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1、-局部响应系统的分析与应用2015年4月15日. z.-局部响应系统的分析与应用摘要 在通信系统中，因为存在信道特征和噪声等原因，会使信号在传输过程中出现码间串扰。由奈奎斯特第一准则可知理想低通特性或等效理想低通特性都可以消除码间串扰。理想低通传输特性虽然可到达基带系统理论极限值2B/HZ，但在实际上是不能实现的，且其响应波形sin*/*尾部收敛慢。等效理想低通特性对频带的利用率下降，不适合高速传播。依据奈奎斯特第二准则设计出的局部响应系统，可以改善频谱特性，并使频带利用率升高到理论上的最大值。本文主要讨论第类和第类局部响应系统，用MATLAB对其波形和频谱特性进展仿真，并利用实例通过与传统设
2、计方法比较，突出局部响应系统的优越性。关键词 奈奎斯特第一准则；奈奎斯特第二准则；局部响应系统；频带利用率The analysis and application of partial response systemAbstractIn a munication system, because of channel characteristics and noise, the signal will be interfered by InterSymbol Interference during transmission.By the first Nyquist criterion,we kn
3、ow that ideal low-pass characteristic or equivalent ideal low-pass characteristic can eliminate InterSymbol Interference.The ideal low-pass characteristic can achieve a theoretical ma*imum value 2 b/HZ,but it cant be implemented in fact and its response waveform sin*/* converges slowly. The equivale
4、nt ideal low-pass characteristic would decline the bandwidth efficiency,and it is not suitable for high-speed transmission.According to the second Nyquist criterion,we can design the partial response system, which can improve the spectrum characteristic, and the bandwidth efficiency increases to a m
5、a*imum of theory.In this paper, we discuss the class and the class partial response system, using matlab to simulate the waveform and spectrum characteristics, and use the instance highlight the advantages of partial response system by paring with the traditional design method.KeywordsfirstNyquistcr
6、iterion；second Nyquistcriterion；partial responsesystem；bandwidth efficiency目录1数字基带信号传输与码间串扰51.1数字基带信号51.2基带传输的码型51.3数字基带信号传输系统的组成61.4码间串扰62无码间串扰的基带传输特性72.1无码间串扰的时域条件72.2无码间串扰的频域条件73局部响应系统83.1五类常见的局部响应系统83.2两种应用最广泛的局部响应系统104 局部响应系统的应用实例144.1 第类局部响应系统应用于二进制振幅键控144.2 第类局部响应在单边带系统中的应用21结论22参考文献23致24. z.
7、-引 言在通信行业高速开展的21世纪，数字通信在现代生活中的应用已经越来越广泛，因此基带传输作为数字通信的一种传输方式具有十分重要的意义。然而数字基带信号在实际的基带传输中往往会受到一些干扰，比方噪声和码间串扰1。码间串扰是在数字基带信号传输过程中一种非常常见的现象，要使接收端能够准确的恢复信息，在传输过程中必须要能够有效的除去码元之间的相互干扰。只有传输总特性与奈奎斯特第一准则相符合，才能使基带信号在信道中进展传输时不会存在码元之间的相互串扰。但只是使传输系统满足奈奎斯特第一准则，又会面临无法物理实现或频带利用率低等问题。因此，为了使无码间串扰的传输系统具有良好的频带利用率，我们需要根据奈奎
8、斯特第二准则完成对局部响应系统的设计。局部响应系统中最常用的是第类和第类，根据这两类局部响应的特点对一些传统的通信系统进展改善，通过对具体的实例进展分析并与传统的通信系统相比较，更加清楚的突出局部响应系统的优势。1数字基带信号传输与码间串扰1.1数字基带信号在没有经过调制的数字信号中，如果该信号所占的频谱是从零频及其附近开场的，则我们通常将这种信号称作数字基带信号。在实际的数字传输系统里，由于信道特性和系统指标要求不同，所以要选择不同的数字脉冲波形。从理论上来讲，基带信号波形可是选用任意形状的脉冲，但是考虑到矩形脉冲要容易产生和处理，因此实际系统中矩形脉冲是最为常用的一种数字波形。1.2基带传
9、输的码型通常情况下，我们所指的基带信号就是用电表示方法来表示消息代码。然而在考虑现实情况时可知，并非任何一种代码的电波形都能够在信道中进展传输。比方如果电波形中含有丰富的直流和低频成分的话，这种电波形就有可能导致信号的畸变，因此这种波形就不宜在信道中传输。同时，出现长时间连0”的码型不利定时信息的提取，也不适合在信道中传输。 传输码型正常情况下应遵循以下准则：1便于提取定时分量；2传输码型没有直流分量并且含有的低频分量要尽可能的少2；3能顺应信息源的改变-不会被信息源的统计特特征所影响；4传输效率要高；5具有在的检错能力。1.3数字基带信号传输系统的组成如以下列图所示是一个最为常见和最为简单的
10、数字基带传输系统:发送滤波器信道接收滤波器抽样判决器同步提取数字基带信号噪声图1 数字基带传输系统在上图所示的数字基带信号最根本的传输系统中各个局部的作用和功能如下：发送滤波器：对输入的信号进展码型和波形变换，使之变为适宜在信道中传输的信号。信道：允许基带信号通过的媒质。接收滤波器：主要功能是接收信号并过滤掉带外噪声和其余干扰，使得输出的基带波形能更好的进展判决。抽样判决器：它的传输特性和背景噪声是不理想的，通过特殊的控制时序脉冲采样判断对接收滤波器的输出波形，以恢复或再生的基带信号3。1.4码间串扰 码间串扰ISI指的是在接收信号中除了当前码元之外的其余全部码元在抽样时刻的总和。当码间串扰对
11、信号造成的影响比较严重时，会有很大可能导致抽样判决器错误判决发生误码。以下列图通过相邻码元和的相互干扰情况为例来说明码间串扰。图2 相邻码元之间的码间串扰示意图2无码间串扰的基带传输特性 码间串扰ISI会影响传输系统的质量，如果比较严重的话会造成错误判决，使传输系统的接收端无确地恢复出原来的信号。因此，信号传输时码间串扰的存在与否对通信系统的总体质量有着十分重要的意义，这就使得实现无码间干扰传输变得十分重要4。下面在假设信道没有噪声的理想情况下，从时域和频域两个方面来研究传输系统需要满足的条件时才能使信号在传输过程中没有码元之间的相互干扰。2.1无码间串扰的时域条件 要消除码间干扰，将基带传输
12、系统的脉冲响应波形的h(t)只有在采样符号的时间有一个最大的值，同时采样时间对其他符号为零。也就是说，假设对h(t)在时刻t=(假定信道和接收滤波器所造成的延时=0)抽样，则有下式成立： 2-1上式说明要使信号在传输过程中不会受到码元之间的相互干扰，就必须保证h(t)的抽样值在t=0时不为零的同时，要使在其他所有抽样点的值都等于零8。2.2无码间串扰的频域条件假设H(w)表示传输系统的总特性，根据h(t)和H(w)互为傅里叶变换的关系，可知h(t)是由基带系统H(w)形成的传输波形。因此，可根据时域条件h(t)的表达式计算出基带传输特性在不受到码间串扰的干扰时应满足 2-2这个条件就是我们通常
13、所说的奈奎斯特第一准则。基带传输系统的总特性H(w)只要能符合此要求，就能够消除码间串扰。3局部响应系统由奈奎斯特第二准则可以知道：如果人为地、有规律地在码元的抽样时刻引入码间串扰，然后在接收端消除，就可以改善频谱特性，压缩传输频带。通过这种方法就可以到达提高频带利用率的目的，而且采用这种方法可以加快波形尾部衰减。通常把这种波形叫做局部响应波形，传输局部响应波形的系统叫做局部响应系统。3.1五类常见的局部响应系统局部响应系统的一般形式局部响应系统的一般表达式为： 3-1式中：，,为加权系数，其取值为整数。 g(t)的频谱函数为：3-2由上式可知，G(w)仅在-, 围存在。常见的五类局部响应系统
14、的波形及频谱 在式3-1中，当加权系数，,取不同的值时，就会产生不同种类的局部响应系统。不同的局部响应系统对应不同的加权系数，可以通过编写MATLAB程序通过改变加权系数绘制出波形图和频谱特性。下面是给出了常见的五类局部响应系统权系数，并分别命名为第类，第类，第类，第类，第类局部响应信号。表1 五类局部响应系统系数表类别第类11000第类12100第类21-100第类10-100第类-1020-1 为了加深对系统传递函数的局部的理解，编写MATLAB程序一，在程序一中建立了一个M文件，编写函数Bufen，该函数的变量、即为局部相应系数。在命令窗口给Bufen函数中的、按照表一进展赋值，程序运行完毕后，就可以得到相应的局部响应系统。3.2两种应用最广泛的局部响应系统第类局部响应第一类局部响应系统又称双二进制信号传输系统，其波形表达式可以表示为： (3-3)将上式化简可得： (3-4)在matlab命令窗口输入Bufen1,1,0,0,0就可以得出第一类局部响应的波形和频谱特性如下:图3 第类局部响应波形和频谱特性由式3-4可见，g(t)的尾部幅度是随下降的,这说明它比波形衰减大，收敛更快。此外,由式3-3可知，除了在相邻的取样时刻t=Ts/2处，g(t)=1外，在其余的抽样时刻上，g(t)具有等间隔Ts的零点5，这满足了无码间
