顯示的兩張眼圖照片。圖(a)是在幾乎無(wú)噪聲和無(wú)碼間干擾下得到的，而圖(b)則是在一定噪聲和碼間干擾下得到的。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－95

基帶信號(hào)波形及眼圖形成示意圖眼圖04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－96

眼圖眼圖中：在“眼睛”張開度最大時(shí)刻是最佳抽樣時(shí)刻；在“眼睛”張開部分的寬度決定了接收波形可以不受串?dāng)_影響而進(jìn)行抽樣、再生的時(shí)間間隔；“眼睛”在特定時(shí)刻張開的高度決定了系統(tǒng)的噪聲容限；“眼睛”的閉合斜率決定了系統(tǒng)對(duì)定時(shí)誤差的敏感程度，斜率越大則對(duì)定時(shí)誤差越敏感。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－97

眼圖過零點(diǎn)畸變可以抽樣的時(shí)間噪聲容限斜率=對(duì)定時(shí)誤差的靈敏度峰值畸變最佳抽樣時(shí)刻判決門限當(dāng)碼間干擾十分嚴(yán)重時(shí)，接收端信號(hào)波形的眼圖會(huì)完全閉合，系統(tǒng)誤碼嚴(yán)重故不可能正常工作。因此必須對(duì)碼間干擾進(jìn)行校正——均衡處理。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－98

§7.信道均衡基帶傳輸系統(tǒng)傳輸特性不可能嚴(yán)格滿足理想的無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，因此接收端信號(hào)不可避免地會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_；消除接收信號(hào)串?dāng)_的有效方法——均衡。均衡方式：頻域均衡：接收端串接濾波器，以補(bǔ)償整個(gè)系統(tǒng)的幅頻和相頻特性。時(shí)域均衡：利用數(shù)字信號(hào)處理算法，直接校正整個(gè)系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－99

時(shí)域均衡時(shí)域均衡的基本思想GT(f)C(f)+抽樣判決n(t)GR(f)gR(t)T(f)信道均衡器X(f)X’(f)X’(f)=X(f)·T(f)通過調(diào)整T(f)而使得X’(f)滿足奈奎斯特第一定律，從而消除抽樣時(shí)刻的碼間干擾。{an}{bn}r(t)R’(t)04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－100

時(shí)域均衡橫向?yàn)V波器

TsC-iTsC-1TsC0C1TsCi輸出輸入延時(shí)單元抽頭系數(shù)

N→∞，hT(t)為無(wú)限長(zhǎng)橫向?yàn)V波器（IIR）;

N取有限值，hT(t)為有限長(zhǎng)橫向?yàn)V波器（FIR）。FIR是由2N個(gè)延遲單元（每單元延遲Ts時(shí)間）、（2N+1）個(gè)抽頭系數(shù)及一個(gè)加法器構(gòu)成。橫向?yàn)V波器的沖激響應(yīng)：04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－101

時(shí)域均衡橫向?yàn)V波器的特性完全取決于各個(gè)抽頭系數(shù)，而抽頭系數(shù)的確定則是依據(jù)對(duì)均衡效果的要求。均衡濾波器準(zhǔn)則峰值畸變準(zhǔn)則——波形評(píng)估均方畸變準(zhǔn)則——能量評(píng)估D越小越好。按這兩個(gè)準(zhǔn)則來確定均衡器的抽頭系數(shù)均可使失真最小，獲得最佳的均衡效果.均方差越小越好。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－102

時(shí)域均衡均衡濾波器的實(shí)現(xiàn)基于迭代方式的均衡算法——“迫零法”：依據(jù)其準(zhǔn)則所要求的參數(shù)來調(diào)整抽頭系數(shù)，從而使碼間干擾最小，即D→0或ε2→0

（∵D和ε2是抽頭系數(shù)的函數(shù)）預(yù)置式均衡：在傳輸實(shí)際信息之前先發(fā)送“訓(xùn)練”脈沖，根據(jù)輸出響應(yīng)的特性調(diào)整抽頭系數(shù)。自適應(yīng)均衡：不用“訓(xùn)練脈沖”，直接從接收信號(hào)中提取均衡信息04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－103

§8.部分響應(yīng)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，希望找到頻帶利用率高、脈沖“拖尾”衰減大、收斂快的傳輸脈沖。部分響應(yīng)系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)思想（Partial-Response

System）在確定的傳輸速率下，采用相關(guān)編碼，使前后碼元之間產(chǎn)生相關(guān)性（有控制地在某些碼元的抽樣時(shí)刻引入碼間干擾）。用以改變碼元波形的頻譜特性，使系統(tǒng)頻帶利用率提高到理論最大值(2Baud/Hz)，同時(shí)又可以降低對(duì)定時(shí)的精度要求。

——奈奎斯特第二準(zhǔn)則04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－104

部分響應(yīng)系統(tǒng)

我們的主要目的是要尋求一種傳輸系統(tǒng)，它允許存在一定的、受控制的碼間串?dāng)_，而在接收端可加以消除。它能使頻帶利用率提高到理論上的最大值，又可形成“尾巴”衰減大收斂快的傳輸波形，從而降低對(duì)定時(shí)取樣精度的要求，這類系統(tǒng)稱為部分響應(yīng)系統(tǒng)（Partial-Response

System）。04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－105

盡管波形“拖尾”嚴(yán)重，但可以發(fā)現(xiàn)相距一個(gè)碼元間隔的兩個(gè)波形的“拖尾”剛好正負(fù)相反，利用這樣的波形組合肯定可以構(gòu)成“拖尾”衰減很快的脈沖波形。理想低通系統(tǒng)示意圖

(a)傳輸特性；(b)沖激響應(yīng)第Ⅰ類部分響應(yīng)波形

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于是可用兩個(gè)間隔為一個(gè)碼元長(zhǎng)度Ts的的合成波形g(t)來代替。第Ⅰ類部分響應(yīng)波形（雙二進(jìn)系統(tǒng)）

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當(dāng)然也可用兩個(gè)間隔為一個(gè)碼元長(zhǎng)度Ts的的合成波形g(t)來代替。第Ⅰ類部分響應(yīng)波形（雙二進(jìn)系統(tǒng)）

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第Ⅰ類部分響應(yīng)波形（雙二進(jìn)系統(tǒng)）g(t)波形及其頻譜示意圖04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－109

碼元發(fā)生串?dāng)_的示意圖第Ⅰ類部分響應(yīng)波形

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g(t)波形的拖尾幅度與t2成反比，而

波形幅度與t成反比，這說明g(t)波形拖尾的衰減速度加快了。從上圖也可看到，相距一個(gè)碼元間隔的兩個(gè)

波形的“拖尾”正負(fù)相反而相互抵消，使合成波形“拖尾”迅速衰減。

頻譜范圍傳輸帶寬頻帶利用率g(t)的波形特點(diǎn)：第Ⅰ類部分響應(yīng)波形

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若用g(t)作為傳送波形，且碼元間隔為Ts，則在抽樣時(shí)刻上僅發(fā)生發(fā)送碼元的樣值將受到前一碼元的相同幅度樣值的串?dāng)_，而與其他碼元不會(huì)發(fā)生串?dāng)_。表面上看，由于前后碼元的串?dāng)_很大，似乎無(wú)法按1／Ts的速率進(jìn)行傳送。但由于這種“串?dāng)_”是確定的、可控的，在收端可以消除掉，故仍可按1／Ts傳輸速率傳送碼元。由于存在前一碼元留下的有規(guī)律的串?dāng)_，可能會(huì)造成誤碼的傳播（或擴(kuò)散）。第Ⅰ類部分響應(yīng)波形

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相關(guān)編碼相關(guān)編碼設(shè)傳輸消息代碼序列為{ak}，并且ak=+1

-1對(duì)第K碼元的抽樣值為Ck=ak+

ak-1

，于是有ak=Ck-

ak-1利用前后碼元的相關(guān)性，可消除引入的碼間干擾，進(jìn)行碼元判決。+Ts{ak}{Ck}{ak-1}04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－113

部分響應(yīng)系統(tǒng)例如{ak}={10110011}發(fā)送Ck=ak+

ak-1{ak}+1-1+1+1-1-1+1+1{ak-1}+1-1+1+1-1-1+1{ck}00+20-20+2接收：無(wú)誤碼ak=Ck-

ak-1{ck}00+20-20+2{ak-1}+1-1+1+1-1-1+1{ak}+1-1+1+1-1-1+1+104二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－114

部分響應(yīng)系統(tǒng)例如{ak}={10110011}接收：有誤碼ak=Ck-

ak-1{ck}0000-20+2{ak-1}+1-1+1-1

+1-3+3{ak}+1-1+1-1

+1-3+3-1所以引入相關(guān)性會(huì)導(dǎo)致誤碼增殖（或稱為誤碼傳播/擴(kuò)散現(xiàn)象）04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－115

部分響應(yīng)系統(tǒng)預(yù)編碼在實(shí)際傳輸系統(tǒng)中，需要解除接收碼序列中碼元的相關(guān)性，避免誤碼增殖現(xiàn)象。發(fā)送端進(jìn)行預(yù)編碼bk作為傳輸碼序列，則接收端抽樣值ck=bk+bK-1；接收判決[ck]mod2=[bk+bK-1]mod2=ak只需依據(jù)當(dāng)前碼元進(jìn)行判決，可消除誤碼增殖現(xiàn)象。+Ts{ak}{bk}{bk-1}bk=akbk-1+04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－116

部分響應(yīng)系統(tǒng)例如{ak}={11101001}發(fā)送bk=(ak+bK-1)mod2ck=bk+bk-1{ak}11101001{bk-1}01011000{bk}10110001{ck}11121001接收：無(wú)誤碼{ck}11121001{ck}mod211101001接收：有誤碼{ck}11021001{ck}mod21100100104二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－117

部分響應(yīng)系統(tǒng)第一類部分響應(yīng)系統(tǒng)（雙二進(jìn)系統(tǒng)）+mod2+TsTs判決{ak}{ck}{bk}{ak}{bk-1}{bk-1}+mod2+Ts判決{ak}{ck}{bk}{a’k}{bk-1}發(fā)送信道接收04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－118

第Ⅰ類部分響應(yīng)系統(tǒng)組成框圖bkbk-1bkbk-1Ckbk-1bkCk部分響應(yīng)系統(tǒng)04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－119

部分響應(yīng)的一般形式

可見,G(ω)僅在(-π/Ts,π/Ts)范圍內(nèi)存在。部分響應(yīng)系統(tǒng)04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－120

顯然,Ri(i=1,2,…,N)不同，將有不同類別的部分響應(yīng)信號(hào)，相應(yīng)有不同的相關(guān)編碼方式。為了避免因相關(guān)編碼而引起的“差錯(cuò)傳播”現(xiàn)象，一般要經(jīng)過類似于前面介紹的“預(yù)編碼-相關(guān)編碼-模2判決”過程。［按模L相加］(算術(shù)加)部分響應(yīng)系統(tǒng)04二月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－121

根據(jù)R取值不同，下表列出了常見的五類部分響應(yīng)波形、頻譜特性和加權(quán)系數(shù)RN。從表中看出，各類部分響應(yīng)波形的頻譜均不超過理想低通的頻帶寬度，但他們的頻譜結(jié)構(gòu)和對(duì)臨近碼元抽樣時(shí)刻的串?dāng)_不同。目前應(yīng)用較多的是第Ⅰ類和第Ⅳ類。第Ⅰ類頻譜主要集中在低頻段，適于信道頻帶高頻嚴(yán)重受限的場(chǎng)合。第Ⅳ類無(wú)直流分量，且低頻分量小，便于通過載波線路，便于邊帶濾波，實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制，因而在實(shí)際應(yīng)用中，第Ⅳ類部分響應(yīng)用