通信原理5.2数字基带传输中的码间串扰和噪声
《数字通信系统原理》(参考答案)复习要点及题
《数字通信系统原理》复习要点说明：要点以教材中的相关内容为基础，各章小结及习题为重点。
1.通信的概念、通信系统的模型2.通信系统的分类和通信方式、资源3.数字通信的主要特点及数字通信系统4.数字通信技术的现状与未来5.数字通信系统的性能及相关的一些概念6.数字与数据通信7.消息、信号与信息8.信号的频谱分析基础9.随机过程的基本概念10.通信信道及信道容量、常用带宽11.信源及其编码的概念12.模拟信号数字化传输方法13.波形编码（PCM、 ）14.数字基带信号及常用码型15.数字基带传输系统、眼图16.信道编码的概念、基本原理和术语17.信道复用与多址技术的基本概念18.FDM和TDM与数字复接19.帧结构20.数字信号的调制（频带）传输的概念21.数字信号调制系统的技术比较（MASK、MFSK、MPSK）22.同步的基本概念、分类和比较《数字通信系统原理》复习题（上部分）1简述通信系统的分类和通信方式、主要通信资源2数字通信系统模型3数字通信的主要特点4简述数字通信技术的现状与未来5什么是数字消息？什么是模拟消息？什么是数字信号？什么是随机信号？什么是模拟信号什么是基带信号？6信道容量的含义？7简述数字通信的主要特点8简述数字通信系统的质量指标9简述数字通信与数据通信的概念与区别10简述信号的分类11简述功率信号和能量信号的含义12简述信道的定义与分类什么是抽样定理？有什么实际意义？13什么是量化？量化的作用是什么？叙述量化是如何进行的。
14画出PCM 通信系统的方框图，由模拟信号得到PCM信号要经过哪几步？模拟题（部分）1．数值上取有限个离散值的消息一定是数字消息。
（）2．时间上离散的消息一定是数字消息。
（）3．数字消息必定是时间上离散，且数值上离散的。
（）4．离散信源中，消息出现的概率越大，该消息的信息量也越大。
（）5．在M元离散信源中，M个消息的出现概率相等时，信源的熵最大。
（）6．高斯随机过程若是广义平稳的，则必定是严格平稳的。
信号与系统的教学实例:基带传输中的码间干扰
信号与系统的教学实例：基带传输中的码间干扰翁剑枫;郑卫红【摘要】基带传输中码间干扰的产生与消除包含了信号与系统的许多重要概念,包括信号带宽与系统带宽、不失真传输、采样与重建及系统的物理可实现性等,因此非常适合在信号与系统课程的傅立叶变换的应用部分将其取作一个综合性的实例.教学实践表明,尽早引入与基本原理密切相关的后续课程中重要论题的做法,既能使学生对所学到的基本概念、基本原理和分析方法受到综合性的训练,建立起各种概念之间的有机联系,增强将理论应用于工程问题的能力,又能为后续课程的学习打下良好的基础.【期刊名称】《浙江科技学院学报》【年(卷),期】2011(023)003【总页数】5页(P244-248)【关键词】码间干扰;信号带宽;系统带宽;不失真传输;采样与重建;物理可实现系统【作者】翁剑枫;郑卫红【作者单位】浙江科技学院信息与电子工程学院,杭州310023;浙江科技学院信息与电子工程学院,杭州310023【正文语种】中文【中图分类】G642.3;TN911.6信号与系统课程是电子信息类专业的一门重要的专业基础课,所涉及的基本理论和分析方法构成了后续的数字信号处理、通信原理等课程的先修基础知识,也是学生在毕业设计及日后工作中的重要基础。
为了使学生更好地掌握这门课程的基本原理和基本概念,有机地建立起重要概念之间的联系,应该在讲解原理、概念的同时,尽早地引入与之密切相关的应用实例分析。
因此,笔者主张在介绍完时域、频域分析的基本理论后,围绕傅里叶变换应用的中心议题,从后续课程中挑选一些实例,通过对这些实例的分析,既使学生加深对基本概念的理解,也使学生受到将基本理论和分析工具用于工程实践的训练。
本文将就教学实践中所采用的一个实例——数字基带传输中的码间干扰[1]作一教学分析。
码间干扰问题中,涉及信号与系统课程中的许多极为重要的概念,包括信号带宽与系统带宽的匹配问题、不失真传输、采样与重建及系统的物理可实现性[2-4]等。
码间串扰及码间串扰的产生解析
接收波
限幅门限
判决 门限
限幅整形
抽样
恢复
1011
a0
a1
a2 a3
码 间 串 扰 示 前导 意
图
0
Ts 后尾
误判为0
码间串扰严重时，会造成错误判决
Thank you
Logo
谢谢观赏
WPS Office
Make Presentation much more fun
@WPS官方微博 @kingsoftwps
通信原理讨论课
码间串扰及码间串扰的产生
Logo
目录
1 码间串扰的概念 2 码间串扰的数学分析 3 码间串扰产生的影响
Logo
码间串扰的概念
码间串扰：
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
二、基带信号的传输过程
设输入信号为d(t)，为分析问题方便，设该信号为时间间
隔为Ts的一系列冲激δ(t)所组成，如
d (t) an (t nTs ) n
式中：an 为nTs时刻的码元符号 ， Ts码元宽度（码元间隔）
单极性时 an
1 {
0
双极性时 an
1 {
1
若令基带传输系统的冲激响应为h(t)，则
。
1011
码间串扰的数学分析
一、数学模型
G)
GR(ω) 收滤波器 r(t) 抽样判决 {a’n}
cp(t)
发送滤波器： 基带形成滤波器也叫信道信号形成器，用来产生适合 于信道产生的基带信号。 信道传输受到的影响：发送滤波器输出的基带信号送入信道，基 识 （接 （ （带（（因别1收12信12此）） ）） ）电滤号，受被限抑均路波在在到加幅制衡：器传接信性、带、作：输收道噪整外调用作过端特声形噪整有用程需性叠声信两有中设的加， 号个两受 置影 ，波，个到 一响 使形，两 个， 信，个 接使 号减因收信 产小素滤号 生信的波产 随号影器生 机畸响。畸 畸变。变 变，； 。提高系统的可靠性。 （2） 抽样判决，要在最佳时刻、用最佳门限判决。
第11讲 基带传输的基本原理、码间串扰
信道 yr(t) 噪声n(t)
接 收 滤波器 y(t)
抽 样 判 决 cp 同步提 取电路
码 元 再 生
输出 {dk'}
通信原理
第5章 数字基带传输系统
输入 {dk} 脉 冲 形成器 d(t) 定时脉冲 发 送 滤波器 gT(t) 信道 yr(t) 噪声n(t) 接 收 滤波器 y(t) 抽 样 判 决 cp 同步提 取电路
{an }
d (t )
发送 滤波器 传输 信道 接收 滤波器 识别点
GT(ω)
C(ω) H(ω)
+
n (t )
GR(ω)
r (t )
抽 样 判 决
{an }
d (t )
位同步
关键：识别点r(t)的信号质量。 信号：发送滤波器至接收滤波器总的传输特性为：
H ( ) GT ( )C ( )GR ( )
n
a h (kT
n n
s
t0 ) nTs nR (kTb t0 )
s
n
a h (k n)T
nk
t0 nR (kTs t0 )
ak h(t0 ) an h (k n)Ts t0 nR (kTs t0 )
第5章 数字基带传输系统
作业： P176习题6-11 。
通信原理
为方便起见，假定输入基带信号的基本脉冲为单位冲激。 输入信号：
d (t )
识别点波形：
n
a (t nT )
n s
an---{an}的第n个码 元（0/1;+1/-1）
r (t ) d (t )* h(t ) nR (t )
码间串扰的产生及消除
讨论方面
• 一、什么是码间串扰 • 二、码间串扰如何产生 • 三、如何消除码间串扰
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
①控制an使各项码间串扰为0
an随机出现无法控制
②对h(t)的波形提出要求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0，就能消除码间串扰
这样的波形不易实现， 实际中h(t)波形有很长的“拖尾”
码间串扰的消除
• ③只要让拖尾在t0+Ts，t0+2Ts等后面马原抽样判决时刻上 正好为0，就能消除码间串扰。如图：
① ②
③
码间串扰的分析
① ②
（通常与第k个码元越近的码元对它产生的串扰越大）
③
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 从上面分析可见，数字系带信号在传输过程中实惠产 生码间串扰的。码间串扰对系带传输的影响是：容易 引起判决电路的误操作，造成误码。
码间串扰的消除
• 由前面分析可知，若想消除码间串扰应有
码元的干扰，我们将这种现象称为码间串扰。
什么是码间串扰
1 0 1 1
图 1 基带传输中的码间串扰
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。
通信原理 (1)
(1 nTs )
P) g1 (t
Pg1(t
nTs nTs
) )
g2 (t nTs ),
(1 P)g2 (t
nTs
以概率P
)
Pg1(t nTs ) g2 (t nTs ),
以概率(1-P)
14
一、数字基带信号的功率谱密度
➢ v(t)的功率谱密度
v(t)
Pg1 t nTs 1 P g2 (t nTs )
Cm 2 ( f mfs )
m
Pv ( f )
fs PG1 mfs 1 PG2 (mfs ) 2 ( f mfs )
m
15
一、数字基带信号的功率谱密度
➢ u(t)的功率谱密度
Pu
(
f
)
lim
N
E
UT
(
(2N
f)2 1)Ts
N
N
uT (t) un (t) an g1(t nTs ) g2 (t nTs )
其中：h(t) 1 H ()e jtd
2
22
二、码间串扰的数学分析
y(t) ak h(t kTs ) nR (t) k
y(t0 jTs ) ak h(t0 jTs kTs ) nR (t0 jTs ) k
ak h ( j k)Ts t0 nR (t0 jTs ) k
G1 (
f
)
Sa (
f)
Ts 2
Sa (
fTs 2
)
当P=0.5时
Ps
(
)
Ts 16
Sa2
(
fTs 2
)
1 16
m
Sa2
(
通信原理课程中数字基带传输系统的码间串扰及其判断
通信原理课程中数字基带传输系统的码间串扰及其判断作者：邓尚伟来源：《学园》2014年第16期【摘要】本文介绍了高职院校通信原理课程中数字基带传输系统的码间串扰及其判断方法。
【关键词】码间串扰（ISI）奈奎斯特第一准则奈奎斯特带宽B 无ISI的最高码率RBmax【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）16-0072-01在高职通信原理课程中，数字基带传输系统的码间串扰及其判断是高职学生在学习本课程中的一个难点。
本文主要介绍无码间串扰的数字基带传输系统的传输特性判断方法。
一无码间串扰的基带传输特性码间串扰（InterSymbol Interference，简称ISI）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。
原因是系统传输总特性H（ω）（包括收、发滤波器和信道的特性）不理想，导致码元的波形畸变、展宽和拖尾。
在1924年，奈奎斯特（Nyquist）就推导出了著名的奈氏准则。
他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。
奈奎斯特给出的无ISI的基带传输特性的条件是：1.时域条件只要基带传输系统的冲激响应波形h（t）仅在本码元的抽样时刻上有最大值，并在其他码元的抽样时刻上均为0，则可消除码间串扰。
即：从以上分析中可看出，采用方法1能简明快捷地判断实际系统能否实现无ISI的基带数据传输，比教材上普遍采用的方法2更能让学生理解和掌握。
参考文献[1]樊昌信、曹丽娜编著.通信原理（第6版）[M].北京：国防工业出版社，2006〔责任编辑：庞远燕〕。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（3）哪种码元速率有串扰？你能想办法消除它
吗？
H(f )
2000
2000
f (Hz)
思考题（三）
我们讨论无码间串扰传输特性时，都是假设发送 滤波器输入端加上的是以冲击函数 (t) 为基础 的脉冲序列，如果送到发送滤波器的是以任意脉 冲 pg (t) 为基础的脉冲序列时，此时无码间串扰 条件应改为什么？
f fb 2
若某基带传输系统在码元速率为f b波特时无码间串扰，则当码元速
率为f b/n时也无码间串扰，其中n为整数
如何选择H (f )满足
Heq ( f ) H ( f m / Tb ) 常数 m
只有m=0这一项
H eq
(
f
)
H
(
f
)
Tb
,
0,
f fb 2
f fb 2
h(t)
在从简单到复杂的过程中，需要我们具有对实际问题 较好的洞察力、判断力及想象力，考察对象时除了从 正面分析外，还常常需要从侧面或反面思考，从而达 到真正掌握知识的目的。
谢谢大家
脉发
a
冲 形 成
b
送 滤 波
c
信 道
器器
接
抽
收e样f
滤
判
码 元
g
波 器
决 器
再 生
定时脉冲
噪声 n(t)
同步 提取
图1 数字基带信号传输系统方框图
各点波形
脉发
a
冲 形 成
b
送 滤 波
c
信 道
器器
接
抽
收e样f
滤
判
码 元
g
波 器
决 器
再 生
定时脉冲
噪声 n(t)
同步 提取
图1 数字基带信号传输系统方框图
时域无码间串扰的传输特性
常数 k 0
h(kTb ) hk
0
k 0
h(t) Sa( t) Tb
t
-3Tb
-Tb Tb
3Tb
-1.5Tb -Tb -0.5Tb
h(t ) Sa 2 ( t )
Tb
t
0.5Tb
Tb
1.5Tb
Sa(
2
t)
h(t )
Tb
1 ( 2 t)2
Tb
t
-1.5Tb -0.5Tb0.5Tb1.5Tb
讨论
H ( f m / Tb )
m
f b =2W（码元速率等于两倍系统带宽）
H ( f n Tb )
n
2 fb
fb W
W fb
2 fb
结论：唯一可能的传输函数为
常量 f W
H(f )
0
otherwise
x(t)
sin(t Tb ) t Tb
sin
c
t
Tb
讨论
5.2数字基带传输中的码间串扰
研究问题：基带传输中的可靠性问题 研究对象：码间串扰 研究目的：如何设计没有码间串扰的基
带传输系统 研究方法：由定性到定量，由特殊到 一
般
为什么要研究这个问题?
消息如何传输
有效性
消息传输的质量 可靠性
误码是怎样产生的？
条件：传输速率一定，为
f b
假设没有噪声的影响
把上式的积分区间用分段积分代替，每
段长为1/Tb，则上式可写成
频域推导
h(kTb )
m
(2m1) 2Tb H ( f )e j 2 fkTb df
(2m1) 2Tb
h(kTb )
m
1 2Tb H ( f
1 2Tb
m
Tb )e j2 fkTb df
1 2Tb 1 2Tb m
H ( f m Tb )e j2 fkTb df
满足无码间串扰的传输特性不 止一个，我们在实际系统中到 底应该选哪一个？为什么这样 选？
H ( )
Tb
2
Tb
Tb
H ( )
2
Tb
H ( )
2
Tb
2
Tb
h(t) Sa( t) Tb
t
-3Tb
-Tb Tb
3Tb
-1.5Tb -Tb -0.5Tb
h(t ) Sa 2 ( t )
Tb
t
0.5Tb
第k个码元 除第k个码元外其 的取样值 它码元的串扰值
三、无码间串扰的传输特性
anh[(k n)Tb t0 ] 0
n nk
两种可能： （1）通过各项互相抵消使等式为0；
（2） h[(k n)Tb t0 ] 0
冲激响应应具备的条件
h[(k n)Tb t0 ] 0 k n
即前面码元的波形 在后面码元取样时 刻的值为0
2Tb
0 f
1
2Tb
h(t)
sin t Tb
t Tb
cost 1 4 2t2
Tb Tb2
sin ct
Tb
cost 1 4 2t2
Tb Tb2
余弦滚降特性
=0时，就是理想低通特性；=1时，是实际中常采
用的升余弦频谱特性，这时，H(f)可表示为
H(
f
)
(Tb
m
奈奎斯特第一准则
H(
f
m / Tb )
的物理含义
m
将H (f )在频率轴上以1/T b为周期展开并
叠加，如果叠加后的结果为常数（不必
一定为T b），则无码间串扰，否则就有
码间串扰。
上式没有任何条件限制，说明在整个频 率轴上叠加后的结果均为常数，但事实
上我们只需检验在f f b /2范围内是否满
/
2)(1 cos(2
fTb
/
2))
f 1/ Tb
0
f 1/ Tb
h(t) sin t / Tb • cos t / Tb t / Tb 1 4t 2 / Tb2
带宽B=(1+)/2Tb赫
频带利用率=2/(1+)波特／赫
讨论一个问题
信道带宽的设计问题
x(t ) (t )
t
Sa(2 t )
问题：H(f)满足什么条件，使得输出信号y(t)中无码间串扰，
以使抽样判决器正确判决，恢复出发送序列的估计序列{an’}
输入信号表示方法
d (t) ak (t kTb ) k
a
a k
a
第k个码元为1 第k个码元为0
y(t) h(t) x(t) anh(t nTb ) n
设 kTb t0 时刻的值为第k个码元的最大值 y(kTb t0 ) anh[(k n)Tb t0 ] n akh(t0 ) anh[(k n)Tb t0 ] n nk
1 2Tb B( f )e j2nfTb df
1 2Tb
频域推导
要满足无码间串扰，则有
bn
T0b
n0 n0
代入 B( f )
b e j 2 nfTb n
，则有B
(f
)=Tb
我们得到当n数字基带信号码元速率为f b时，无码间串
扰时的基带传输特性必须满足
H ( f m / Tb ) Tb
总结
我们在分析实际工程问题时，经常会把实际的复杂现 象简单化，得出一般结论后再把其它复杂因素考虑进 去。“数字基带传输中的码间串扰”的分析正是这种 从复杂到简单再到复杂的分析方法的典型例子。
在从复杂到简单的过程中，需要我们具有较好的抽象 概括能力和归纳总结能力，从而忽略每个具体事物的 特殊性，揭示实际问题的一般规律；依据若干已知现 象推断尚属未知的现象，从特殊的具体的认识推进到 一般的抽象的认识。
H(f )
S0
Tb
f fb 2
1 0 1
2Tb
2Tb
(a)
f
4Tb 3Tb 2Tb Tb
Tb 2Tb 3Tb 4Tb
t
(b)
理想低通在实际应用中存在两个问题
理想矩形特性的物理实现极为困难；
理想的冲激响应h(t)的“尾巴”很长，衰减很慢，当存
在定时偏差时，可能出现严重的码间串扰；
解决办法：为适当放宽频带，将理想矩形截止边际修 正为一个圆滑的滚降形状；
什么是码间串扰
码间串扰的定义
由于信道特性的不理想，波形失真比较 严重时，可能出现前面几个码元的波形 同时串到后面，对后面某一个码元的抽 样判决产生影响。这种影响就叫做码间 串扰。
二、数字基带传输系统的模型 和数学分析
发送滤波器 传输信道
an GT ( f )
C( f )
d (t)
s(t)
1 2Tb B( f )e j2 fkTb df 1 2Tb
f (t)
V e j 2 nf0t n
n
Vn
1 T0
T0
2 T0
f (t)e j2 nf0t dt
2
bn Tbh(nTb )
B( f ) H ( f m Tb ) m
B( f )
b e j 2 nfTb n
n
bn Tb
h(t )
1
(
Tb 2 t)2
Tb
t
-1.5Tb -0.5Tb 0.5Tb 1.5Tb
信道带宽的设计问题
数字基带信号的传输是从无码间串扰的角度出发 提出对传输特性以及其带宽要求的；
模拟基带信号则是从信号波形不失真的角度提出 对传输系统带宽的要求的；
思考题(一)
理想低通传输特性频带利用率可达理论上 的最大值2B/Hz，但无法实现，升余弦传输 特性容易实现，但频带利用率只有理想低 通的一半，能否找到频带利用率为2B/Hz， 实际中又可以实现的传输特性？
H () a 0 Tb