带限信道信号设计53页PPT
合集下载
第03章 信道 58页 0.8M PPT版
• 根据噪声的表现形式可分为单频噪声、 脉冲噪声和起伏噪声。
• (1)单频噪声是一种以某一固定频率出现 的连续波噪声，如50Hz的交流电噪声。
• (2)脉冲噪声是一种随机出现的无规律噪 声，如闪电、车辆通过时产生的噪声。
• (3)起伏噪声主要是内部噪声，而且
•
是一种随机噪声，对它的研究必须
运用概率论和随机过程知识。元器件本
3.2 信道定义
• 广义信道:调制信道、编码信道
编码器输出 调 制 器
发 转 换 器
收
传 输 介质
转 换
器 调 制 信道
编 码 信道
图３．１调制信道与编码信道
解
译 码 器输 入
调
器
３．３ 信道数学模型
• 调制信道模型 •
• 特性： • 1、有一对（或多对）输入端和一对（或
多对）输出端
• 2、信道是线性的，满足叠加原理 • 3、信道有一定的迟延时间，有损耗 • 4、即使没有信号输入，输出端仍有一定
纤通信系统的传输带宽远远大于其它各
种传输介质的带宽，是目前最有发展前 途的有线传输介质。
• 光纤呈圆柱形，由芯、封套和外套三部 分组成(如图所示)。芯是光纤最中心的部 分，它由一条或多条非常细的玻璃或塑 料纤维线构成，每根纤维线都有它自己 的封套。由于这一玻璃或塑料封套涂层 的折射率比芯线低，因此可使光波保持 在芯线内。环绕一束或多束有封套纤维 的外套由若干塑料或其它材料层构成， 以防止外部的潮湿气体侵入，并可防止 磨损或挤压等伤害。
外套
绝缘
包层 纤维芯
光纤结构示意图
• 根据光纤传输数据模式的不同，它可分 为多模光纤和单模光纤两种。多模光纤
意指光在光纤中可能有多条不同角度入 射的光线在一条光纤中同时传播,如图 (a) 所示。这种光纤所含纤芯的直径较粗。
信道编码中ppt课件
外语关键词
循环码：cyclic code 码多项式：code polynomial 生成多项式：generator polynomial 求模运算：modular arithmetic 系统码：systematic（regular）code 循环移位运算：cycle shift operation
上节回顾：线性分组码
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
插件1：查表分解xn-1的方法
（1）并非所有的xn-1都具有r次的既约(不能再分解)的因式。 但只要满足n=2r-1，xn-1就具有r次的既约因式。因此 P194 页表4中只列出满足n=2m-1的xn-1的分解情况。
由对偶式 (1110011)2和187页表知m23(x)=x6+x5+x4+x+1； i=7：(111)8=(1001001)2，得知m7(x)=x6+x3+1；
对偶式还是自己。
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
本节的主要内容
❖ 码多项式 ❖ 循环移位的数学表达 ❖ 循环码的生成多项式 ❖ 循环码的编码 ❖ 循环码的译码 ❖ 编、译码的电路实现
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
循环码：cyclic code 码多项式：code polynomial 生成多项式：generator polynomial 求模运算：modular arithmetic 系统码：systematic（regular）code 循环移位运算：cycle shift operation
上节回顾：线性分组码
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
插件1：查表分解xn-1的方法
（1）并非所有的xn-1都具有r次的既约(不能再分解)的因式。 但只要满足n=2r-1，xn-1就具有r次的既约因式。因此 P194 页表4中只列出满足n=2m-1的xn-1的分解情况。
由对偶式 (1110011)2和187页表知m23(x)=x6+x5+x4+x+1； i=7：(111)8=(1001001)2，得知m7(x)=x6+x3+1；
对偶式还是自己。
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
本节的主要内容
❖ 码多项式 ❖ 循环移位的数学表达 ❖ 循环码的生成多项式 ❖ 循环码的编码 ❖ 循环码的译码 ❖ 编、译码的电路实现
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
信道的定义及分类精PPT学习教案
第11页/共63页
12
1、有线电信道及其特性
明线：平行而相互绝缘的架空裸线线路。传输损耗 低；易受气候和天气的影响；对外界噪声干扰敏感。
对称电缆：同一保护套内有许多对相互绝缘的双导 线的传输媒质；导线材料是铝或铜，直径为0.4～ 1.4mm；为减小各线对之间的相互干扰，每一对线 都拧成扭绞状；由于这些结构上的特点，电缆的传 输损耗比明线大得多，但其传输特性比较稳定。
第19页/共63页
20
卫星中继信道的 概貌
第20页/共63页
21
2.4 恒参信道特性及其对信号传输的影响
恒参信道对信号传输的影响
恒参信道对信号的影响是确定的或者是变化极
其缓慢的，可以等效为一个非时变的线性网络。
网络的传输特性可用幅度－频率特性及相位－
频率特性来表征。
H Ae j
设网络的传输函数为
第35页/共63页
36
允许频带
脉冲信号通过带限系统后，波形也被展宽，而且系
统频带越窄，波形展宽越多；散射信道好像是一个带 限滤波器，其允许频带定义为
天波通信的特点：优点很明显，要求的功率较小， 终端设备的成本较低，传播距离远，受地形限制 较小，以及不易受到人为破坏；因此短波电离层 反射信道现在仍然是远距离传输的重要信道之一。
第33页/共63页
34
2、对流层散射信道
对流层散射信道：一种超视距的传播信道，其一跳
的传播距离约为100～500km，可工作在超短波和微
波波段。
对流层简介：离地面10～12km以下的大气层。在对
流层中，由于大气湍流运动等原因产生了不均匀性， 故引起电波的散射；散射具有强方向性。 流层散射信道中的衰落：可分为慢衰落和快衰落； 前者取决于气象条件，后者由多径传播引起。
12
1、有线电信道及其特性
明线：平行而相互绝缘的架空裸线线路。传输损耗 低；易受气候和天气的影响；对外界噪声干扰敏感。
对称电缆：同一保护套内有许多对相互绝缘的双导 线的传输媒质；导线材料是铝或铜，直径为0.4～ 1.4mm；为减小各线对之间的相互干扰，每一对线 都拧成扭绞状；由于这些结构上的特点，电缆的传 输损耗比明线大得多，但其传输特性比较稳定。
第19页/共63页
20
卫星中继信道的 概貌
第20页/共63页
21
2.4 恒参信道特性及其对信号传输的影响
恒参信道对信号传输的影响
恒参信道对信号的影响是确定的或者是变化极
其缓慢的，可以等效为一个非时变的线性网络。
网络的传输特性可用幅度－频率特性及相位－
频率特性来表征。
H Ae j
设网络的传输函数为
第35页/共63页
36
允许频带
脉冲信号通过带限系统后，波形也被展宽，而且系
统频带越窄，波形展宽越多；散射信道好像是一个带 限滤波器，其允许频带定义为
天波通信的特点：优点很明显，要求的功率较小， 终端设备的成本较低，传播距离远，受地形限制 较小，以及不易受到人为破坏；因此短波电离层 反射信道现在仍然是远距离传输的重要信道之一。
第33页/共63页
34
2、对流层散射信道
对流层散射信道：一种超视距的传播信道，其一跳
的传播距离约为100～500km，可工作在超短波和微
波波段。
对流层简介：离地面10～12km以下的大气层。在对
流层中，由于大气湍流运动等原因产生了不均匀性， 故引起电波的散射；散射具有强方向性。 流层散射信道中的衰落：可分为慢衰落和快衰落； 前者取决于气象条件，后者由多径传播引起。
带限信道的信号设计
量高等优点。
调相（PM）调制
02
通过改变信号的相位来传递信息，具有抗干扰能力强、传输质
量高等优点。
调相调频（PM/FM）调制
03
结合调相和调频的优点，具有更高的抗干扰能力和传输质量。
信号编码技术
线性码
将信息序列映射为二进制码序列，具有良好的纠错能 力和较低的误码率。
循环码
一种特殊的线性码，具有循环特性，易于实现且误码 率较低。
硬判决阈值
在解码过程中，确定接收信号质量是否足够好的阈值，低于该阈值 的信号将被判定为错误。
软判决阈值
在解码过程中，根据接收信号的质量进行判决的阈值，允许在阈值 附近有一定的波动范围。
05 带限信道下的信号设计实 例
QAM信号设计实例
总结词
QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）是一种在带限 信道中常用的数字调制方式。
带限信道的信号设计
目录
• 引言 • 带限信道的基本理论 • 带限信道下的信号设计方法 • 带限信道下的信号性能评估 • 带限信道下的信号设计实例 • 结论与展望
01 引言
研究背景
01
信号传输在现代通信中具有重要作用，而带限信道 是信号传输的重要通道。
02
带限信道具有带宽限制和噪声干扰等特点，对信号 传输造成一定影响。
卷积码
将输入的信息序列编码为较长的码序列，具有较好的 纠错能力和抗干扰能力。
信号处理技术
01
滤波处理
通过滤波器对信号进行滤波处理， 以减小噪声和干扰的影响，提高 信号质量。
02
频域处理
将信号从时域转换到频域，进行 频域分析和处理，以实现信号的 优化和增强。
带限ISI
20.1.2 码间干扰的表示
码间干扰是影响带限通信系统的主要因素， 适合在带限信道上传输的脉冲信号， 必须能 够做到没有码间干扰。我们知道从理论上讲，任何一个持续时间有限的脉冲信号，通过带限 信道后都有无限长的波形拖尾， 因此企图设计波形上没有码间干扰的脉冲是不可能的。 考虑 到任何数字通信系统都是通过抽样得到判决统计量， 因此只要设计出抽样时刻无码间干扰的 脉冲波形就可以满足数字通信的需要。 为找到适合在带限信道上传输的脉冲信号， 即抽样时刻无码间干扰的波形， 我们必须得 到抽样时刻码间干扰的表达式。 我们知道，基带传输系统的总的传输特性可以表示为
rn = an + ∑ ak h[( n − k )Ts ] + vn
k ≠n
（2）
n
其中
∑ a h[(n − k )T ] 表示抽样时刻的码间干扰， v
k ≠n k s
表示抽样时刻的噪声。
20.2 无码间干扰传输的条件 20.2.1 时域形式的 Nyquist 第一准则
从 （2） 式我们我们知道， 要想抽样时刻无码间干扰， 必须且只需 由此得到抽样时刻无码间干扰的条件（充分必要） ：
图
例如我们在前面讨论非带限系统时， 曾经假设表示 “0” 和 “1” 的脉冲信号 s0 (t ) 和 s1 (t ) 的持续时间都是 Ts ，即在时间区间 [0, Ts ] 范围以外， s0 (t ) 和 s1 (t ) 都是 0，这种脉冲信号就 不适合在带限信道上传输， 要保证工作在带限信道上的通信系统具有良好的性能， 必须对其 中传输的脉冲进行专门设计，这种脉冲设计的过程一般称为波形形成或脉冲成形（ Pulse Shaping） 。
∑ a h[(n − k )T ] = 0 ，
数字基带传输 带限信道课程设计
一、实验原理；数字基带信号通过信道时，除了叠加高斯白噪声之外，还会有信号畸变，这是信道特性的不理想化造成的。
根据理论课中给出的4-PAM 信号经过AWGN信道后的性能Simulink模型仿真，修改一下发送和接收模块，即增加升余弦发送和接收滤波器后，就可以模拟带限信道的信号传输了。
AWGN又称加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise)，是最基本的噪声与干扰模型。
它的幅度分布服从高斯分布，而功率谱密度是均匀分布的，它意味着除了加性高斯白噪声外，r(t)与s(t)没有任何失真。
即H(f)失真的。
加性高斯白噪声 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 是最基本的噪声与干扰模型。
加性噪声：叠加在信号上的一种噪声，通常记为n(t)，而且无论有无信号，噪声n(t)都是始终存在的。
因此通常称它为加性噪声或者加性干扰。
白噪声：噪声的功率谱密度在所有的频率上均为一常数，则称这样的噪声为白噪声。
如果白噪声取值的概率分布服从高斯分布，则称这样的噪声为高斯白噪声。
在实际通信中传输信道的带宽是有限的，这样的信道称为带限信道。
带限信道的冲激响应在时间上是无限的，因此一个时隙内的代表数据的波形经过带限信道后将在邻近的其他时隙上形成非零值，称为波形的拖尾。
拖尾和邻近其他时隙上的传输波形相互叠加后，形成传输数据之间的混叠，造成符号间干扰，也称为码间干扰。
接收机中，在每个传输时隙中的某时间点上，通过对时域混叠后的波形进行采样，然后对样值进行判决来恢复接收数据。
在采样时间位置上符号间的干扰应最小化（该采样时刻称为最佳采样时刻），并以适当的判决门限来恢复接收数据，使误码率最小（该门限称为最佳判决门限）。
举例：有一个4-PAM（4电平脉冲幅度调制）调制信号，调制信号在发送端和接收端分别采用滚降系数为0.25，时延为5的根升余弦滤波器进行谱成形，其中符号采样频率Fd=1，滤波器采样频率为Fs=10。
-带限信道的信号设计课件
t x(t ) sinc 1. =0时，脉冲简化成： T 符号速率： 1 / T 2W
2. =1时： 符号速率： 1 / T W 3. 一般地，对于 >0，x(t) 的拖 尾按1/t3衰减。因此，抽样定时偏 1 差产生的一串 ISI 分量将收敛于 0， ， 的升余弦谱及其相应的 1 2 脉冲 一个有限的值。
n 0 n k
第 k 个抽样时刻 符号间 第 k 个抽样时刻的 的期望信息符号 干扰 高斯噪声变量 ISI的影响可以通过用示波器的眼图来观测到。ISI引起眼图闭合
6
9.2 带限信道的信号设计
7
9.2 带限信道的信号设计
无符号间干扰的带限信号设计 — 奈奎斯特准则 假设： 带限信道具有理想频率响应特性。当 | f |W时，C(f)=1 脉冲x(t)具有谱特性 X ( f ) G( f ) 由于：
1/ 2T 1/ 2T
Tx( nT )
B( f )e j 2fnT df
T , n 0 因此，定理要满足的充要条件是： bn 0, n 0
由 B( f )
n
bn e j 2nfT ，得 B( f ) T
m
X( f m/T) T
B( f )
1 n 0, 1 x(nT ) 0 othe rwise
n
b e
n
j 2nfT
T Te j 2fT
15
9.2.2 具有受控 ISI的带限信号设计—部分响应信号
当 T=1/2W 时：
1 (1 e jf / W ), | f | W X ( f ) 2W 0, oth e rwise
2. =1时： 符号速率： 1 / T W 3. 一般地，对于 >0，x(t) 的拖 尾按1/t3衰减。因此，抽样定时偏 1 差产生的一串 ISI 分量将收敛于 0， ， 的升余弦谱及其相应的 1 2 脉冲 一个有限的值。
n 0 n k
第 k 个抽样时刻 符号间 第 k 个抽样时刻的 的期望信息符号 干扰 高斯噪声变量 ISI的影响可以通过用示波器的眼图来观测到。ISI引起眼图闭合
6
9.2 带限信道的信号设计
7
9.2 带限信道的信号设计
无符号间干扰的带限信号设计 — 奈奎斯特准则 假设： 带限信道具有理想频率响应特性。当 | f |W时，C(f)=1 脉冲x(t)具有谱特性 X ( f ) G( f ) 由于：
1/ 2T 1/ 2T
Tx( nT )
B( f )e j 2fnT df
T , n 0 因此，定理要满足的充要条件是： bn 0, n 0
由 B( f )
n
bn e j 2nfT ，得 B( f ) T
m
X( f m/T) T
B( f )
1 n 0, 1 x(nT ) 0 othe rwise
n
b e
n
j 2nfT
T Te j 2fT
15
9.2.2 具有受控 ISI的带限信号设计—部分响应信号
当 T=1/2W 时：
1 (1 e jf / W ), | f | W X ( f ) 2W 0, oth e rwise
第信道编码定理PPT课件
收到1时译成1，那么译码错误
1
1 - pb
1
概率为0.9。
• 反之，如果规定在接收到符号0 时译成1；接收到1时译成0，则 译码错误概率为0.1。
二元对称信道
• 可见，错误概率既与信道统计特
5
第5页/共53页
无记忆二进制对称信道（BSC）
消息
码字 c
m 信源编码 ci{0,1}
二进制信道 p(r/c)
定义6.1.2 选择译码函数F( y j ) x*,使之满足条件
p x * y j p xi y j 对i
则称为最大后验概率译码准则. 最大后验概率译码准则是选择这样一种译码函数, 对于每一个输出符号y j , j 1, 2,..., m,均译成具有最大
后验概率p xi y j 的那个输入符号x *.则信道译码
的，因此要讨论选择译码规则的准则，这些准则总的
原则是使译码平均错误概率最小。
10
第10页/共53页
1、译码平均错误概率
•
若 则
译 信
码 道
规则为 输出端
接F收(y到j ) 符x号i ,i
1, 2, yj时，
, n; j 1, 2, 一定译成
x
,m i。
，
• 如果发送端发的就是xi，这就是正确译码，因此条
• 有线通信中的如调制解调器、电缆等全体；
4
• 互联网的多个路由器、第节4页点/共、53电页缆、低层协议等全体；
错误概率和译码规则
• 考虑一个二元对称信道，单符号
错误传递概率是pb=0.9，其输入 符号为等概率分布。
0
1 - pb
0
pb
• 如果规定在信道输出端接收到符
3-信道ppt课件
41
[思考]：频率选择性衰落对通信的信号传输有什么影响？
影响：当一个传输波形的频谱宽于1/，传输波 形的频谱将产生畸变。
由两条路径传播推广到多径传播：实际应用中存在多径传播，同样存在频率选择性衰落 现象。
1 4、相关带宽定义：
B 其中m为多径传播的最大多径时延差， c
d
td
21
H
K0
td
[理解]：无失真传输条件：在不考虑噪声的情况下，如果信号在传输中只是幅度上的 等比例衰减和时间上的同步延迟，则可看作无失真传输。
——对任何频率的信号均具有相同的幅度衰减和延迟。
22
3、幅度—频率失真
使传输信号的幅度随频率发生畸变，引起信号波形失真， 对数字信号引起码间串扰。
他的发明改变 了世界通讯模 式，为信息高 速公路奠下基 石。
8
光纤的结构
多模纤芯直径: 50~80 μm
单模纤芯直径: 8~10 μm
9
各种光缆
层绞式 骨架式 束管式
带状式
根据光缆的传输性能、距离和用途，光缆可以分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用
户光缆。
10
有线信道 媒质与其 传输频率
范围
11
+
时延
k
0
s o ( t) k s i( t o ) k s it o
si(t)Si()
ksi(t0) kSi()ej0
k s i(t 0 ) k S i()e j (0 )
k s i ( t 0 ) k s i ( t 0 ) k S i () e j 0 ( 1 e j )
20
2、理想恒参信道的传输特性 无失真传输时，要求信道的输出为：
s0(t)K0si(ttd)