通信原理 精品 内部资料数字基带传输系统

1、.,第5章数字基带传输系统,现代通信原理（第三版） 宋祖顺宋晓勤宋平 电子工业出版社,.,数字基带传输系统,1,数字基带信号,2,码间串扰,3,数字基带系统的理想传输特性,4,无码间串扰时噪声对传输特性的影响,第5章数字基带传输系统,眼图,部分响应技术,.,几个问题,何谓“数字基带系统”？ 数字基带（baseband）信号：没有经过调制的原始数字信号，如各种文字、数字和图像的二进制代码、语声的PCM及 编码等，其频谱是从零频或很低频率开始，我们称为数字基带信号. 数字数字基带系统：不经调制而直接传输数字基带信号的系统。,.,为什么要研究数字基带系统？ 模拟基带系统通信容量小，抗干扰能力差，不便

2、于多媒体通信和实现通信自动化，目前使用越来越少。 数字基带传输方式在对称电缆构成的近程数据通信系统中广泛采用；数字基带传输方式它既可用于低速数据传输，也可用于高速数据传输。 任何一个采用线性调制的数字传输系统，都可以等效为一个基带传输系统来研究（理论意义）。,.,5.1 数字基带传输系统,信道信号 发生器,抽样 判决器,信道,同步提取,接收 滤波器,数字基带传输系统模型,.,框图说明： 信道信号形成器：把输入的数字信号变换成适合于信道传输的信号 实现方法：进行码型、波形变换 目的： 适合于信道传输 信道：为电缆、架空明线、电话线等等,.,接收滤波器 ：滤除带外噪声，对信道特性进行均衡，提高信噪

3、比，减小码间串扰 取样判决器：在有噪声和干扰条件下，正确恢 复原来的信码 同步 ：提取码元频率信息，为判决电路 提供判决时钟 数字基带系统工作原理及工作过程如下图,.,单极性不归零信号,进行了码型、波形变换，适合信道传输,进行码型变换后的波形,信道输出波形,接收滤波器输出波形,位定时同步脉冲,恢复出的信号,.,5.2 数字基带信号,数字基带信号 ： 数字消息序列的一种电信号表示形式 ； 它是用不同的电位或脉冲来表示数字消息 ； 它的功率谱集中在零频。,.,5.2.2数字基带信号的码型,单极性不归零码(单极性全占空电位信号) 双极性不归零码(双极性全占空电位信号) 单极性归零码 双极性归零码 差

4、分码又称相对码（用相邻码元的电平的跳变和不变表示消息代码，而与码元本身的电位或极性无关）,.,单极性不归零码（NRZ),最简单，但只适用极短距离传输，应用很少。,(1) 有直流分量；,(2) 判决电平不能稳定在最佳的电平，抗噪声性能不好；,(3) 不能直接提取定时信号；,(4) 要求一端接地。这样不能用两根芯线均不接地的电缆传输线；,用高电平和零电平分别表示二进制信息“1”和“0”。,特点：,.,双极性不归零码,特点:,（1）“1”、0”等概时无直流分量为零;,（3）不能提取同步信息; （4）“1”、0”不等概时仍有直流分量。,用正电平和负电平分别表示“1”和“0”,（2）接收端判决电平为0，

5、稳定不变，不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强；,.,单极性归零码（RZ）,特点： 具有一般单极性不归零码缺点，但可直接提取位同步信息。 是其它波形提取位定时信号时需要采用的一种过渡波形。,信码“1” 高电平只保持一段时间(T)，其余时间为零电平； 信码“0” 用零电平表示 占空比= /T，常取=T/2，占空比=1/2称半占空,.,双极性归零码,特点： 具有双极性不归零码的优点，且可方便的提取位同步信息.,有三种电平 ，称伪三元码,与双极性非归零码相似，只是脉冲的宽度小于码元间隔。可方便的变换为单极性归零码提取同步信号，应用比较广泛。,T,.,差 分 码,特点：利用前后码元电平相对极性变化

6、来传送信息,是一种相对码；,参考电平为“1”,编码规则：“1”变 “0”不变 或“0”变 “1”不变,优点:码元极性相 反时亦可正确输出。,用电平的跳变或不变来表示“1”和“0”，也称为相对码。可以解决起始相位的不确定问题。,.,传输码 传输码的要求： 频谱中无直流 有利于定时信息提取-不能出现长连零,.,AMI码（Alternative Mark Inversion） 就是前述的交替极性码 编码规则：将消息码的“1”码（传号）交替地变为“+1”和“-1”，而“0”码（空号）保持电压为零不变。 HDB3码 编码思想： 连零不能多，否则要添加破坏脉冲。 添加的破坏脉冲应便于识别，以便译码时剔除。

7、 保证无直流， 破坏脉冲正、负交替。,几种常用的传输码型,.,HDB3码编码规则： 没有四个或四个以上连零，按AMI码编码。 当出现长连零，在第四、八、十二个连零处要添加破坏脉冲V 。 破坏脉冲V应正、负交替加入。 破坏脉冲V与它前一个紧靠的 “1”码异极性，则需在四连零的第一个零位加附加脉冲B，B应与该破坏脉冲V同极性 。 在加破坏脉冲后“1”码的极性要连同破坏脉冲一起考虑交替。,.,HDB3编码举例：,(a) 输入二进制码元序列 0 10000 1 1 0 0000 1 0 1 0,(e) HDB3码 0+1000+1-1+1-100-1 0+10 -10,(d) 引入补码B 0+1000

8、+V1+1-B00-V 0+10 -10,0+1000+V-1+1 000-V0 -1 0+1 0,( 1表示正脉冲， -1表示负脉冲）,(b) AMI码 0+10000 1+1 0 0000 -10+1 0,注意：任意两相邻V脉冲之间信息码和B脉冲的个数之和应为奇数。,(c)信码和加上的破坏脉冲V,极性关系不能满足，需引入B,信息码极性从B 开始 继续交替,.,1.无直流且低 频少；,2.可提出位同 步信息；,HDB3码 0 +1000 +V-1+1-B 00-V 0 +10-10,HDB3码特点,.,（1） -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1,（

9、2） 0 0 0 -V B 0 0 V -B 0 0 -V B 0 0 V,HDB3码特例：,任意两个相邻的V脉冲之间信息码和B脉冲的个数之和应为奇数。,一个简单的方法：任意两个相邻的V脉冲之间的信息码个数为偶数时，加入一个B脉冲，为奇数则不加。,全“1”和全“0”的HDB3码：,.,HDB3码的译码方法：,由相邻极性相同码找出V码，根据向前数第三个是 否为零找出B码，去掉V、B后其余都是信码。,HDB3码 0+1000+1-1+1-100-1 0+10 -10,AMI码 0+10000 1+1 0 0000 -10+1 0,V B V,.,作业,习题1 ，2,.,5.4 码间串扰InterS

10、ymbol Interference,ISI,定义： 由于系统总传输特性（包括收、发滤波器 和信道的特性）不理想，导致码元的波形畸 变，使波形出现展宽、拖尾并蔓延影响到 其它码元，从而对其它码元的取样判决造成 干扰，我们常称为码间串扰。,.,数字基带信号传输系统模型：,.,下面我们将分别对码间串扰和噪声进行研究。,.,5.5数字基带系统的理想传输特性,5.5.1理想低通滤波器的传输特性 带宽为 的理想低通滤波器的系统函数,.,.,由此可见，理想低通基带系统是无码间串扰的。,.,思考： 理想低通为什么能实现无码间串扰？,.,这是因为带宽为理想低通滤波器的 冲激响应除t=0外，具有周期为 的零点，

11、 当传输速率为时正好巧妙地利用了这 些零点，实现了无码间串扰传输，见下页图。 补充：若时有无码间串扰？,.,.,5.2.2 等效理想低通,.,.,.,的意义：,.,5.5.3实用的无码间串扰传输特性（等效理想低通滤波器）,三角形 升余弦 梯 形 余弦滚降 原理：只要它们的传递函数“切段”相加，能构成为矩形，则它们也是无码间串扰的滤波器,.,两张图：,.,.,简单例题,带宽均为1kHz的理想低通滤波器和三角形滤波器： 当传输速率如下表所示时，请将系统码间串扰特性填入下表（表示无串扰， 表示有串扰可消除，表示有串扰无法消除）,.,.,答案：,.,习题4，5,作业,.,5.6无码间串扰时噪声对传输特

12、性的影响,一、基带单极性信号误码率分析,接收滤波器,抽样判决器,+,A,.,1）发“0”时，取样判决器输入信号与噪声的概率分布： 发“0”时，信号为0，因此取样判决器输入 = , 就是接收滤波器输出的噪声，它是低通型高斯噪声,其概率 分布零均高斯分布：,.,2）发“1”时，取样判决器输入信号与噪声的概率分布： 发“1”时，信号为A，因此取样判决器输入y(t) =A+ nR(t) 它是均值为A的低通型高斯噪声,其概率分布,.,3）误码率分析 首先,确定判决电平 （对等概率而言） 误码：,.,二、基带双极性信号误码率分析 1）发“1”时，取样判决器输入的信号与噪声概率分布与单极性情况相同。 2）发

13、“0”时，取样判决器输入的信号与噪声概率分布 发“0”时，信号为-A，因此取样判决器输入y(t) =-A+ nR(t) 它是均值为-A的低通型高斯噪声,其概率分布,.,3)误码率分析 首先,确定判决电平：0 (对等概而言),.,误码率： 对双极性系统除误码率低外而且判决电平稳定。,.,习题6,.,5.7 眼图(另有录像片),.,理想低通能实现无码间串扰，同时频带利用率最高（ ） 不利 ：(1)理想低通不易实现 (2)理想低通响应的“尾巴”大 人们希望找到频带利用率达最高( )，同时响应的“尾巴”小的滤波器这就是部分响应技术。,5.8 部分响应技术,.,5.8.1 半余弦滤波器,理想低通,半余弦

14、滤波器的频谱函数,+,.,.,.,图形如下： 该滤波器的频谱函数为半个余弦波，因此称为半余 弦滤波器。,.,半余弦滤波器的 h(t),.,半余弦滤波器的冲激响应如图。,.,.,5.8.2半余弦滤波器的特点,半余弦滤波器带宽 半余弦滤波器取样间隔为 ，码元速率 半余弦滤波器频带利用率 半余弦滤波器“尾巴”小 半余弦滤波器存在有规律的干扰，它会导致判决模糊,.,上表前两行 与 2，它对应的 与1； 上表最后两行 ,但 可能为1，也可能为0, 到底取何值，则要由 的取值决定，如上表所 示。若 误码，则会影响到对 的判决，此现象 称为错误传播。,.,5.8.3 预编码,为了克服错误传播，必须做到本码元的判决仅依 据本码元对应的取值唯一确定。,.,这说明：对ak先进行预编码得到bk，然后将bk 加到半余弦滤波器，则半余弦滤波器输出ck ，并对 ck模2运算，便得到ak,.,物理解释： ck= ak+ ak-1它说明ck不是独立的，具有相