码间串扰
码间串扰
1，信号的传输衰减随时间而变化；2，信号的传输时延随时间而变；3，信号通过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）和衰减随时间而变化，即存在多径传播现象。多径传播对信号的影响称为多径效应。
2，多径效应的衰落和频率有关，称之为频率选择性衰落。
3，多径效应会使数字信号的码间串扰增大。
4，信道容量：
（2）信道编码与译码：信道编码的目的是增强数字信号的抗干扰能力。
（5）同步：同步是使收发两端的信号在时间上保持一致，是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的前提条件。按照同步的功能不同，分为载波同步、位同步、群（帧）同步和网同步。
2，数字通信系统的有效性可以用传输速率和频带利用率来衡量。
3，数字通信系统的可靠性可以用差错率来衡量。
解调制度增益G=S。/N0＝S1/N1
6，频分复用是一种按频率来划分信道的复用方式。在FDM中，信道的带宽被分为多个互不重叠的频段，每路信号占据其中一个子通道，并且在各路之间必须留有未被使用的频带进行分割，以防止信号重叠。在接受端，采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出所需要的信号
码间串扰：所谓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。
第一章
1，数字通信系统：（1）信源编码与译码，（2）信道编码与译码，（3）加密与解密，（4）数字调解与解调，（5）同步。
（1）信源编码与译码，信源编码有两个基本功能：一是提高信息传输的有效性，二是完成模/数（A/D）转换。信源译码是信源编码的逆过程。
香农公式：
第五章
1，线性调制：AMDSB SSB VSB
SAM(t)包含载波输出无载波
基带传输中码间干扰的消除
h
t0
iTs
Ts 2
0h1,,ii00,,11
满足奈奎斯特第二准则的时域响应，在t0±TS/2处 对t0偶对称，在t0±3TS/2， t0±5TS/2….各点取值 为0
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数字通信原理
奈奎斯特第二准则
h
t0
iTs
Ts 2
0h1,,ii00,,11
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数字通信原理
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数字通信原理
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
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部分响应技术
数字通信原理
奈奎斯特第一准则
消除码间串扰的条件 抽样点无失真的充要条件 奈奎斯特第一准则的推广 具有理想低通滤波器特性的基带系统 滚降及升余弦特性
,
i
0,1
2
0,i 0,1
满足奈奎斯特 第二准则
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推广
凡时域响应在(-Ts,Ts)以外恒为0，且对t=0偶对称的滤波器，一定同时满足 奈奎斯特第一、第二准则。
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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
数字通信原理
抽样点无失真的充要条件
当该式之和一致收敛时，有：
由傅氏级数可知，若F（）是周期为2/Ts的 频谱函数，则可得
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数字通信原理
抽样点无失真的充要条件
h（kTs）实际上是
的指数型富氏级数的系数。因而有：
码间串扰
为了解决理想低通特性存在的问题，可以使理想低通滤波器特性的边沿缓慢下降，这称为滚降。只要H(w)在 滚降段中心频率处呈奇对称的振幅特性，就必然可以满足奈奎斯特第一准则，从而实现无码间串扰传输。这种设 计也可看成是理想特性以奈奎斯特带宽为中心按奇对称条件进行滚降的结果。设计的关键参数是滚降系数。
码间串扰
信号条件
目录
02 消除的基本思想 04 无的传输特性的设计
所谓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。
基本定义
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。 这种现象被称为码间串扰（InterSymbol Interference，ISI）。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。
这种系统所占的频带宽，是理想低通系统的2倍。
谢谢观看
无的传输特性的设计
1.理想低通特性
满足奈奎斯特第一准则的有很多种，一种极限情况，就是为理想低通型，即
当h(t)等于正负kTs（k不等于0）时有周期性零点，当发送序列的时间间隔为Ts时，正好巧妙地利用了这些 零点，只要接收端在t=kTs时间点上抽样，就能实现无码间串扰。
令人遗憾的是，虽然理想低通传输特性达到了基带系统的极限传输速率和极限频带利用率，可是这种特性在 物理上是无法实现的。而且，它的冲激响应h(t)作为传输波形仍然是不适宜的。
自考通信原理--名词解释
码距：把两个码组中对应位上数字不同的位数称为码组的距离，简称码距码间串扰：是由于系统传输总特性的非理想。
导致到当前码元的波形畸变、展宽，并使前面的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。
窄带随机过程：如果随机过程的频谱密度集中在中心频率F附近相对窄的频率范围，即满足，则称为窄带随机过程。
群同步：又称帧同步，是指在接收端产生与每“帧”、每“组”起止时刻相一致的同步时钟序列，以便对接收码元进行正确分组。
调制信道：指发送端调制器输出端至接收端调制器输入端之间的部分，是用来研究调制与解调问题的，属于广义信道。
编码信道：指发送端调制器输出端至接收端调制器输入端之间的部分，是用来研究调制与解调问题的，属于广义信道。
信道：是一种物理媒介，用来将来自发送设备的信号传送到接收端。
信道容量：是指信道能够传输的最大平均信息速率。
数字基带传输系统：不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统称为数字基带传输系统。
最佳基带传输系统：将消除了码间串扰并且误码率最小的基带传输系统称为最佳基带传输系统。
数字带通传输系统：把包括调制和解调过程的数字传输系统称为数字带通传输系统。
数字基带信号：未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频或很低频率开始的。
最佳接收机：指在差错概率最小准则下得到的最佳接收系统。
量化噪声：量化输出电平和量化前的抽样值一般不同，两者之间存在误差，这个误差称为量化噪声。
能量信号：若一个信号的能量E是一个正的有限值，则称此信号位能量信号。
差分相移键控：为克服绝对相移键控的相位模糊，差分相移键控就是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息。
相对移相键控：是利用前后相邻码元的载波相对相位变化来传递数字信息，而其频率和幅度保持不变。
角度调制：指高频载波的频率或相位按照基带信号的规律而变化的一种调制方式，是一种非线性调制，已调信号的频谱不再保持原理基带频谱的结构。
数字调制：是指用数字基带信号控制载波的某些参数，将数字基带信号变化为数字带通信号的过程。
通信原理——数字基带传输系统3
s s
系统带宽：
1 B 2Ts
华北水利水电学院信息工程系 王玲
无码间串扰的基带传输特性
冲激响应波形：
h(t)
-4T s
-3Ts -2Ts
-Ts
0
Ts
2Ts 3Ts
4T s
华北水利水电学院信息工程系 王玲
无码间串扰的基带传输特性
因而，通过分析，可以得到以下结论： (1)对于理想低通系统，若Tb=mTs，m∈N，则可实 现无码间干扰传输，则传码率RB=1/Tb=1/(mTs) ； (2)理想低通系统最大频带利用率为：
基带传输系统的抗噪声性能
二进制双极性基带系统 接收滤波器的输出是一混合波形，即 x(t)=s(t)+nR(t) s(t)：数字基带信号； nR(t) ：接收滤波器输出端噪声。 为了得到第k个码元，选取抽样时刻t=kTs，则抽样值：
1 ’ 时 A nR ( kTs ) 发 送 ‘ x( kTs ) 0’ 时 A nR ( kTs ) 发 送 ‘
s
0 (b)
1s 2T 4W1
t
华北水利水电学院信息工程系 王玲
无码间串扰的基带传输特性
滚降系统无码间串扰的传码率＝与之等效的理想低 通系统的无码间串扰的传码率；理想低通系统的截止 频率为滚降系统传输函数衰减到其最大值一半时对应 的频率点。
码元传输速率：RBMAX=1/Ts 频带利用率：ηmax＝RBmax/B=2/(1+α) 当 α ＝ 0 ，为理想低通特性，此时频带利用率最大， 2Bd/Hz； 当 α ＝ 1 ，称为升余弦特性，此时频带利用率最小， 1Bd/Hz。
t0 ＋ 2Ts
t
无码间串扰的基带传输特性
减小码间干扰的方法
减小码间干扰的方法减小码间干扰的方法码间干扰是指通信过程中不同码之间相互干扰的现象，可能导致误解或丢失数据。
为了减少码间干扰，有许多方法可以使用。
1.频带隔离频带隔离是一个最基本的方法。
频带隔离是将频段分割为不重叠的子集，并确保在每个子集中使用不同的码或协议。
这样可以保证每个子集之间不发生干扰。
例如，在无线电通信中，使用不同的频率可以防止码间干扰。
2.码带宽控制在通信中，每种码都有特定的带宽。
当许多码同时传输时，可以使用码带宽控制来减小码间干扰。
这个方法包括在传输速率和时隙分配时考虑每种码的带宽。
通过限制每秒传输的码数和在每个时隙中传输码的数量，可以减少并控制码间干扰。
3.冲突检测和纠正冲突检测和纠正是一个常用的方法。
这种技术利用编码算法，使接收器可以检测并纠正传输中出现的误码。
如果接收到无意义或扰乱的码，接收器会自动重新请求该码，或者尝试重新发送信号。
这样可以允许通信在码间干扰的情况下继续进行。
4.加密和解密加密和解密也是一种减少码间干扰的方法。
在通信过程中，数据可以被编码，以生成加密信息，只有那些知道如何解密的人方能阅读这些信息。
由于加密数据被传输，所以即使存在码间干扰，也能保证数据的安全性。
5.协议协议是通信过程中的规则，确保发送方和接收方之间有共同理解。
在通信过程中，协议可以确保不同码之间的干扰最小。
在网络通信中，协议的设计可以减少码间干扰并帮助适应不同的网络条件。
结论：减小码间干扰是一个需要许多方法来实现的复杂问题。
从频带隔离到协议，每种优化方法都可以增强通信的有效性并降低码间干扰。
同时，伴随着技术的进步和研究，不断出现新的方法来减少码间干扰。
码间串扰的概念及影响
码间串扰的概念及影响码间串扰是指在数字通信中，由于信号受到不同码间干扰的影响而导致接收端无法准确解码的现象。
在数字通信中，数据通常以数字信号的形式进行传输，不同的数据会使用不同的编码方式进行传输，而不同的编码方式之间存在着一定的干扰关系。
首先，我们来了解一下数字通信中常见的一些编码方式。
在数字通信中，常见的编码方式包括曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码、脉码调制（PCM）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）等。
这些编码方式在传输数据时，会根据特定的规则将数据转换成数字信号，然后通过信道传输到接收端。
然而，当不同的编码方式同时使用同一个信道进行传输时，就会出现码间串扰的问题。
码间串扰的影响主要表现在两个方面：一是信号接收的准确性受到影响，二是数据误码率增加。
首先，码间串扰会导致信号接收的准确性受到影响。
在数字通信中，接收端需要根据接收到的数字信号来解码出原始的数据。
然而，当不同编码方式的信号同时传输在同一个信道中时，它们之间就会相互干扰，导致接收端无法准确解码。
这会导致接收端接收到的信号与原始信号之间存在一定的误差，从而影响了数据的准确性和完整性。
其次，码间串扰还会导致数据误码率增加。
数据误码率是指在传输过程中，接收端接收到的错误比特的比例。
当信号受到码间串扰的影响时，就会导致接收端接收到的信号中包含了一定比例的错误比特，从而增加了数据的误码率。
这会导致传输数据的可靠性下降，进而影响了通信系统的性能。
在实际的通信系统中，码间串扰是一个普遍存在的问题。
当不同的设备或系统同时使用同一个信道进行通信时，就会出现码间串扰的情况。
为了减小码间串扰的影响，可以采取一些对策来进行处理。
首先，可以采取信道隔离的措施。
通过在系统设计中合理安排不同设备或系统的信道使用频段，可以有效避免不同信号之间的干扰，从而减小码间串扰的影响。
其次，可以采用误码纠正技术。
在接收端可以对接收到的信号进行纠错处理，以减小码间串扰引起的误码率增加的影响。
码间串扰的概念
码间串扰的概念
码间串扰（Inter-SymbolInterference，简称ISI）是指在数字通信系统中，由于传输路径上存在非理想的信道特性，导致相邻码元之间互相干扰的现象。
这种干扰会导致接收端无法正确地解调接收到的信号，从而影响通信质量。
码间串扰的主要原因是信道的时变性和多径效应。
在数字通信过程中，信号会经过多个传输路径，每条路径的长度、传播速度等都不相同，导致信号在接收端的时间和幅度上发生变化。
这种变化会使得相邻码元之间出现交叉干扰，从而导致码间串扰。
为了降低码间串扰对通信系统的影响，通信工程师通常采用一系列技术手段来进行补偿和抑制。
其中最常用的方法是均衡（Equalization）技术，通过对接收信号进行滤波和加权，使得信号在接收端的波形更加平滑，从而降低码间串扰的影响。
总之，理解码间串扰的概念对于数字通信工程师来说非常重要，只有掌握了这个概念，才能更好地进行数字通信系统的设计、优化和维护。
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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。
5.4.3 码间串扰消除
要消除码间串扰，从式（5.4-6）可知，只要
即可消除码间串扰，但是随***变化的，要想通过各项互相抵消使码间串扰为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5-11（a）所示的波形。
但这样的波形也不易实现，因此比较合理的是采用图5-11（b）所示的波形，虽然其到达以前并没有衰减到0，但可以让它在、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5-11（b）这样的尾巴拖得太长，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，除了要求在、等时刻的值为0以外，还要求适当衰减快一些，即尾巴不要拖得太长。
5.5.1 无码间串扰基带传输系统要求
根据上节对码间串扰的讨论，对无码间串扰基带传输系统提出两条要求：
（1）基带信号经过传输后在抽样点上无码间串扰，也即瞬时抽样值应满足
令，并考虑也为整数，可用表示，则上式可写成
（2）尾部衰减快
从理论上讲，以上两条可以通过合理地选择信号的波形和信道特性达到。
下面从研究理想基带传输系统出发，得到奈奎斯特第一定理和无码间串扰传输的频域特性满足的条件，最后讨论升余弦滚降传输特性。
5.5.2 理想基带传输系统
理想基带传输系统的传输特性具有理想低通特性，其传输函数为
如图5-12（a）所示，其带宽为，对其进行傅里叶反变换得
是冲激响应，如图5-12（b）所示。
从图中可以看到，在时有最大值，而在的其他瞬间均为0。
因此，如果令码元宽度为，就可以满足式（5.5-2）的要求，在接收端当时
刻（忽略造成的传输时延）抽样值中无串扰值积累，从而消除码间串扰。
由上可见，如果信号经传输后整个波形发生变化，但只要其特定点的抽样值保持不变，那么用抽样的方法，仍然可以准确无误地恢复原始信号，这就是奈奎斯特第一准则（又称为第一
无失真条件）的本质。
在图5-12所示的理想基带传输系统中，码元间隔称为奈奎
斯特间隔，码元传输速率称为奈奎斯特速率。
下面讨论频带利用率的问题。
所谓频带利用率，是指码元速率和带宽B的比值，即单位频带所能传输的码元速率，其表示式为
显然理想低通传输函数的频带利用率为。
这是最大的频带利用率，因为如果系统用高于的码元速率传送码元时，将产生码间串扰。
若降低码元速率，即增加码元宽度，使等于的、3、4大于1的整数倍，由图5-12可见，在抽样点上也不会出现码间串
扰。
但是，这意味着频带利用率要降低。
【例5-1】某基带系统的频率特性是截止频率为1MHz、幅度为1的理想低通滤波器。
（1）求此基带系统无码间串扰的码速率。
（2）设此系统传输信息速率为3Mbps，能否无码间串扰传输？
解：（1）根据无码间串扰传输的频域特性要求，该系统最大无码间串扰传输速率为
当降低码元速率时，即增加码元宽度，使等于的、3、4大于1的整数倍，在抽样点上也不会出现码间串扰。
因此该基带系统无码间串扰的码速率为
（2）设传输独立等概的进制信号，则
因必须是正整数，所以等偶数，此时可把写成，
即当采用进制信号时，码速率，可以满足无码间串扰条件。
5.5.3 无码间串扰系统等效传输特性
从前面讨论的结果可知，理想低通传输系统具有最大的码元速率和频带利用率，但实际上这种理想基带传输系统并未得到应用。
这首先是因为这种理想低通的传输特性在物理上是无法实现的；其次，即使能设法实现接近于理想特性的传输函数，但由于这种理想系统的冲激响应的尾巴很大，即衰减型振荡起伏很大，如果抽样定时发生某些偏差，或外界条件对传输特性稍加影响，信号频率发生漂移等都会导致码间串扰明显的增加。
因此我们要寻求其他形式的无码间串扰传输特性。
根据式（5.5-2），在假设信道和接收滤波器所造成的延迟时，无码间串扰的基带系统冲激响应应满足下式：
下面我们来推导符合以上条件的。
因为
所以在时，有
把上式的积分区间用分段积分代替，每段长为，如图5-13所示，则上式可写成
令，则有，。
且当时，，于是
图5-13 的分割
当上式之和为一致收敛时，求和与积分的次序可以互换，于是有
这里，我们已把变量重新记为。
由傅里叶级数可知，若是周期为的频率函数，则可得
将上式与式（5.5-10）对照，我们发现，就是的指数型傅里叶级数的系数，即有
在无码间串扰时域条件[式(5.5-2)]的要求下，我们得到无码间干扰时的基带传输特性应满足
即
或
上式称为无码间串扰的等效特性，又称为奈奎斯特第一准则。
其含义是：将分割为
宽度，各段在（，）区间内能叠加成一个矩形频率特性，那么它以速率传输基带信号时，无码间串扰。
如果不考虑系统的频带，从消除码间串扰来看，基带传输特性的形式并不是唯一的，升余弦滚降传输特性就是使用较多的一类。
5.5.4升余弦滚降传输特性
升余弦滚降传输特性可表示为
如图5-14所示。
就是将按的滚降特性进行“圆滑”后得到的，这种“圆滑”称之为滚降。
对于具有奇对称的幅度特性，其上、下截止角频率分别为、。
它的选取可根据需要选择，定义滚降系数为
其中为无滚降时的截止频率，为滚降部分的截止频率。
不同的有不同的滚降特性。
图5-15画出了按余弦滚降的三种滚降特性和冲激响应。
具有滚降系数的余弦滚降特性
为
而相应的为
实际的可按不同的来选取。
由图5-15可以看出：时，就是理想低通特性；时，是实际中常采用的升余弦频谱特性，这时，可表示为
其单位冲激响应为
由图5-15和式（5.5-21）可知，升余弦滚降系统的满足抽样值上无串扰的传输条件，且各抽样值之间又增加了一个零点，其尾部衰减较快（与成反比），这有利于减小码间串扰
和位定时误差的影响。
但这种系统的频谱宽度是时的2倍，因而频带利用率为
1，是最高利用率的一半。
若时，带宽，频带利用率为
【例5-2】设某数字基带传输系统的传输特性如图5-16所示。
其中为某个常数。
（1）检验该系统能否实现无码间干扰传输？
（2）试求该系统的最大码元传输速率为多少？这时系统的频带利用率为多少？
解：（1）由作图法可知，该系统在内叠加为—个值，即当传输速率时，该系统可以实现无码间干扰传输。
（2）该系统的最大码元传输速率为，带宽
此时系统的频带利用率为。