部分响应系统的分析与应用

部分响应系统的分析与应用2015年4月15日2015届学士毕业论文部分响应系统的分析与应用II部分响应系统的分析与应用摘要在通信系统中，因为存在信道特征和噪声等原因，会使信号在传输过程中出现码间串扰。由奈奎斯特第一准则可知理想低通特性或等效理想低通特性都可以消除码间串扰。理想低通传输特性虽然可达到基带系统理论极限值2B/HZ，但在实际上是不能实现的，且其响应波形sinx/x尾部收敛慢。等效理想低通特性对频带的利用率下降，不适合高速传播。依据奈奎斯特第二准则设计出的部分响应系统，可以改善频谱特性，并使频带利用率升高到理论上的最大值。本文主要讨论第Ⅰ类和第Ⅳ类部分响应系统，用MATLAB对其波形和频谱特性进行仿真，并利用实例通过与传统设计方法比较，突出部分响应系统的优越性。关键词奈奎斯特第一准则；奈奎斯特第二准则；部分响应系统；频带利用率2015届学士毕业论文部分响应系统的分析与应用IIITheanalysisandapplicationofpartialresponsesystemAbstractInacommunicationsystem,becauseofchannelcharacteristicsandnoise,thesignalwillbeinterferedbyInterSymbolInterferenceduringtransmission.BythefirstNyquistcriterion,weknowthatideallow-passcharacteristicorequivalentideallow-passcharacteristiccaneliminateInterSymbolInterference.Theideallow-passcharacteristiccanachieveatheoreticalmaximumvalue2b/HZ,butitcan'tbeimplementedinfactanditsresponsewaveformsinx/xconvergesslowly.Theequivalentideallow-passcharacteristicwoulddeclinethebandwidthefficiency,anditisnotsuitableforhigh-speedtransmission.AccordingtothesecondNyquistcriterion,wecandesignthepartialresponsesystem,whichcanimprovethespectrumcharacteristic,andthebandwidthefficiencyincreasestoamaximumoftheory.Inthispaper,wediscusstheⅠclassandtheⅣclasspartialresponsesystem,usingmatlabtosimulatethewaveformandspectrumcharacteristics,andusetheinstancehighlighttheadvantagesofpartialresponsesystembycomparingwiththetraditionaldesignmethod..KeywordsfirstNyquistcriterion；secondNyquistcriterion；partialresponsesystem；bandwidthefficiency2015届学士毕业论文部分响应系统的分析与应用IV目录1数字基带信号传输与码间串扰...........................................................11.1数字基带信号................................................................................11.2基带传输的码型...........................................................................21.3数字基带信号传输系统的组成....................................................21.4码间串扰.......................................................................................32无码间串扰的基带传输特性...............................................................42.1无码间串扰的时域条件................................................................42.2无码间串扰的频域条件................................................................43部分响应系统......................................................................................63.1五类常见的部分响应系统............................................................63.2两种应用最广泛的部分响应系统................................................74部分响应系统的应用实例................................................................124.1第Ⅰ类部分响应系统应用于二进制振幅键控..........................124.2第Ⅳ类部分响应在单边带系统中的应用..................................16结论.................................................................................................19参考文献...............................................................................................20致谢...................................................................................................21淮北师范大学2015届学士毕业论文部分响应系统的分析与应用1引言在通信行业高速发展的21世纪，数字通信在现代生活中的应用已经越来越广泛，因此基带传输作为数字通信的一种传输方式具有十分重要的意义。然而数字基带信号在实际的基带传输中往往会受到一些干扰，比如噪声和码间串扰[1]。码间串扰是在数字基带信号传输过程中一种非常常见的现象，要使接收端能够准确的恢复信息，在传输过程中必须要能够有效的除去码元之间的相互干扰。只有传输总特性与奈奎斯特第一准则相符合，才能使基带信号在信道中进行传输时不会存在码元之间的相互串扰。但只是使传输系统满足奈奎斯特第一准则，又会面临无法物理实现或频带利用率低等问题。因此，为了使无码间串扰的传输系统具有良好的频带利用率，我们需要根据奈奎斯特第二准则完成对部分响应系统的设计。部分响应系统中最常用的是第Ⅰ类和第Ⅳ类，根据这两类部分响应的特点对一些传统的通信系统进行改善，通过对具体的实例进行分析并与传统的通信系统相比较，更加清楚的突出部分响应系统的优势。1数字基带信号传输与码间串扰1.1数字基带信号在没有经过调制的数字信号中，如果该信号所占的频谱是从零频及其附近开始的，那么我们通常将这种信号称作数字基带信号。在实际的数字传输系统里，由于信道特性和系统指标要求不同，所以要选择不同的数字脉冲波形。从理论上来讲，基带信号波形可是选用任意形状的脉冲，但是考虑到矩形脉冲要容易产生和处理，因此实际系统中矩形脉冲是最为常用的一种数字波形。2015届学士毕业论文部分响应系统的分析与应用21.2基带传输的码型通常情况下，我们所指的基带信号就是用电表示方法来表示消息代码。然而在考虑现实情况时可知，并非任何一种代码的电波形都能够在信道中进行传输。比如如果电波形中含有丰富的直流和低频成分的话，这种电波形就有可能导致信号的畸变，因此这种波形就不宜在信道中传输。同时，出现长时间连0”的码型不利定时信息的提取，也不适合在信道中传输。传输码型正常情况下应遵循下列准则：（1）便于提取定时分量；（2）传输码型没有直流分量并且含有的低频分量要尽可能的少[2]；（3）能顺应信息源的改变---不会被信息源的统计特特征所影响；（4）传输效率要高；（5）具有内在的检错能力。1.3数字基带信号传输系统的组成如下图所示是一个最为常见和最为简单的数字基带传输系统:发送滤波器信道接收滤波器抽样判决器同步提取数字基带信号噪声图1数字基带传输系统2015届学士毕业论文部分响应系统的分析与应用3在上图所示的数字基带信号最基本的传输系统中各个部分的作用和功能如下：发送滤波器：对输入的信号进行码型和波形变换，使之变为适宜在信道中传输的信号。信道：允许基带信号通过的媒质。接收滤波器：主要功能是接收信号并过滤掉带外噪声和其余干扰，使得输出的基带波形能更好的进行判决。抽样判决器：它的传输特性和背景噪声是不理想的，通过特殊的控制时序脉冲采样判断对接收滤波器的输出波形，以恢复或再生的基带信号[3]。1.4码间串扰码间串扰（ISI）指的是在接收信号中除了当前码元之外的其余全部码元在抽样时刻的总和。当码间串扰对信号造成的影响比较严重时，会有很大可能导致抽样判决器错误判决发生误码。下图通过相邻码元Ⅰ和Ⅱ的相互干扰情况为例来说明码间串扰。图2相邻码元之间的码间串扰示意图2015届学士毕业论文部分响应系统的分析与应用42无码间串扰的基带传输特性码间串扰（ISI）会影响传输系统的质量，如果比较严重的话会造成错误判决，使传输系统的接收端无法正确地恢复出原来的信号。因此，信号传输时码间串扰的存在与否对通信系统的总体质量有着十分重要的意义，这就使得实现无码间干扰传输变得十分重要[4]。下面在假设信道没有噪声的理想情况下，从时域和频域两个方面来研究传输系统需要满足的条件时才能使信号在传输过程中没有码元之间的相互干扰。2.1无码间串扰的时域条件要消除码间干扰，将基带传输系统的脉冲响应波形的h(t)只有在采样符号的时间有一个最大的值，同时采样时间对其他符号为零。也就是说，若对h(t)在时刻t=错误!未找到引用源。(假定信道和接收滤波器所造成的延时错误!未找到引用源。=0)抽样，则有下式成立：010)(kkth为其他整数（2-1）上式说明要使信号在传输过程中不会受到码元之间的相互干扰，就必须保证h(t)的抽样值在t=0时不为零的同时，要使在其他所有抽样点的值都等于零[8]。2.2无码间串扰的频域条件假设H(w)表示传输系统的总特性，根据h(t)和H(w)互为傅里叶变换的关系，可知h(t)是由基带系统H(w)形成的传输波形。因此，可根据时域条件h(t)的表达式计算出基带传输特性在不受到码间串扰的干扰时应满足2015届学士毕业论文部分响应系统的分析与应用5sissTwTiwHT1)2(1（2-2）这个条件就是我们通常所说的奈奎斯特第一准则。基带传输系统的总特性H(w)只要能符合此要求，就能够消除码间串扰。2015届学士毕业论文部分响应系统的分析与应用63部分响应系统由奈奎斯特第二准则可以知道：如果人为地、有规律地在码元的抽样时刻引入码间串扰，然后在