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现代通信理论与技术PrinciplesandTechnologesofModernCommunicationSystems主讲：杨万全教授四川大学电子信息学院Tel：85461089（H）13678087308（M）E-mail：YWQ@scu.edu.cn2008-11-30《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全2现代数字通信系统原理框图基于比特流的数字信号处理信源编码数字信号的载波传输数字基带信号数字信号的基带载输调制器解调器信道噪声源信道再生再生中继信道噪声源噪声源数字基带信号基于比特流的数字信号处理多路复用..来自其它信源到其它信宿扩频多址接入解扩多址分接RF发送RF接收信息源格式变换数据压缩加密编码信道编码脉冲成形信源译码多路分离..信宿格式变换数据解压解密译码信道译码抽样判决《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全第7章数字信号的基带传输Chapter7DigitalBasebandTransmission2008-11-303《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全7.1数字基带传输系统2008-11-304《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全7.1.1数字信号的基带传输系统数字信号的基带传输系统（1）数字基带信号数字基带信号从原始信源转换过来的数字信号所占据的基本频带从低频甚至直流开始，因而称之为数字基带信号。2008-11-3052008-11-30《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全6(2)数字信号的基带传输系统基于比特流的数字信号处理信源编码数字信号的载波传输数字基带信号数字信号的基带载输调制器解调器信道噪声源信道再生再生中继信道噪声源噪声源数字基带信号基于比特流的数字信号处理多路复用..来自其它信源到其它信宿扩频多址接入解扩多址分接RF发送RF接收信息源格式变换数据压缩加密编码信道编码脉冲成形信源译码多路分离..信宿格式变换数据解压解密译码信道译码抽样判决《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全数字基带传输系统的简化形式数字基带传输系统的简化形式信息源基带码型编码脉冲成形传输信道接收滤波脉冲再生抽样判决码型译码信宿噪声源2008-11-307《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全7.1.2基带传输系统中的码间串扰和噪声干扰h(t)↔H(ω)=GT(ω)C(ω)GR(ω)输入si(t)输出发送滤波器GT(ω)接收滤波器GR(ω)信道C(ω)抽样器判决器ni(t)r(t)r(k)s(t))()(bnninTtats−=∑δωωωωπωde)()()(21)(jtRGCGthT∫∞∞−=)()()(=)(ωωωωRGCGHT2008-11-308《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全用输入随机数字信息序列：)()(bnninTtats−=∑δ激励发送滤波器产生发送信号s(t)，通过传输函数为C(ω)的信道传送时，受到加性噪声ni(t)的干扰，再经传输函数为GR(ω)的接收滤波器整形后得到的抽样器的输入信号波形r(t)。)()()(tnnTthatrbnn+−=∑2008-11-309《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全接收信号在抽样时刻t=kTb+τ0的抽样值为：)(])([)(=)()()()(000000ττττττ+++−+++−+=+=∑∑≠bbknnnkbbbnnbkTnTnkhahakTnnTkThakTrkr2008-11-3010《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全码间串扰与噪声干扰：)(])([)()(000τττ+++−+=∑≠bbknnnkkTnTnkhahakr第三项n(kTb+τ0)是加性噪声的干扰值，当然也是随机变量。第一项第一项aakkhh((ττ00))是第是第kk个码元波形个码元波形的抽样值，的抽样值，它是有用信它是有用信息项。息项。第二项是接收信号中除第k个码元之外的所有其它码元波形在抽样时刻t=kTb+τ0时的代数和，这就是码间串扰。由于an是随机变量，所以码间串扰也是一个随机变量。2008-11-3011《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全)(])([)()(000τττ+++−+=∑≠bbknnnkkTnTnkhahakr噪声干扰有用信息项有用信息项码间串扰码间串扰和加性噪声这两种随机干扰的存在显然会影响ak的正确判断，使系统输出有可能出现误码。基带传输系统的传输性能既决定于从发送滤波器到接收滤波器之间的总传输函数，又决定于加性噪声。一个性能良好的基带传输系统，必须使码间串扰和噪声干扰两个方面的影响足够小，使系统总的误码率达到规定的要求。因此，为了保证基带信号的正确传输，必须研究减少码间串扰和加性噪声干扰的基带传输系统。2008-11-3012《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全7.1.3数字信号的基带传输的研究内容数字基带传输码型设计（信道编码）无码间串扰的基带传输特性部分响应基带传输系统时域均衡原理使噪声影响最小的基带传输系统数字再生中继传输。2008-11-3013《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全7.2无码间串扰的基带传输特性2008-11-3014《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全0000()()[()]()bknbbnnkrkTahahknTnkTττττ≠+=+−+++∑有用信息项有用信息项码间串扰噪声干扰000()()[()]bknbnnkrkTahahknTτττ≠+=+−+∑有用信息项有用信息项码间串扰()(0)[()]bknbnnkrkTahahknT≠=+−∑2008-11-3015《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全7.2.1无码间串扰的条件在不考虑传输时延和噪声影响情况下，接收滤波器的输出为])([)0()(bknnnkbTnkhahakTr−+=∑≠码间串扰的大小取决于an和系统输出波形h(t)在抽样时刻的取值。其中an是随信息内容变化的，从统计观点看，它总是以某种概率随机取值。系统响应h(t)依赖于发送滤波器到接收滤波器的总的传输特性。因此，寻求能使码间串扰最小的基带传输特性是十分有意义的。2008-11-3016《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全无码间串扰的条件：⎩⎨⎧≠−==−==−=0001])[()(nkKnkKTnkhKThbb])([)0()(bknnnkbTnkhahakTr−+=∑≠即使发送信号经传输后整个波形可能发生了变化，但只要输出波形除t=0时的抽样值不为零外，在其它所有抽样时刻上均为零，仍然可以准确无误地恢复原始信号，因此信息完全携带在抽样幅度ak上，这就相当于无码间串扰传输。什么样的系统满足无码间串扰的条件？2008-11-30172008-11-30《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全187.2.2理想低通滤波器特性设理想低通滤波器的传输特性为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==≤)2(0)2(=)(bbbbbTTTHωπωωπωω冲激响应为：2/)2/sin()(ttthbbωω=在KTb时刻对h(t)抽样可得：⎩⎨⎧≠==0001)(KKKThb满足无码间串扰的条件。02bω2bω−ωbT)(ωH如果如果HH((ωω))具有理想低通滤波器的传输特性，则可具有理想低通滤波器的传输特性，则可以做到无码间串扰。以做到无码间串扰。《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全奈奎斯特速率:无码间串扰时，码元间隔等于抽样间隔，Tb=Ts，码元传输速率fb=fs。传输带宽：bbfTB21=21=ππ⋅带宽为B的理想低通滤波器可以传输码元速率为2B的脉冲序列，这种极限速率一般称为奈奈奎斯特速率奎斯特速率。把B称为奈奎斯特带宽奈奎斯特带宽，把Tb称为奈奎斯特间隔奈奎斯特间隔。2008-11-3019《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全频带利用率频带利用率:如果定义，单位频带内的信息传输速率为频带利用率频带利用率，那未，对于二进制信码，信息速率1/Tb为比特，而所需带宽为1/2Tb，系统的频带利用率为2bit／秒·赫。这是样值无失真条件下的最高频带利用率。2008-11-3020《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全奈奎斯特带宽奈奎斯特带宽与与数字通信系统设计Baud=fB21低通Mff2Baudbitlog=常数=dB⋅τ)1(log=2NSBC+2008-11-3021《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全例1：若理想低通信道的带宽为25kHz，传输四进制码元，则该信道的极限信息速率为（）。①12.5kb/s；②25kb/s；③50kb/s；④100kb/s。例2：假设一个数据载波传输系统要求在1.25MHz的带通信道内，采用相对移相键控数字调相方式，使信息传输速率达到2.048Mb/s。试问这个系统应该采用几进制传输？①1；②2；③4；④8。2008-11-3022《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全存在的问题：虽然理想低通滤波器特性可以得到最高的频带利用率，但这只是一种理想的极限情况，不能直接用于实际系统。因为：①这样的理想特性无法实现，即使用很复杂的网络也只能近似理想特性；②理想低通特性的冲激响应是辛格型的波形，拖尾很长，衰减很慢，如果抽样定时发生某些偏差，或外界条件对传输特性稍有影响，信号频率发生漂移等都会导致码间串扰的明显增加。2008-11-3023《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全7.2.37.2.3实际的基带传输特性实际的基带传输特性将H(ω)按间隔ωb分段，使∑∑+−−−−nnnbbHHnUnUH)(=)(]})21([])21([{=)(ωωωωωωω2008-11-3024《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全由此，可求出系统的冲激响应h(t)并在KTb时刻抽样，得：ωωπωωπωωωωde)(21=de)(21)(j)2/1()2/1(jbbbbTKnnnnTKbHHKTh∫∑∫+−∞∞−=令，则上式变为：bnωωω+′=ωωωπωωωπωωωωωωωde)(21=de)(21=)(j/22/)(j/22/bbbbbbbTKbnnTKnbnnbnHnHKTh∫∑∫∑−+′−+′+′ωωπωωωde)(21=j/22/bbbTKeqH∫−2008-11-3025《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全等效低通传输特性：基带传输特性的等效低通传输特性为：⎪⎩⎪⎨⎧≤≤−+∑其它02121)(=)(bbbnneqnHHωωωωωω若实际的基带传输特性H(ω)的等效低通传输特性Heq(ω)具有理想低通滤波器特性，则此基带传输系统在以码元速率fb传输基带数字信号时，可以做到无码间串扰传输。2008-11-3026《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全例1：通常对码元间隔为Tb的基带信号，其频带不超过fb，因此H(ω)定义在区间[-ωb，ωb]内，所以它的等效低通传输函数Heq(ω)是将分成三段叠加，有：⎪⎩⎪⎨⎧≤++−−21021)(+)()(=)(101bbbbeqHHHHωωωωωωωωωω2008-11-30272008-11-30《现代通信理论与技术》第7章数字信号的基带传输四川大学电子信息学院杨万全2