码间串扰的产生及其消除
码间串扰的产生及消除
码间串扰的产生及消除姓名：郭耀华学号：120104030030 班级：通信工程1班一、什么是码间串扰所谓码间串扰，就是数字基带信号通过基带传输系统时，由于系统（主要是信道）传输特性不理想，或者由于信道中加性噪声的影响，使收端脉冲展宽，延伸到邻近码元中去，从而造成对邻近码元的干扰，我们将这种现象称为码间串扰。
1 0 1 1二、码间串扰如何产生直方脉冲的波形在时域内比较尖锐，因而在频域内占用的带宽是无限的。
如果让这个脉冲经过一个低通滤波器，即让它的频率变窄，那么它在时域内就一定会变宽。
因为脉冲是一个序列，这样相邻的脉冲间就会相互干扰。
信道总是带限的，带限信道对通过的的脉冲波形进行拓展。
当信道带宽远大于脉冲带宽时，脉冲的拓展很小，当信道带宽接近于信号的带宽时，拓展将会超过一个码元周期，造成信号脉冲的重叠，称为码间串扰。
三、码间串扰的分析数字基带信号的传输模型如图所示一般都认为码型变换的输入为双极性码{an}接着对{an}进行理想抽样，变成二进制冲击脉冲序列d(t)，然后送入发送滤波器以新城所需的波形，即：t0 Tb2Tb3Tb3Tb+ta1 a2a3 a4t1 1 1 0各码 元 波（图）码间串扰对误码的影响基带传输系统模型单极性 矩形脉冲双极性理想抽样二进制冲激序列信道信号形成器设发送滤波器传输函数为GT(w)，则基带传输系统的总传输特性为该系统对应的单位冲激相应为则在d(t)的作用下，接收滤波器输出信号y(t)可表示为nR(t)是加性噪声n(t)经过接收滤波器后输出的窄带噪声。
抽要型号判决对y(t)进行抽样判决。
设对第k 个码元进行抽样判决，抽样判决时刻应在收到第k 个码元的最大值时刻，设此时刻kTs+t0(t0是信道和接收滤波器所造成的延迟)，把t=kTs+t0带入①第k 个码元本身产生的所需抽样值①②③②除第k 个码元以外的其他码元产生的不需要的串扰值，称为码间串扰。
③第k 个码元抽样判决时刻噪声的瞬时值，是一个随机变量，也影响第k 个码元的正确判决。
基带传输系统中码间串扰产生的原因
基带传输系统中码间串扰产生的原因引言：基带传输系统是一种将数字信号直接传输到传输介质上的通信系统。
在基带传输过程中，码间串扰是一种常见的干扰现象。
本文将探讨码间串扰产生的原因，并对其影响和解决方法进行分析。
一、码间串扰的定义和影响码间串扰是指在基带传输系统中，由于信号之间存在相互干扰，导致接收端无法正确解码的现象。
码间串扰会导致接收信号的错误和失真，影响通信系统的可靠性和性能。
二、码间串扰产生的原因1. 信号传输路径干扰：当多个信号在传输路径上同时存在时，它们之间会相互干扰，产生码间串扰。
例如，在同一传输介质上同时传输多个信号时，它们之间的相互作用会导致码间串扰。
2. 传输介质特性差异：不同传输介质对信号的传输特性有所差异，如传输速度、传输延迟等。
当多个信号同时传输在不同的介质上时，由于介质特性的差异，会产生码间串扰。
3. 邻近信号干扰：当多个信号在时间上或频率上非常接近时，它们之间会相互干扰，产生码间串扰。
例如，在频分多路复用系统中，多个信号被调制到不同的频率上进行传输，但相邻频率之间会产生串扰。
4. 信号功率差异：当多个信号的功率差异较大时，功率较大的信号会对功率较小的信号产生干扰，导致码间串扰。
这种干扰主要发生在采用非线性调制方式的系统中。
5. 时钟抖动：时钟抖动是指时钟信号的不稳定性，会导致码间串扰。
当时钟信号抖动较大时，信号传输的时序会出现偏差，从而引起码间串扰。
三、码间串扰的影响码间串扰会对基带传输系统的性能产生负面影响，主要表现在以下几个方面：1. 误码率增加：码间串扰会导致接收信号的错误和失真，增加系统的误码率。
当误码率过高时，会影响通信系统的可靠性和传输质量。
2. 传输距离受限：码间串扰会限制基带传输系统的传输距离，使信号传输的距离受到限制。
这是因为码间串扰会随着传输距离的增加而增强，导致信号的质量下降。
3. 频带利用率下降：码间串扰会占用信号的频带资源，降低频带利用率。
这是因为码间串扰会使接收信号的频谱发生变化，增加了信号之间的重叠，从而降低了频带利用率。
17-2 数字基带传输中的码间串扰
《_通_信__原_理_》__国_防_科_技_大_学_电_子_科__学_与_工_程_学_院__马_东_堂_
数字基带传输中的码间串扰
7
数字基带传输中的码间串扰
码间串扰的定量分析
∑ ∞
∞
∑ si (t) = anδ(t − nTs ) s(t ) = si (t ) ∗ gT (t ) = an gT (t − nTs )
¾只有当码间串扰值和噪声足够小时，才能基本保证上 述判决的正确，必须减少码间串扰和噪声的影响
¾ 问题 H(f)满足什么条件使得输出信号y(t)中无码间串扰，
以实现正确判决，恢复出发送序列的估计序列{an’} ？
11
(e)
(f)
接收滤波输出
t
位定时脉冲
错误码元
5
数字基带传输中的码间串扰
二、码间串扰
产生误码的原因？ ¾ 信道噪声 ¾ 码间串扰
码间串扰的定义 ¾系统传输特性不理想，导致前后码元的波形畸变并使前面 波形出现很长的拖尾，从而对当前码元的判决造成干扰。 这种干扰就叫做码间串扰（ISI） ¾影响：码间串扰严重时，会造成错误判决
第k个码元 除第k个码元外其 信道噪声 的抽样值 它码元的干扰值
10
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数字基带传输中的码间串扰
¾ 判决规则： 当 y (kTs + t0 ) > V0时，判ak为“1” 当 y(kTs + t0 ) < V0时，判ak为“0”。
∫ h(t ) = 1 ∞ H (ω )e jω t dω
2π −∞
9
数字基带传输中的码间串扰
码间串扰
通信原理讨论课3报告码间串扰本次讨论主要弄明白以下问题，什么是码间串扰？码间串扰是如何产生的？无码间串扰的条件？1、什么是码间串扰首先来讲一下什么是码间干扰.造成码间干扰的原因有三种（1）无线通信系统中，多径传输效应是引起码间干扰的一个主要因素。
（2）接收时的抽样时刻不能完全对准发送间隔是产生码间干扰的原因之二，即今天主要讲的码间串扰。
（3）噪声码间干扰的体现形式是什么呢？在时域上体现为接收的信号之间信号相互干扰，而在频域上体现为频道选择性衰落。
接下来我们主要讲一下码间串扰。
系统传输总特性不理想，导致前后码元的波形畸变、展宽并使前面波形出现很长的拖尾，蔓延到当前码元的抽样时刻，从而对当前码元的判决造成干扰。
这种现象称为码间串扰。
如下图所示明确了码间串扰产生的原因，由其可能造成误码，接下来我们就需要讨论无码间串扰的条件，当然我们的讨论都是在没有信道噪声的前提下进行的。
2、无码间串扰的条件根据前面码间串扰产生的原因可知，如果相邻码元的前一个码元的波形到达后一个码元抽样判决时刻已经衰减到0，就能消除码间串扰。
但是这个在实际操作中却是很难实现这种波形的，但是我们还有一种办法就是只要让拖尾在T0+TS，T0+2TS等后面码元判决时刻上正好为0，就能消除码间串扰。
如图所示那么如何形成这样的波形，实际上就是如何设计传输特性的问题假设信道和接受滤波器所造成的延迟T0=0，则无码间串扰的基带系统的单位冲激响应应满足下式子这里的推导就不详细和大家分享了，推导可得，基带传输应满足的频域条件这即是奈奎斯特第一准则其物理意义为：将H(ω)在ω轴上以2 π/Ts 为间隔切开，然后分段沿ω轴平移到(-π/Ts, π/Ts)区间内，将它们进行叠加，其结果应当为一常数（不必一定是Ts ）。
满足无码间串扰的基带传输系统的H(w)并不是唯一的，容易想到的一种，就是理想低通系统。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧>≤=s sS T T T H πωπωω,0,)(带宽若输入数据以RB = 1/Ts 波特的速率进行传输，则在抽样时刻上不存在码间串扰。
码间串扰
5.4.1 码间串扰概念我们假定发端采用双极性码，当输入二进制码元序列中的“1”码时，经过信道信号形成器后，输出一个正的升余弦波形，而当输入“0”码时，则输出负的升余弦波形，分别如图5-9、所示。
当输入的二进制码元序列为1110时，经过实际信道以后，信号将有延迟和失真，在不考虑噪声影响下，接收滤波器输出端得到的波形如图5-9所示，第一个码元的最大值出现在时刻，而且波形拖得很宽，这个时候对这个码元的抽样判决时刻应选择在时刻。
对第二个码元判决时刻应选在（），依次类推，我们将在时刻对第四个码元0进行判决。
可从图中可以看到：在时刻，第一码元、第二码元、第三码元等的值还没有消失，这样势必影响第四个码元的判决。
即接收端接收到的前三个码元的波形串到第四个码元抽样判决的时刻，影响第四个码元的抽样判决。
这种影响就叫做码间串扰。
图5-9 码间串扰示意图5.4.2 码间串扰数学分析为了对码间串扰进行数学分析，可将图5-1画成图5-10所示的简化图。
其中总的传输函数为此外，为方便起见，假定输入的脉冲序列为单位冲激序列，发送滤波器的输入信号可以表示为其中，为第个码元，对于二进制数字信号，的取值为0、1（单极性信号）或、（双极性信号）。
由图5-10可以得到式中，是的傅里叶反变换，是系统的冲击响应，可表示为是加性噪声通过接收滤波器后产生的输出噪声。
抽样判决器对进行抽样判决，以确定数字信息序列。
为了判定其中第个码的值，应在瞬间对抽样，这里是传输时延，通常取决于系统的传输函数。
显然此抽样值为把的一项单独列出时其中，第一项是输出基带信号的第个码元在抽样瞬间所取得的值，它是的依据；第二项是除第个码元外的其他所有码元脉冲在瞬间所取值的总和，它对当前码元的判决起着干扰的作用，所以称为码间串扰。
由于是随***的，码间串扰值一般也是一个随***变量；第三项是输出噪声在抽样瞬间的值，它是一个随***变量。
由于随***性的码间串扰和噪声存在，使抽样判决电路可能产生误判。
最新消除码间串扰的基本思想.优选甄选
最新消除码间串扰的基本思想.优选消除码间串扰的基本思想：若想消除码间串扰两种可能：（1）通过各项互相抵消使等式为0；（2）由于an 是随机的，要想通过各项相互抵消使码间串扰为0是不行的。
所以只能考虑对h (t )提出要求。
在上式中，若让h [(k -n )Ts +t 0] 在Ts + t 0 、2Ts +t 0等后面码元抽样判决时刻上正好为0，就能消除码间串扰，如下图所示： 这就是消除码间串扰的基本思想。
h(kTs)=hk=常数 k=0时，k 不为0时h(kTs)=0；若h (t )的抽样值除了在t = 0时不为零外，在其它所有抽样点上均为零，就不存在码间串扰。
无码间串扰传输特性的选择依据 带宽小；拖尾振荡幅度小，收敛快； 容易实现； 频域条件推导[]0000()()()()s k n s R s n kr kT t a h t a h k n T t n kT t ≠+=+-+++∑[]0)(0=+-∑≠kn s n t T n k h a 0[()]0s h k n T t k n-+=≠0Sωωπωd e H t h t j ⎰∞∞-=)(21)(在t = kTs 时，有把上式的积分区间用分段积分求和代替，每段长为2p/T s ，则上式可写成将上式作变量代换：令则：d w ¢ = d w , w = w ¢ +2i p/Ts ，当w = (2i ±1)p/Ts 时，w ¢= p±/Ts由傅立叶级数可知，若F (w )是周期为2p/Ts 的频率函数，则 可用指数型傅立叶级数表示将上式与上面的h (kTs )式对照，h (kTs ) 就是的指数型傅立叶级数的系数，即有在无码间串扰时域条件的要求下，我们得到无码间串扰时的基带传输特性应满足()12S j kT H e d ωωωπ∞-∞⎰=)(S kT h ()(21)/(21)/1()2S SS i T j kT S i T ih kT H e d πωπωωπ+-=∑⎰sT i πωω2-='()/2/12()2S S S T j kT j ikS T i Si h kT H e e d T πωπππωωπ'-''=+∑⎰//12()2S SS T j kT T i Si H e d T πωππωωπ'-''=+∑⎰()//12()2SSS T j kT S T iS i h kT H e d T πωππωωπ-=+∑⎰()S jn T n n F f e ωω-=∑//()2SSST jn T S nTT f F e d πωπωωπ-=⎰∑+iSST i H T )2(1πω∑∑-=+ikkT j S s SS e kT h T iH T ωπω)()2(10()00s k k h kT h k =⎧≡=⎨≠常数S T πω≤∑=+isSTiH T1)2(1πω上述条件称为奈奎斯特(Nyquist)第一准则.基带系统的总传输特性H (w )，凡是能符合此要求的，均能消除码间串扰。
基带传输中码间干扰的消除
Heq
Y
H
+
0
1
0
=
1
1 2
0
2
1 1 2
滚降及升余弦特性
Heq
Y
H
+
0
1
0
=
1
1 2
0
2
奈奎斯特首先提出了 消除码间干扰的准那 么
4.4 基带传输中码间干扰的消除
1 造成码间干扰的原因 2 奈奎斯特第一准则 3 奈奎斯特第二准则 4 奈奎斯特第三准则 5 部分响应技术
奈奎斯特第一准那么
消除码间串扰的条件 抽样点无失真的充要条件 奈奎斯特第一准那么的推广 具有理想低通滤波器特性的基带系统 滚降及升余弦特性
奈奎斯特第一准那么
消除码间串扰的条件 抽样点无失真的充要条件 奈奎斯特第一准那么的推广 具有理想低通滤波器特性的基带系统 滚降及升余弦特性
具有理想低通滤波器特性的基带系统
H eq i H 2 T i s T s
0
T s 其 他
i=0时，Heq(ω)呈现理想低通特性
HeqH Ts,T s
0,其 他
冲击响应
sin t
（ h t）
Ts
t
SaTs
t
Ts
理想低通系统特性图
H
h t
t
T
s输入0 序T列 s 以1/Ts 4波T s 特的3Ts 速率 2T进s 展 T传s 输时0 ，T s所需2 T的s 最3 T小s 传输4 T s
多载波调制技术减少码间干扰的原理
多载波调制技术减少码间干扰的原理多载波调制技术(Multi-Carrier Modulation, MCM)是一种通过将信号分成多个子载波传输的调制方式。
与单载波调制技术相比，多载波调制技术具有更好的抗噪声性能和更高的传输效率。
但在多载波调制技术中，码间干扰是一个很重要的问题，会影响系统的性能。
码间干扰的存在是由于信号在不同的子载波上同时传输，而相邻子载波之间存在频谱重叠。
导致码间干扰的主要原因是由于信号在传输时，频谱重叠引起的相互信号干扰。
为了减少码间干扰，多载波调制技术采用了一些方法和技术。
首先，多载波调制技术使用了正交子载波。
正交子载波是严格正交的，它们之间相互独立，没有相互干扰。
这意味着，即使在频谱重叠的情况下，相邻子载波之间也不会相互干扰，从而减少了码间干扰的影响。
常用的正交子载波包括离散傅里叶变换(DFT)、正交频分复用(OFDM)等。
其次，多载波调制技术采用了高效的算法和编码方法来降低码间干扰。
在多载波调制技术中，信号通过调制方法被映射到子载波上进行传输。
为了降低码间干扰，需要选择合适的调制方法和编码方法。
目前常用的调制方法包括相位偏移键控(PSK)、正交振幅调制(QAM)等。
编码方法则包括前向纠错编码、交织等。
这些方法和技术可以提高传输的可靠性和抗噪声性能，减少码间干扰的影响。
此外，多载波调制技术还使用了等效低通滤波器来抑制频谱重叠引起的码间干扰。
频谱重叠会导致相邻子载波之间相互干扰，所以需要使用低通滤波器来滤除频谱重叠部分的信号。
等效低通滤波器可以通过插值、分频等方法实现。
通过使用等效低通滤波器，可以有效地降低码间干扰，提高系统的性能。
总之，多载波调制技术通过采用正交子载波、高效的算法和编码方法以及等效低通滤波器等手段，可以减少码间干扰的影响。
这些技术方法可以提高传输的可靠性和抗干扰能力，提高系统的性能和传输效率。
在实际应用中，多载波调制技术被广泛应用在各种通信系统中，如Wi-Fi、蜂窝通信等。
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r (kTs t0 ) ak h(t0 ) an h (k n)Ts t0 nR (kTs t0 )
nk
式中，第一项ak h(t0)是第k个接收码元波形的抽样值， 它是确定ak 的依据；第二项（项）是除第k个码元以外 的其它码元波形在第k个抽样时刻上的总和（代数和）， 它对当前码元ak的判决起着干扰的作用，所以称之为码 间串扰值。
n
a
n
g T (t nTs )
式中 gT (t) － 发送滤波器的冲激响应 设发送滤波器的传输特性为GT () ，则有 总传输特性
1 g T (t ) 2
GT ( )e jt d
再设信道的传输特性为C()，接收滤波器的传输
特性为GR () ，则基带传输系统的总传输特性为
H ( ) GT ( )C( )GR ( )
其单位冲激响应为
1 h(t ) 2
Hale Waihona Puke H ( )e jt d
接收滤波器输出信号
r (t ) d (t ) h(t ) nR (t )
n
a h(t nT ) n
n S
R
(t )
式中，nR(t)是加性噪声n(t)经过接收滤波器后输出的噪 声。 为了确定第k个码元 ak 的取值，首先应在t = kTs + t0 时刻上对r(t)进行抽样，以确定r(t)在该样点上的值。 由上式得
当输入的二进制码元序列为1110时，经过实际信道以后，信号将有 延迟和失真，在不考虑噪声影响下，接收滤波器输出端得到的波形 如图(c）所示，第一个码元的最大值出现在t0时刻，而且波形拖得 宽，这个时候对这个码元的抽样判决时刻应选择在t=t0时刻。依次 类推，我们将在3T+t0时刻对第四个码元0进行判决。可从图中可以 看到：在t=3T+t0 时刻，第一码元、第二码元、第三码元等的值还 没有消失，这样势必影响第四个码元的判决。即接收端接收到的前 三个码元的波形串到第四个码元抽样判决的时刻，影响第四个码元 的抽样判决。这种影响就叫做码间串扰。
一、码间串扰的产生
1、码间串扰的定义 码间串扰是由于系统传输总特性不理想，导致前后码元的波形 畸变、展宽，并使前面波形出现很长的拖尾，蔓延到当前码元的抽 样时刻上，从而对当前码元的判决造成干扰。
2、码间串扰严重时，会造成错误判决，如下图所示：
TS
3、举例说明码间串扰
我们假定发端采用双极性码，当输入二进制码元序列中的“1” 码时，经过信道信号形成器后，输出一个正的升余弦波形，而当输入 “0”码时，则输出负的升余弦波形，分别如图(a)、(b)所示。
二、数字基带传输系统的定量分析
1、数字基带信号传输系统模型
抽样 判决
假设： {an} － 发送滤波器的输入符号序列，取值为0、1或-1，+1。
d (t) － 对应的基带信号
d (t )
n
a (t nT )
n s
发送滤波器输出
s(t ) d (t ) g T (t )
但这样的波形也不易实现，因此比较合理的是采用图（b）所示的波 形，虽然其到达(t0+Ts)以前并没有衰减到0，但可以让它在(t0+Ts) (t0+2Ts) 等后面码元的取样判决时刻正好为0。
但考虑实际应用时，定时判决时刻不一定非常准确，如果像图（b ）这样的 h(t)尾巴拖得太长，当判决时刻略有偏差时，任一个码 元都会对后面的多个码元产生串扰，或者说任一个码元都要受到前 面几个码元的串扰。因此，除了要求h(t)在(t0+T)、(t0+2t)等时 刻的值为0以外，还要求h(t)适当衰减快一些，即尾巴不要拖得太 长。这就是消除码间串扰的基本思想。
三、消除码间串扰的基本思想
r (kTs t0 ) ak h(t0 ) an h (k n)Ts t0 nR (kTs t0 )
nk
由上式可知，若想消除码间串扰，应使
a h(k n)T
n k n
s
t0 0
由于an是随机的，要想通过各项相互抵消使码间串扰为0是 不行的。从码间串扰各项影响来说，当然前一码元的影响最 大，因此，最好让前一个码元的波形在到达后一个码元抽样 判决时刻已衰减到0，如图（a）所示的波形。