码间串扰

通信原理第三次讨论课串间串扰与其产生的原因制作人：目录一、数字基带传输系统 (3)二、基带传输系统的码间串扰 (3)三、无码间串扰的基带传输特性 (5)1、奈奎斯特(Nyquist)定理（奈奎斯特第一准则） (6)2、理想低通滤波器基带传输的特征参量 (6)一、数字基带传输系统如图所示一个典型的数字基带信号传输系统模型。

图中：基带码型编码电路的输出是携带着基带传输的典型码型信息的δ脉冲或窄脉冲序列}{a，我们仅仅关注取值：0、1或±1；n发送滤波器又叫信道信号形成网络，它限制发送信号频带，同时将{n a转换为适合信道传输的基带波形；}信道可以是电缆等狭义信道也可以是带调制器的广义信道，信道中的窄带高斯噪声会给传输波形造成随机畸变；接收滤波器的作用是滤除混在接收信号中的带外噪声和由信道引入的噪声，对失真波形进行尽可能的补偿（均衡）；抽样判决器是一个识别电路，它把接收滤波器输出的信号波形)(ty放大、限幅、整形后再加以识别，进一步提高信噪比；码型译码将抽样判决器送出的信号还原成原始信码。

二、基带传输系统的码间串扰数字通信的主要质量指标是传输速率和误码率，二者之间密切相关、互相影响。

当信道一定时，传输速率越高，误码率越大。

如果传输速率一定，那么误码率就成为数字信号传输中最主要的性能指标。

从数字基带信号传输的物理过程看，误码是由接收机抽样判决器错误判决所致，而造成误判的主要原因是码间串扰和信道噪声。

1.定义：由于系统传输特性不良或加性噪声的影响，使信号波形发生畸变，造成收端判决上的困难，因而造成误码，这种现象称为码间串扰。

2．现象：脉冲会被展宽，甚至重迭（串扰）到邻近时隙中去成为干扰。

图(a)示出了}{n a 序列中的单个“1”码，经过发送滤波器后，变成正的升余弦波形见图(b)，此波形经信道传输产生了延迟和失真如图(c)所示，我们看到这个“1”码的拖尾延伸到了下一码元时隙内，并且抽样判决时刻也应向后推移至波形出现最高峰处（设为1t ）。

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。

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。

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。

有无码间串扰对应眼图的形状从理论上讲，一个基带传输系统的传递函数只要满足式（4-27 ），就可消除码间串扰。

但在实际系统中要想做到这一点非常困难，甚至是不可能的。

这是因为码间串扰与发送滤波器特性、信道特性、接收滤波器特性等因素有关，在工程实际中，如果部件调试不理想或信道特性发生变化，都可能使改变，从而引起系统性能变坏。

实践中，为了使系统达到最佳化，除了用专门精密仪器进行测试和调整外，大量的维护工作希望用简单的方法和通用仪器也能宏观监测系统的性能，观察眼图就是其中一个常用的实验方法。

4.5.1 眼图的概念眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。

观察眼图的方法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形像人的眼睛，故称为“眼图”。

从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。

另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。

4.5.2 眼图形成原理及模型1. 无噪声时的眼图为解释眼图和系统性能之间的关系，图4-21 给出了无噪声情况下，无码间串扰和有码间串扰的眼图。

图4-21 基带信号波形及眼图图4-21 （a ）是无码间串扰的双极性基带脉冲序列，用示波器观察它，并将水平扫描周期调到与码元周期一致，由于荧光屏的余辉作用，扫描线所得的每一个码元波形将重叠在一起，形成如图4-21 （ c ）所示的线迹细而清晰的大“眼睛” ；对于图4-21 （ b ）所示有码间串扰的双极性基带脉冲序列，由于存在码间串扰，此波形已经失真，当用示波器观察时，示波器的扫描迹线不会完全重合，于是形成的眼图线迹杂乱且不清晰，“ 眼睛”张开的较小，且眼图不端正，如图4-21 （d ）所示。

对比图4-21 （c ）和图4-21 （d ）可知，眼图的“眼睛” 张开的大小反映着码间串扰的强弱。

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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补充材料：信号的眼图当接收信号同时受到码间串扰和噪声的影响时，系统性能的定量分析较为困难，一般可以利用示波器，通过观察接收信号的“眼图”对系统性能进行定性的、可视的估计。

用示波器跨接在待测信号的输出端，调整示波器锯齿波水平扫描周期，使其与接收符号的周期同步，再将接收波形输入示波器的垂直放大器，就可以从显示器上看到眼图。

在传输二进制信号波形时, 示波器显示的图形很像人的眼睛，因此被称为“眼图”。

由眼图可以观察出符号间干扰和噪声的影响，如图1所示：图1 眼图模型最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻。

当存在噪声时，眼图的线迹会变成比较模糊的带状的线，噪声越大，线条越宽，“眼睛”张开得越小，阴影区的垂直高度表示信号的畸变范围。

图中央抽样时刻的横轴位置对应于最佳判决门限，上下两阴影区的间隔距离之半为噪声的容限, 噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决。

眼图斜边的斜率决定了系统对抽样定时误差的灵敏程度：斜率越大，对定时误差越灵敏。

下面以三个BPSK码元为例，给出用Matlab生成的眼图，其中发射端采用sinc成型滤波器。

三个码元的可能组合为8种形式，即[-1 -1 -1 ; -1 -1 1; -1 1 -1 ; -1 1 1; 1 -1 -1; 1 -1 1; 1 1 -1; 1 1 1]。

将8种可能的信号组合形成的时域波形逐一画到同一张图上，即可得到三个符号时的眼图，当信道存在噪声时，接收信号的眼图中也将叠加噪声。

无噪声和有噪声干扰下的眼图如下所示：(a) 无噪声(b)有噪声图2 三个符号时的眼图同理，考虑五个码元周期时，眼图形状如下：(a)无噪声(b)有噪声图3 五个符号时的眼图实际系统中，符号序列的长度是无限的，因此其眼图实际上是更多待定信号波形的叠加。

不同的传输信号幅度将产生不同的眼图，同时眼图还与发端滤波器的时域波形有关。

下图给出了多进制信号的眼图：图4 多进制信号的眼图。

码间串扰的产生及消除姓名：郭耀华学号：120104030030 班级：通信工程1班一、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，从而造成对邻近码元的干扰，我们将这种现象称为码间串扰。

1 0 1 1二、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。

三、码间串扰的分析数字基带信号的传输模型如图所示一般都认为码型变换的输入为双极性码{an}接着对{an}进行理想抽样，变成二进制冲击脉冲序列d(t)，然后送入发送滤波器以新城所需的波形，即：t0 Tb2Tb3Tb3Tb+ta1 a2a3 a4t1 1 1 0各码 元 波（图）码间串扰对误码的影响基带传输系统模型单极性 矩形脉冲双极性理想抽样二进制冲激序列信道信号形成器设发送滤波器传输函数为GT(w)，则基带传输系统的总传输特性为该系统对应的单位冲激相应为则在d(t)的作用下，接收滤波器输出信号y(t)可表示为nR(t)是加性噪声n(t)经过接收滤波器后输出的窄带噪声。

抽要型号判决对y(t)进行抽样判决。

设对第k 个码元进行抽样判决，抽样判决时刻应在收到第k 个码元的最大值时刻，设此时刻kTs+t0(t0是信道和接收滤波器所造成的延迟)，把t=kTs+t0带入①第k 个码元本身产生的所需抽样值①②③②除第k 个码元以外的其他码元产生的不需要的串扰值，称为码间串扰。

③第k 个码元抽样判决时刻噪声的瞬时值，是一个随机变量，也影响第k 个码元的正确判决。

1. 什么是码间串扰？为什么会产生码间串扰？列举两种减少或消除码间串扰的方法。

答：当波形失真比较严重时，可能前面几个码元的波形同时串到后面，对后面某一码元的抽样判决产生影响，即产生码间串扰；产生码间串扰的原因是：信号会产生失真和延迟；减少或消除码间串扰的方法：（1）部分响应（2）均衡。

2. 32路脉冲编码调制基群的速率为多少？它是怎样计算得到的？答：2048kbps,64k*32=2048Kbps3.二进制键控调相分为绝对调相（2PSK）和相对调相（2DPSK），为什么要采用相对调相？答：在采用绝对调相（2PSK）时，由于本地参考载波有0、л模糊度而使得解调得到的数字信号可能极性完全相反，即1和0倒置，对于数字传输来说这是不允许的。

为了克服相位模糊度对相干解调的影响，最常用而又有效的办法就是采用相对调相（2DPSK）。

4.简述2DPSK消除相位模糊的原理。

答：由于0、π只是代表前后码变与不变的关系，如相位恢复相差180度，所有的码都要判错，但前后码之间的关系不会错，则从相对码到绝对码的变换不会错。

5.简述在调频系统中采用预加重和去加重技术的原因。

答：语音和图像信号低频段能量大，高频段信号能量明显小；而鉴频器输出噪声的功率谱密度随频率的平方而增加（低频噪声小，高频噪声大，解调器输出噪声的功率谱密度为），造成信号的低频信噪比很大，而高频信噪比明显不足，使高频传输困难。

故在调频收发技术中，通常采用预加重和去加重技术来解决这一问题。

6.简要回答均匀量化与非均匀量化的特点。

答：均匀量化特点：在量化区内，大、小信号的量化间隔相同，量化噪声只和量化级数相关，最大量化误差均为半个量化级，因而小信号时量化信噪比太小，不能满足要求。

非均匀量化特点：量化间隔大小随信号大小而变，信号幅度小时量化级小，量化误差也小；信号幅度小时量化间隔小，量化误差也小，因此增大了小信号的量化信噪比，使量化信噪比趋于常数。

7. 已知二进制基带信号10110011，2PSK、2DPSK的调制信号波形。

什么是码间串扰
什幺是码间串扰
在一个抽样时刻，由于邻近码元的波形在该点的幅度值不为0，导致
对当前码元抽样的干扰。

也就是说，在抽样点得到的抽样值，不仅包含了当
前码元的幅度值，还包含了临近码元的幅度值。

整体的波形是各个码元的波形相互叠加的结果，在没有码间干扰的情况下，不那幺准确地说，就是不同码元的波形在时域上是没有重叠的，比方
说在1s时刻到2s时刻之间是一个码元的波形，然后下一个码元的波形是从
2s时刻之后开始，而码间干扰就是前一个码元的波形，延伸到了2s时刻之后。

更准确地说法是，码间干扰是上一个码元的波形延伸到了第二个码元的抽样
时刻，比方说2.5s时刻，从而对第二个码元的抽样判决造成了影响，前面的“没有重叠”这一条件就需要相应地改成是“在抽样时刻没有重叠”。

之所以我们只关注抽样时刻的情况，而不是严格地要求两个波形没有任何重叠，一方面是因为没有必要，在抽样时刻之外波形的重叠并不给抽样
判决的结果带来影响，另一方面也是因为在实际情况下难以做到这一点。

造成数字基带传输系统误码的原因数字基带传输系统是一种数字信号在物理传输介质中传输的系统，它将数字信号转换为模拟信号进行传输。

然而，在数字基带传输系统中，误码是不可避免的现象。

误码指的是传输过程中接收端接收到与发送端发送的信号不一致的情况，可能导致信息传输错误或丢失。

那么，造成数字基带传输系统误码的原因有哪些呢？1. 噪声干扰在数字基带传输系统中，噪声是造成误码的主要原因之一。

噪声可以通过电磁波、电源干扰等方式进入传输介质中，降低信号的质量。

当噪声干扰超过信号本身的强度时，就会导致误码的发生。

2. 多径效应多径效应是指信号在传输过程中经过多条路径到达接收端，由于路径的不同长度和传播速度的差异，信号会出现时延扩展和失真。

这种失真会导致接收端无法正确解读信号，从而产生误码。

3. 抖动抖动是指时钟信号的不稳定性，可能导致信号的采样错误。

在数字基带传输系统中，时钟信号用于对数据进行采样和恢复。

如果时钟信号存在抖动，那么采样时刻的偏移就会导致误码的发生。

4. 衰减和衰落信号在传输过程中会受到衰减和衰落的影响。

衰减是指信号在传输过程中逐渐减弱，可能导致接收端无法正确解读信号。

而衰落是指信号的振幅和相位发生变化，可能导致接收端无法准确恢复原始信号。

5. ISI效应ISI（Inter-Symbol Interference）是指相邻符号之间的干扰。

在数字基带传输系统中，符号之间可能存在重叠或间隔不足的情况，导致接收端无法正确解读信号。

这种干扰会导致误码的产生。

6. 码间串扰码间串扰是指不同信号之间的相互干扰。

在数字基带传输系统中，不同信号可能在同一传输介质中传输，当信号之间的频谱重叠时，就会造成码间串扰。

这种串扰会导致接收端无法正确解读信号，从而产生误码。

7. 时钟偏移时钟偏移是指发送端和接收端的时钟频率不一致。

在数字基带传输系统中，发送端和接收端的时钟应保持同步，如果存在时钟偏移，就会导致接收端无法正确解读信号，从而产生误码。