6.1、脈沖成形

什么是基帶信號？
信源（信息源，也稱發送端）發出的沒有經過調制（即進行頻譜搬移和變換）的原始電信號，其特點是頻率較低，信號頻譜從零頻附近開始，具有低通形式。根據原始電信號的特征，基帶信號可分為數字基帶信號和模擬基帶信號（相應地，信源也分為數字信源和模擬信源）其由信源決定。

基帶信號的發送和接收在通信系統模型中的位置示意圖
基帶信號的發送和接收在通信系統模型中的位置如下圖所示。

6.1.1、矩形脈沖

關于矩形脈沖的說明
最容易想到的脈沖波形就是矩形脈沖。以數字信號00010110為例， 0映射為正脈沖，1映射為負脈沖。發射機中脈沖成形如下圖所示。

接收機中采樣判決如圖所示。

上圖中采樣時刻的信號電平為正，判決結果為 0；信號電平為負，判決結果為1。
上面的分析有一個前提，那就是：矩形脈沖信號可以無失真地由發送端通過信道傳輸到接收端。實際上要做到無失真傳輸是不可能的，因為矩形脈沖信號的頻譜帶寬是無限的，如下圖所示，而信道帶寬總是有限的。

上圖中的矩形信號的帶寬就是無限的，帶寬無限的信號通過帶寬有限的信道進行傳輸時會發生失真，嚴重時可能導致采樣判決出錯，無法正確恢復出數字信號，如下圖所示。

上圖中的第五位的0就被錯誤的當成了1。從上面的分析可以看出脈沖成形使用矩形脈沖信號是不合適的，那使用什么樣的脈沖信號更合適呢？答案是：sinc脈沖信號。

6.1.2、sinc脈沖

關于sinc脈沖信號的說明。
使用sinc脈沖信號可以做到一舉兩得：
首先sinc信號的頻譜帶寬是有限的，如下圖所示。

對于上圖這種帶寬有限的信號來說經過帶寬有限的信道進行傳輸時不會出現失真。
其次就是，一個碼元達到最大幅值時其他所有碼元幅值剛好為零，碼元之間不會相互影響，實現了無碼間串擾。
舉個例子：還是以數字信號00010110為例，0映射為正脈沖，1映射為負脈沖。發射機中脈沖成形如下圖所示。

接收機中采樣判決如下圖所示。

6.2、基帶濾波器

6.2.1、理想低通濾波器

關于理想低通濾波器的簡要概述。
以脈沖波形采用sinc波形為例。
只要將單位沖激信號輸入理想低通濾波器，即可得到sinc脈沖信號，具體的模型如下圖所示。

如果理想低通濾波器帶寬為B，則輸出的sinc脈沖信號如下圖所示。

只要sinc脈沖信號發送間隔取1/(2B)，也就是碼元傳輸速率 RB=2B，就可以實現無碼間串擾。

6.2.2、升余弦滾降濾波器

關于升余弦滾降濾波器的簡述
理想低通濾波器的缺點：采用理想低通濾波器對單位沖激信號進行濾波得到的sinc脈沖信號，拖尾振蕩幅度比較大、衰減速度比較慢，當定時出現偏差時，碼間串擾會比較大。
考慮到實際的系統總是存在一定的定時誤差，所以脈沖成形一般不采用理想低通濾波器，而是采用升余弦滾降濾波器，這種濾波器拖尾振幅小、衰減快，對于減小碼間串擾和降低對定時的要求都有利。
升余弦滾降濾波器的頻率響應如下圖所示。

其中，上圖中的B=RB/2。
升余弦滾降濾波器的頻率響應曲線如下圖所示。

升余弦滾降濾波器的單位沖激響應如下圖所示。

其中α是升余弦滾降濾波器的一個很重要的參數，叫滾降系數。
當α=0時，升余弦滾降濾波器的頻率響應和單位沖激響應如下圖所示。

很明顯，上圖中的這種情況下升余弦滾降濾波器就是一個帶寬為B的理想低通濾波器。升余弦滾降濾波器的頻率響應可理解為是頻域下的一種變換函數，其單位沖激響應是時域下的變換函數。
當α=0.5時，升余弦滾降濾波器的頻率響應和單位沖激響應如下圖所示。

上圖中的濾波器的帶寬為：(1+α)B=1.5B。
當α=1時，升余弦滾降濾波器的頻率響應和單位沖激響應如下圖所示。

上圖中的濾波器的帶寬為：(1+α)B=2B。
下面以滾降系數α=1的升余弦滾降濾波器為例，看一下濾波器的輸 入和輸出信號波形。
假定發送序列為：{1，1，1，-1，1，-1，-1，1}。發送序列、輸入升余弦滾降濾波器的沖激信號、每個沖激對應的沖激響應、升余弦滾降濾波器的輸出信號（所有沖激響應之和）如下圖所示。

采用升余弦滾降濾波器進行脈沖成形時，要想實現無碼間串擾，也就是一個脈沖信號的幅度達到最大時其他脈沖信號的幅度剛好為零，脈沖信號之間的時間間隔必須為1/2B，如下圖所示。

從上圖中可以看出碼元 速率：RB=2B。
升余弦滾降濾波器輸出信號的頻譜帶寬與滾降系數有關，如下圖所示。

當α=0時，頻譜帶寬為：(1+α)B=B。
當α=0.5時，頻譜帶寬為：(1+α)B=1.5B。
當α=1時，頻譜帶寬為：(1+α)B=2B。
很明顯，在給定碼元傳輸速率R的情況下，基帶信號頻譜帶寬為 (1+α)R/2，當α=0時基帶信號頻譜帶寬取到最小值R/2；反之，在給定基帶信號頻譜帶寬B的情況下，碼元傳輸速率為2B/(1+α)，當α=0時碼元傳輸速率取到最大值2B。

6.3、眼圖

6.3.1、什么是眼圖

1、關于眼圖的簡要介紹以及眼圖是如何反應碼間串擾的強弱和噪聲的影響。
用示波器的余輝方式累積疊加顯示串行基帶信號的波形時，顯示的圖形看起來很像眼睛，因此稱為眼圖，如下圖所示。

從“眼圖”上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響，從而估計系統優劣程度。
眼圖的“眼睛”張開的大小反映著碼間串擾的強弱：“眼睛”張得 越大，且眼圖越端正，表示碼間串擾越小；反之表示碼間串擾越大。
當存在噪聲時，噪聲將疊加在信號上，觀察到的眼圖的線跡會變得模糊不清。若同時存在碼間串擾，“眼睛”將張開得更小。與無碼間串擾時的眼圖相比，原來清晰端正的細線跡，變成了比較模糊的帶狀線， 而且不端正。噪聲越大，線跡越寬，越模糊；碼間串擾越大，眼圖越不端正，如下圖所示。

上圖是噪聲和干擾對眼圖的影響下的眼圖。

6.3.2、眼圖的生成原理

1、眼圖是如何生成的？

由上圖可以很容易看出，當前碼元的波形主要與前后兩個碼元有關。 連續3個碼元（前一碼元、當前碼元、后一碼元）中，每個碼元承載的 比特都有兩種可能取值：0或1，這樣共計有8種組合：000、001、010、 101、011、111、110、100。
假定接收端接收到的基帶信號波形承載的比特依次是： 0001011100。這串二進制數據正好覆蓋了上述8種組合，如下圖所示。

下面看一下上圖這串二進制數據脈沖成形后得到的基帶波形在示波器中形成眼圖的過程。
輸入000，示波器上顯示的波形軌跡如下圖所示。

輸入001，示波器上顯示的波形軌跡如下圖所示。

輸入010，示波器上顯示的波形軌跡如下圖所示。

輸入101，示波器上顯示的波形軌跡如下圖所示。

輸入011，示波器上顯示的波形軌跡如下圖所示。

輸入111，示波器上顯示的波形軌跡如下圖所示。

輸入110，示波器上顯示的波形軌跡如下圖所示。

輸入100，示波器上顯示的波形軌跡如下圖所示。

至此示波器上顯示出了完整的眼圖。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的6、基带信号的发送和接收的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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