通信原理课件通信原理课件5.4 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 进一步分析数字基带信号通过基带传输系统进一步分析数字基带信号通过基带传输系统时的传输性能。时的传输性能。 5.4.1 码间串扰码间串扰 数数字字基基带带信信号号通通过过基基带带传传输输系系统统时时，由由于于系系统统（主主要要是是信信道道）传传输输特特性性不不理理想想，或或者者由由于于信信道道中中加加性性噪噪声声的的影影响响，使使收收端端脉脉冲冲展展宽宽，延延伸伸到到邻邻近近码码元元中中去去，从从而而造造成成对对邻邻近近码码元元的的干干扰扰，我我们们将将这这种种现现象象称称为为码码间间串串扰扰。如如图图5-9所示。所示。通信原理课件通信原理课件图图5-9 基带传输中的码间串扰基带传输中的码间串扰 1 0 1 1通信原理课件通信原理课件5.4.2 码间串扰的数学分析码间串扰的数学分析 数字基带信号的传输模型如图所示数字基带信号的传输模型如图所示基带传输系统模型基带传输系统模型 单单极性极性矩形脉冲矩形脉冲双双极性极性理想抽样理想抽样二进制冲激序列二进制冲激序列信道信号形成器信道信号形成器通信原理课件通信原理课件接着接着，即：，即：通信原理课件通信原理课件该系统该系统声声通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件噪声的瞬时值，是一个随机噪声的瞬时值，是一个随机变量，也影响第变量，也影响第k个码元的正确判决个码元的正确判决（通常与第（通常与第k k个码元越近的码元对它产生的串扰越大）个码元越近的码元对它产生的串扰越大）()通信原理课件通信原理课件由前面分析可知，由前面分析可知，控制控制 使使随机出现，无法控制随机出现，无法控制这样的波形不易实现，这样的波形不易实现，实际中实际中h(t)h(t)波形有很长的波形有很长的“拖尾拖尾”如果相邻码元的前一个码元的波形到达后一个码元判决如果相邻码元的前一个码元的波形到达后一个码元判决时刻时已衰减到时刻时已衰减到0，就能消除码间串扰。，就能消除码间串扰。通信原理课件通信原理课件只要让拖尾只要让拖尾刻刻，如图所示：，如图所示：这就是消除码间串扰的基本思想！这就是消除码间串扰的基本思想！通信原理课件通信原理课件如何形成合适的波形，实际上是如何设计如何形成合适的波形，实际上是如何设计传输特性传输特性的问题的问题因为因为h(t)h(t)是是基带传输系统基带传输系统的单位冲激响应的单位冲激响应详细分析详细分析不考虑噪声影响不考虑噪声影响，则无码间串扰，则无码间串扰的基带系统的单位冲激响应应满足下式：的基带系统的单位冲激响应应满足下式：即即h(t)h(t)的值除的值除t=0t=0时不为零外，在其他抽样点值均为时不为零外，在其他抽样点值均为0 0通信原理课件通信原理课件因为：因为：通信原理课件通信原理课件将将代入上式，得到无码代入上式，得到无码间串扰时，基带传输应满足的频域条件：间串扰时，基带传输应满足的频域条件：奈奎斯特第一准则奈奎斯特第一准则该准则的物理意义为：只要将系统的传输特性该准则的物理意义为：只要将系统的传输特性H()按按2/Ts间隔分段，再搬回间隔分段，再搬回(-/Ts, /Ts)区间叠加，叠加后结果若为区间叠加，叠加后结果若为常数，则此基带传输系统可实现无码间串扰！常数，则此基带传输系统可实现无码间串扰！（示意图）（示意图）通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件在上图在上图此时，基带系统所能提供的最高频带利用率为：此时，基带系统所能提供的最高频带利用率为：通信原理课件通信原理课件下面进一步讨论满足奈奎斯特准则且实用的、物理上下面进一步讨论满足奈奎斯特准则且实用的、物理上可实现的等效传输系统可实现的等效传输系统通信原理课件通信原理课件5.4.5无码间串扰的滚降系统无码间串扰的滚降系统 理想低通系统冲激响应理想低通系统冲激响应h(t)的尾巴衰减慢的原因是系统的的尾巴衰减慢的原因是系统的频率截止特性过于陡峭。频率截止特性过于陡峭。进行改造进行改造+=只要只要Y()Y()的具有对的具有对B BN N呈奇对称的幅度特性呈奇对称的幅度特性则则H()H()就能满足无码间串扰的要求就能满足无码间串扰的要求通信原理课件通信原理课件 上述改进可看成是理想低通特性按上述改进可看成是理想低通特性按奇对称条件奇对称条件进行进行“圆滑圆滑”的结果，这种的结果，这种“圆滑圆滑”，通常被称为，通常被称为“滚降滚降”。 定义定义滚降系数滚降系数为：为： B BN N 无滚降时的截止频率无滚降时的截止频率B B2 2 滚降部分的截止频率滚降部分的截止频率显然：显然：01h(t)数学表达式：数学表达式：P152通信原理课件通信原理课件由上图可以看出：由上图可以看出：通信原理课件通信原理课件例例5.4.1 设设某某数数字字基基带带传传输输系系统统的的传传输输特特性性H()如如图图所所示。其中示。其中为某个常数（为某个常数（01）。）。（1）试检验该系统能否实现无码间串扰传输？）试检验该系统能否实现无码间串扰传输？（2）试试求求该该系系统统的的最最大大码码元元传传输输速速率率为为多多少少？这这时时的的系统频带利用率为多大？系统频带利用率为多大？0.5通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件练习题：书176页 11、13、14通信原理课件通信原理课件5.7眼图眼图使得系统误码率的计算变的很困难，甚至得不到一种合适的定量分析方法使得系统误码率的计算变的很困难，甚至得不到一种合适的定量分析方法即眼图分析法即眼图分析法通信原理课件通信原理课件观察眼图的方法观察眼图的方法： 用示波器跨接在接受滤波器的输出端用示波器跨接在接受滤波器的输出端 调整扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元周期同步调整扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元周期同步 此时在示波器上可看到很想人的眼睛的图像，及眼图此时在示波器上可看到很想人的眼睛的图像，及眼图无码间串扰无码间串扰有码间串扰有码间串扰无无噪噪声声条条件件下下通信原理课件通信原理课件 图图5-21（a）是接收滤波器输出的无码间串扰的二进）是接收滤波器输出的无码间串扰的二进制双极性基带波形，用示波器观察它，并将示波器扫描周制双极性基带波形，用示波器观察它，并将示波器扫描周期调整到码元周期，由于示波器的余辉作用，扫描所得的期调整到码元周期，由于示波器的余辉作用，扫描所得的每一个码元波形将重叠在一起，示波器屏幕上显示的是一每一个码元波形将重叠在一起，示波器屏幕上显示的是一只睁开的迹线细而清晰的大只睁开的迹线细而清晰的大“眼睛眼睛”， 如如图图5-21（b）所所示示。图图5-21（c）是是有有码码间间串串扰扰的的双双极极性性基基带带波波形形，由由于于存存在在码码间间串串扰扰，此此波波形形已已经经失失真真，示示波波器器的的扫扫描描迹迹线线就就不不完完全全重重合合，于于是是形形成成的的眼眼图图线线迹迹杂杂乱乱，“眼眼睛睛”张张开开得得较较小小，且且眼眼图图不不端端正正，如如图图5-21（d）所所示示。对对比比图图（b）和和（d）可可知知，眼眼图图的的“眼眼睛睛”张张开开得得越越大大，且且眼眼图图越越端端正正，表表示示码码间间串串扰扰越越小小，反反之之，表表示示码码间间串串扰扰越越大。大。通信原理课件通信原理课件 当当存存在在噪噪声声时时，噪噪声声叠叠加加在在信信号号上上，眼眼图图的的线线迹迹更更不不清清晰晰，变变成成模模糊糊的的带带状状线线，于于是是“眼眼睛睛”张张开开就就更更小小。从从图图形形上上并并不不能能观观察察到到随随机机噪噪声声的的全全部部形形态态，例例如如出出现现机机会会少少的的大大幅幅度度噪噪声声，它它在在示示波波器器上上一一晃晃而而过过，用用人人眼眼是是观观察察不不到的。所以，在示波器上只能大致估计噪声的强弱。到的。所以，在示波器上只能大致估计噪声的强弱。 眼图的作用：眼图的作用：从从“眼图眼图”上可以观察出码间串扰和噪声上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。另外也可以用此图形对的影响，从而估计系统优劣程度。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。的传输性能。为为了了进进一一步步说说明明眼眼图图和和系系统统性性能能之之间间的的关关系系，我我们们把把眼眼图简化为一个模型，如下图所示：图简化为一个模型，如下图所示：通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件（1）最佳抽样时刻应是）最佳抽样时刻应是“眼睛眼睛”张开最大的时刻；张开最大的时刻；（2）眼眼图图斜斜边边的的斜斜率率决决定定了了系系统统对对抽抽样样定定时时误误差差的的灵灵敏敏程度；斜率越大，对定时误差越灵敏；程度；斜率越大，对定时误差越灵敏；（3）眼图的阴影区的垂直高度表示信号的畸变范围；）眼图的阴影区的垂直高度表示信号的畸变范围；（4）眼图中央的横轴位置对应于判决门限电平；）眼图中央的横轴位置对应于判决门限电平；（5）过过零零点点失失真真为为压压在在横横轴轴上上的的阴阴影影长长度度，有有些些接接收收机机的的定定时时标标准准是是由由经经过过判判决决门门限限点点的的平平均均位位置置决决定定的的，所所以以过零点失真越大，对定时标准的提取越不利。过零点失真越大，对定时标准的提取越不利。（6）抽抽样样时时刻刻上上、下下两两阴阴影影区区的的间间隔隔距距离离之之半半为为噪噪声声容容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决；限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决；由该图可以获得以下信息：由该图可以获得以下信息：通信原理课件通信原理课件练习题：书178页 20