数字基带系统传输特性和教学设计研究

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1、数字基带系统传输特性和教学设计研究　　摘要：数字基带无码间干扰传输知识模块是“通信原理”课程的重点和教学难点，基于“弱化理论计算推导，加强物理意义分析”这一原则，展开教学设计，重点分析了不同于现存教材表述的两个问题，并定义了“抽样主值”和“奈氏区间”的概念。关键词：通信原理；数字通信；码元干扰；教学设计作者简介：何金灿（1979-），男，江苏靖江人，江苏海事职业技术学院，讲师。（江苏南京211170）基金项目：本文系江苏海事职业技术学院省示范性高职院建设项目（项目编号：06-2012-HXKC-04）的研究成果。中图分类号：G712文献

2、标识码：A文章编号：1007-0079（2014）05-0158-02近距离通信系统（譬如USB通信、RS232串口通信、LAN通信等）都采用数字基带方式传输，其传输的电缆间存在电容效应，会影响信道传输的频率特性，加之信道的噪声影响等，造成接收时误码的出现。本文重点分析了数字基带传输系统误码产生的原因，给出了系统在无加性噪声影响下无码间干扰的时域条件，并将之作为必要条件，推广到系统分析领域。一、数字基带传输特性分析8数字基带传输系统主要由脉冲形成器（定时脉冲）、发送滤波器、信道、接收滤波器、同步提取电路和抽样判决电路等组成，最终形成期望

3、的二进制码元序列。[1]下面重点分析接收滤波器输出信号的物理意义和抽样判决器的原理。1.信号的数学表示及物理意义为了便于分析，采用“黑盒”思想，将发送滤波器、信道和接收滤波器看作一个传输系统，其总的传输特性为H（ω），输入信号为，输出的响应为。此时，有。其中，表示每一个码元ak经过系统后对应的输出信号，称为基本波形。的波形则为所有码元对应的基本波形的合成。2.抽样判决电路接收信号需要经过抽样、判决两个过程才能再生出码元信号。根据传输码元的定时脉冲发生时刻jTb，同步对接收波形抽样，得到一个抽样值，并将之与判决门限v0比较，如果，则判为码

4、元1；否则，判为码元0。考虑传输系统存在延时t0，则在jTb+t0时刻对进行同步抽样，得到的抽样值为，其由三个部分组成：为抽样主值，它由当前码元对应的基本波形决定；为信道的加性噪声对抽样主值的干扰；表示其他码元对应的基本波形在当前时刻抽样叠加值，它的存在是由系统传输特性的“拖尾”现象产生的，对抽样主值形成干扰，称之为码元干扰（或码间串扰）。8叠加值的存在导致了码元对应基本波形的畸变，影响了抽样主值的大小，在判决时产生误码。以传输三个码元“110”为例分析，脉冲形成器生成三个强度为+1、+1、-1冲激信号。经过系统传输后，如图1所示，、和

5、在码元a3的抽样时刻，抽样值分别为A3、B3和C3。点A3和B3的存在，对码元a3的主值C3形成叠加，导致实际抽样值A3+B3+C3>0，判决为“1”码，形成误判。二、系统无码元干扰传输的条件通过上述分析可知，码元干扰和信道噪声是误码产生的根本原因。在此暂不考虑随机噪声的影响，要求在设计传输系统时，首先避免码间干扰的存在。1.无码间干扰传输的时域条件由于的存在，产生了码间干扰。在设计时，只要其等于0，就能实现无码间干扰。由于ak是随机变化的，不能通过各项叠加实现，唯一的途径就是从系统分析入手，让系统的单位冲激响应满足：（1）其中，C表示

6、常数，k=j表示对码元aj基本波形进行抽样，而k≠j表示邻近码元对应的基本波形在当前抽样时刻的干扰。在部分教材[1，2]中，将条件写成j=k或j≠k。笔者认为这是错误的，此时变量为k，而j表示当前某一抽样码元。8单位冲激响应满足式1的系统有很多，具有抽样函数性质的系统是最具典型代表的。如=Sa（Πt/Tb），在传输码元序列的时候，各码元的基本波形只在其当前抽样时刻有值，在其他抽样时刻归零，则整个过程就没有码元干扰。这就是Nyquist第一准则的表述。此时，是遵循1/t因子衰减的。系统的“拖尾”很长，衰减很慢，如果此时发生一定的延时，则会

7、对很多码元的抽样值干扰，所以系统还要尾部衰减快。2.系统频域分析根据“信号与系统”的分析可知，系统的时域特性是抽样函数的形式，那么一定能得到其频域特性具有理想低通特性。[3]很多文献[1，2，4]认为，无码元干扰时，系统的频域特性为：（2）笔者认为，这种说法具有一定的主观性、片面性。在教学过程中，应给出的系统传输特性为：（3）式中，B表示理想低通特性系统的截止频率，单位为Hz。通过ω=2Πf的变换，可得：（3）根据傅里叶变换，可计算出此时系统的时域特性为=2BSa（2ΠBt），其时域波形如图2。8通过分析可知道，其归零点为k/2B，其中

8、k为不等于的整数。假定利用该系统来传输码元间隔为Tb的基带信号，则根据无码间干扰传输的条件，要求h（kTb）=0（其中，k为非0整数）。此时，必须存在Tb=k/2B，也即此时系统的带宽应该满足B=k/2Tb