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2019-04-28

2019-04-28

作者: 快乐的大脚aaa | 来源:发表于2019-05-01 10:13 被阅读0次
  • 符号间干扰与奈奎斯特准则
  • NRZ信号的频谱不满足限带传输的要求
    • 假设幅度序列\{ a_n \}零均值、不相关、方差为1,则PAM信号的功率谱密度是\frac{1}{T_s}|G_T(f)|^2,它的旁瓣衰减太慢,不能用于频带受限的场合。
    • 考虑通过滤波器来限制带宽,经过一个Butterworth滤波器,带宽被有效限制了,但矩形脉冲被严重展宽。信号理论:频域窄则时域宽,频域受限则时域无限。原本不交叠的信号之间产生了混叠,形成了相互之间的干扰。
  • 基带PAM传输系统模型
    • 1、发送滤波器的输入:d(t) = \sum_{n = -\infty}^{\infty}a_n\delta(t-nT_s)
    • 2、送入信道的发送信号:s(t) = \sum_{n = -\infty}^{\infty}a_ng_T(t-nT_s),发送滤波器
    • 3、到达接收端的接收信号:r(t) = \sum_{n = -\infty}^{\infty}a_nh(t-nT_s)+n_w(t),h(t)g_T(t)c(t)的卷积,发送滤波器与信道
    • 4、接收滤波器输出的信号:y(t) = a_nx(t-nT_s)+\gamma(t),x(t)g_R(t)h(t)的卷积,\gamma(t)g_R(t)n_w(t)的卷积。接收滤波器。
  • 不考虑噪声时,接收滤波器输出的信号是y(t) = \sum_{n = -\infty}^{\infty}a_nx(t-nT_s)
    • 其中的x(t) = g_R(t)\ast h(t) = g_R(t)\ast c(t)\ast g_T(t)是系统的总的冲激响应,其傅氏变换X(t) = G_R(f)C(f)G_T(f)是总的传递函数
    • 对于第m个符号a_m,我们在时刻t = mT_s+t_0采样,用这个采样值来推测a_m的值。不防假设t_0 = 0,则采样值是:y(mT_s) = \sum_{n = -\infty}^{\infty}a_nx(mT_s-nT_s) = a_mx(0)+\sum_{n \neq m}a_nx(mT_s-nT_s)
    • 简化,令y_m = y(mT_s),x_k = x(kT_s)
    • y_m = \sum_{n = -\infty}^{\infty}a_nx_{m-n} = a_mx_0+\sum_{n \neq m}a_n x_{m-n}
    • 如果符号之间无干扰,则y_m只与a_m有关,与其他发送符号a_n,n\neq m无关,y_m = a_mx_0
    • 符号之间有干扰的意思是y_m不仅与a_m有关,还包含了其他发送符号a_n,n\neq m
      • y_m = a_mx_0+\sum_{n\neq m}a_nx_{m-n}(ISI)
      • 如果要消除ISI,需要\sum_{n\neq m}a_nx_{m-n}恒为零,要求其中的每个x_{m-n}n\neq m时都为零.即时域条件\begin{cases} x(0) = 1\\x[(m-n)T_s] = 0,n\neq m \end{cases},即y(mT_s) = a_m,即x(nT_s) = \begin{cases} 1,n = 0 \\ 0, n \neq 0 \end{cases},注意x(0)可以是任意非零常数,取1是为了方便。
      • 上述是从时域角度分析,从频域角度分析,定理(奈奎斯特准则)能使x(t)满足x(nT_s) = \begin{cases} 1,n = 0 \\ 0, n \neq 0 \end{cases}的充分必要条件是x(t)的傅氏变换X(f)满足:\sum_{n = -\infty}^{\infty}X(f +\frac{n}{T_s}) = T_s,|f|\leq \frac{1}{2T_s}
        • 证明:x(nT_s) = \int_{-\infty}^{\infty}X(f)e^{j2\pi f(nT_s)}df = \sum_{m = -\infty}^{\infty}\int_{(2m-1)/2T_s}^{(2m+1)/2T_s}X(f)e^{j2\pi fnT_s}df
          • f = f+\frac{m}{T_s}
          • = \int_{-\frac{1}{2T_s}}^{\frac{1}{2T_s}}\sum_{m = -\infty}^{\infty}X(f+\frac{m}{T_s}) e^{j2\pi fnT_s}df = \int_{-\frac{1}{2T_s}}^{\frac{1}{2T_s}}Z(f)e^{j2\pi fnT_s}df
          • 其中Z(f) \triangleq \sum_{m = -\infty}^{\infty}X(f+\frac{m}{T_s})f的周期函数,周期是\frac{1}{T_s}
        • 证明2:x(mT_s) = \begin{cases}1,m = 0\\0,m\neq 0\end{cases}等价代换
        • x(t)\sum_{n = -\infty}^{\infty}\delta(t+nT_s) = \delta(t)
        • X(f)*\sum_{n = -\infty}^{\infty}\frac{1}{T_s}\delta(f+\frac{n}{T_s}) = 1
        • \sum_{n = -\infty}^{\infty}X(f+\frac{n}{T_s}) = T_s
      • 物理意义是:在f轴上以\frac{1}{T_s}(即符号速率R_s)为周期将X(f)叠加,若在(-\frac{1}{2T_s},\frac{1}{2T_s})内,其叠加后的结果为一常数。
  • Nyquist准则
  • 系统设计如果符号奈奎斯特准则,则采样点为ISI
  • 是否有ISI,在时域要看总体冲激响应x(t)按符号间隔T_s = \frac{1}{R_s}采样后是否只有一处为零。在频域要看总体传递函数X(f)以符号速率R_s = \frac{1}{T_s}周期搬移后能否叠成直线。
    • x(nT_s) = \begin{cases}1,n = 0\\0,n\neq 0\end{cases},非零值可以不是1,采样时刻可以是t_0+nT_s
    • \sum_{n = -\infty}^{\infty}X(f+\frac{n}{T_s}) = T_s叠成直线即可,可以不是T_s,此式是f的周期函数,可以只看一个周期内[-\frac{1}{2T_s},\frac{1}{2T_s}]
    • Nyquist准则的讨论1
      • X(f)以符号速率R_s = \frac{1}{T_s}周期搬移后能否叠成直线。设X(f)的带宽是W
        • 情况1:T_s<\frac{1}{2W},R_s>2W
        • 当带宽小于符号速率的一半,或者符号速率超过2倍带宽时,系统一定存在ISI,总有填不满的空隙
        • 情况2:T_s = \frac{1}{2W},R_s = 2W
        • 当符号速率等于2倍带宽时,无ISI的唯一情况是:X(f)是带宽为\frac{1}{T_s}的矩形,称次情况为奈奎斯特极限
        • 情况3:T_s>\frac{1}{2W},R_s<2W
        • 当符号速率小于2倍带宽时,无ISI的X(f)可以有很多种。与奈奎斯特极限相比,要多花费一些带宽。X(f)的下降部分有互补对称性,就能叠成直线。
  • 内奎斯特极限
    • 系统带宽:W = \frac{1}{2T_s}奈奎斯特带宽
    • 符号速率:R_s = \frac{1}{T_s} = 2W奈奎斯特速率
    • 符号周期:T_s = \frac{1}{W}奈奎斯特间隔
    • 频带利用率:\frac{R_s}{W} = 2Baud/Hz奈奎斯特频谱效率

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