7数字信号的基带传输

1、成都理工大学“数字通信原理”第七章第七章 数字信号的基带传输数字信号的基带传输成都理工大学“数字通信原理”主主 要要 内内 容容7.1 数字基带信号数字基带信号7.2 数字基带传输系统数字基带传输系统7.3 无码间串扰的基带传输系统无码间串扰的基带传输系统7.4 眼图眼图7.5 时域均衡原理时域均衡原理7.6 部分响应技术部分响应技术成都理工大学“数字通信原理”基基 础础 知知 识识 数字信号数字信号 传输方式传输方式基带传输基带传输频带传输频带传输成都理工大学“数字通信原理”7.1 数字基带信号数字基带信号7.1.1 数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型对传输用对传输用的基带信的基带

2、信号的要求号的要求 对代码的要求对代码的要求 对电波形要求对电波形要求成都理工大学“数字通信原理”7.1.1 数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型1. 传输码型的选择传输码型的选择（1 1）码型中码型中直流直流、低频低频、高频分量高频分量尽量少；尽量少；（2 2）码型中应包含码型中应包含定时信息定时信息； （3 3）码型变换码型变换设备要简单可靠设备要简单可靠； （4 4）码型具有一定码型具有一定检错能力检错能力；（5 5）编码方案对信源具有编码方案对信源具有透明性透明性； （6 6）低误码增殖低误码增殖； （7 7）高的编码效率高的编码效率。成都理工大学“数字通信原理”7.1.1 数

3、字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型2. 码型的电波形的选择码型的电波形的选择 所选码型的所选码型的电波形的类型电波形的类型有很多，常见有很多，常见的有的有矩形脉冲矩形脉冲、三角波三角波、高斯脉冲高斯脉冲和和升余升余弦脉冲弦脉冲等。等。最常用最常用的是的是矩形脉冲矩形脉冲，因为矩，因为矩形脉冲形脉冲易于形成和变换易于形成和变换，下面就以矩形脉，下面就以矩形脉冲为例介绍几种常用码型。冲为例介绍几种常用码型。成都理工大学“数字通信原理”7.1.1 数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型1. 单极性不归零（单极性不归零（NRZ）码）码 特点：特点： （1 1）有）有直流分量直流分量； （

4、2 2）连）连“0 0”或连或连“1 1”时时不能直接提取位同不能直接提取位同步信息步信息； （3 3）在信道上）在信道上占用频带较窄占用频带较窄； （4 4）发送）发送能量大能量大，利于，利于提高收端信噪比提高收端信噪比； （5 5）对信道特性变化）对信道特性变化比较敏感比较敏感。 成都理工大学“数字通信原理”7.1.1 数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型2. 双极性不归零（双极性不归零（NRZ）码）码 特点：特点： （1 1）当）当“1 1”和和“0 0”数目数目各占一半时各占一半时无无直流分量直流分量，但当，但当“1 1”和和“0 0”出现出现概率不概率不相等时相等时，仍有直流

5、成份仍有直流成份； （2 2）连连“0 0”或或连连“1 1”时仍时仍不能直接提不能直接提取位同步信息取位同步信息； （3 3）对信道特性变化）对信道特性变化不敏感不敏感； （4 4）可在电缆等）可在电缆等无接地线上传输无接地线上传输。成都理工大学“数字通信原理”7.1.1 数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型6-1 数字基带信号常用码型(1) 成都理工大学“数字通信原理”7.1.1 数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型3. 单极性归零（单极性归零（RZ）码）码 脉冲宽度脉冲宽度与与码元宽度码元宽度T Tb b之比之比/ /T Tb b叫叫占空比占空比。 它是其它码型提取同步信

6、号需采用的它是其它码型提取同步信号需采用的一个过渡码型。一个过渡码型。4. 双极性归零（双极性归零（RZ）码）码 除了具有除了具有双极性不归零波形双极性不归零波形的特点的特点外，还外，还有利于同步脉冲的提取有利于同步脉冲的提取。成都理工大学“数字通信原理”7.1.1 数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型5. 差分码差分码 差分码差分码是是以相邻脉冲电平的相对变化以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码，因此称它为来表示代码，因此称它为相对码相对码。 特点：特点：用用差分波形传送代码差分波形传送代码可以消除可以消除设备初始状态的影响，特别是在相位调设备初始状态的影响，特别是在相位调制系统中用于

7、制系统中用于解决载波相位模糊问题解决载波相位模糊问题。成都理工大学“数字通信原理”7.1.1 数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型6.交替极性码（交替极性码（AMI） 1）编码规则）编码规则 将消息代码将消息代码“1 1”（传号）交替地变换（传号）交替地变换为传输码的为传输码的“+1+1”和和“-1-1”，而，而“0 0”（空号）（空号）保持不变。即把保持不变。即把一个二进制一个二进制符号变换成符号变换成一一个三进制符号个三进制符号，成为，成为1B/1T1B/1T码码。 2）编码效率）编码效率 32log1成都理工大学“数字通信原理”6.1.1 数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用

8、码型3）特点）特点 （1 1）无直流成分无直流成分，且零频附近低频分量，且零频附近低频分量小；对信源有透明性。小；对信源有透明性。 （2 2）码型具有一定检错能力码型具有一定检错能力；若接收端；若接收端收到的码元极性与发送端完全相反，也能正收到的码元极性与发送端完全相反，也能正确判决。确判决。 （3 3）用归零码就便于提取定时分量用归零码就便于提取定时分量。但。但当信码出现连当信码出现连“0 0”串时，提取定时信号困难。串时，提取定时信号困难。 律律PCMPCM的一、二、三次群接口码的一、二、三次群接口码均使用均使用经扰码后的经扰码后的AMIAMI码码。成都理工大学“数字通信原理”6.1.1

9、数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型6-1 数字基带信号常用码型(2)成都理工大学“数字通信原理”7.1.1 数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型7. 三阶高密度双极性码（三阶高密度双极性码（HDB3） 1）编码规则）编码规则 （1 1）当信码的连当信码的连“0 0”个数不超过个数不超过3 3时，仍按时，仍按AMIAMI码的规则编；码的规则编； （2 2）当有当有4 4个连个连“0 0” 时，将第时，将第4 4个个“0 0”改为非改为非“0 0”脉冲，记为脉冲，记为+V+V或或-V-V，称为，称为破坏脉冲破坏脉冲。相邻。相邻V V码码的极性必须交替出现；的极性必须交替出现； （

10、3 3）V V码的极性应与其前一个非码的极性应与其前一个非“0 0”脉冲的极脉冲的极性相同，否则，将性相同，否则，将4 4连连“0 0”的第一个的第一个“0 0”改为与该改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，并记为破坏脉冲相同极性的脉冲，并记为+B+B或或-B-B； （4 4）破坏脉冲之后的传号码极性也要交替。破坏脉冲之后的传号码极性也要交替。成都理工大学“数字通信原理”7.1.1 数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型 2）编码效率）编码效率：HDBHDB3 3码码仍为仍为1B/1T1B/1T码码，编码效率编码效率同同AMIAMI码。码。 3）特点）特点 （1 1）和）和AMIAMI码的大多

11、数码的大多数特点相同特点相同。 （2 2）连）连0 0串不超过串不超过3 3个，个，便于提取定时分量便于提取定时分量。 （3 3）编码复杂编码复杂，解码设备简单解码设备简单。 HDB3HDB3码码是是应用最为广泛应用最为广泛的码型，的码型，A A律律PCMPCM四次四次群以下群以下的接口码型均为的接口码型均为HDBHDB3 3码码。成都理工大学“数字通信原理”7.1.1 数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型8. PST码码 PSTPST码码是成对选择是成对选择三进码三进码。其。其编码过程编码过程是：先是：先将二进制代码两两分组，然后再把每一码组编码将二进制代码两两分组，然后再把每一码组

12、编码成两个三进制数字成两个三进制数字(+ (+ 、- - 、0)0)。 PSTPST码编码模式如下表所示：码编码模式如下表所示：二进制代码+模式-模式00- +- +010 +0 -10+ 0- 011+ -+ -成都理工大学“数字通信原理”7.1.1数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型 上表列出了其中一种使用最广的格式。为上表列出了其中一种使用最广的格式。为防止防止PSTPST码码的的直流漂移直流漂移，当在一个码组中仅发送单个脉冲，当在一个码组中仅发送单个脉冲时，两个模式应交替变换。例如：时，两个模式应交替变换。例如： 代码：代码： 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0

13、 0 PSTPST码码： 0 + - + + - - 0 + 0 + - - + 或或 0 - - + + - + 0 - 0 + - - + PSTPST码码能提供足够的能提供足够的定时分量定时分量，且，且无直流成分无直流成分，编码过程也较简单。但这种码在识别时编码过程也较简单。但这种码在识别时需要提供需要提供“分组分组”信息信息，即，即需要建立帧同步需要建立帧同步。 成都理工大学“数字通信原理”7.1.1数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型9. 双相码双相码（曼彻斯特（曼彻斯特（ManchesterManchester）码）码） 1）编码规则之一）编码规则之一 “0 0”码用码用“

14、0101”两位码表示，两位码表示，“1 1”码码用用“10 10 ”两位码表示。两位码表示。以太网以太网就采用这种就采用这种码。数据通信的码。数据通信的令牌网令牌网即采用即采用差分双相码差分双相码。 2）编码效率）编码效率 1B/2B1B/2B码码，编码效率为编码效率为50%50%。成都理工大学“数字通信原理”7.1.1数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型3）特点）特点 （1 1）富含位定时信息富含位定时信息； （2 2）无直流分量无直流分量； （3 3）编码过程也简单编码过程也简单； （4 4）带宽比原信码大带宽比原信码大1 1倍倍。 双相码双相码适用于数据终端设备在适用于数据终端设

15、备在中速短距中速短距离离上传输。上传输。 成都理工大学“数字通信原理”6.1.1数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型 图6-1数字基带信号常用码型（3）成都理工大学“数字通信原理”6.1.1数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型 10. 密勒码密勒码 密勒密勒(Miller)(Miller)码码又称又称延迟调制码延迟调制码。编码规则编码规则如如下：下：“1 1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用用“1010”或或“0101”表示。表示。“0 0”码有两种情况：单个码有两种情况：单个“0 0”时，在码元间隔内不出现电平跃变，且与相邻时，在码元

16、间隔内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变，连码元的边界处也不跃变，连“0 0”时，在两个时，在两个“0 0”码码的边界处出现电平跃变，即的边界处出现电平跃变，即“0000”与与“1111”交替。交替。 密勒码流中密勒码流中最大电平最大电平不跳变宽度为不跳变宽度为2Ts2Ts，即，即两两个码元周期个码元周期。这一性质可用来。这一性质可用来进行宏观检错进行宏观检错。 密勒码密勒码最初用于最初用于气象卫星气象卫星和和磁记录磁记录，现在也用，现在也用于于低速基带数传机低速基带数传机中。中。 成都理工大学“数字通信原理”7.1.1数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型 11传号反转码（传

17、号反转码（CMI） 1）编码规则：）编码规则：“1 1”码交替用码交替用“1111”和和“0000”两位码表示；两位码表示；“0 0”码固定地用码固定地用“0101”表示。表示。 2）特点：）特点： （1 1）含有丰富的）含有丰富的定时信息定时信息。 （2 2）具有）具有检错功能检错功能。 CMICMI码码是是CCITTCCITT推荐的推荐的PCMPCM高次群采用的接高次群采用的接口码型，在口码型，在速率低于速率低于8.448 Mb/s8.448 Mb/s的光纤传输的光纤传输系统中有时也用作线路传输码型系统中有时也用作线路传输码型。成都理工大学“数字通信原理”7.1.1数字基带信号的常用码型数

18、字基带信号的常用码型12. 多进制码多进制码01231011011000t(a)(b)013-1-31110010100t多进制码波形（a）单极性 （b）双极性成都理工大学“数字通信原理”7.1.2数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 假设假设g g1 1(t)(t) 表示表示“0 0”码，码，g g2 2(t)(t) 表示表示“1 1”码。现在假设序列中任一码元时间码。现在假设序列中任一码元时间T Tb b内内g g1 1(t)(t) 和和g g2 2(t)(t) 出现的概率分别为出现的概率分别为p p和和1-1-p p，且认为，且认为它们的出现是统计独立的。则随机序列它们的出现是统计独立的

19、。则随机序列x(t)x(t)的功率谱密度为的功率谱密度为 )()()1 ()()()()1 ()(221221bmbbbbxmffmfGpmfpGffGfGpfP成都理工大学“数字通信原理”7.1.2数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 单极性单极性NRZNRZ波形波形: :若设若设g g1 1(t)=0(t)=0，g g2 2(t)=g(t)(t)=g(t) 为门函数，则为门函数，则等概（等概（p=1/2p=1/2）时，随机脉冲序时，随机脉冲序列的列的功率谱密度功率谱密度为为 双极性双极性NRZNRZ波：波：若设若设g g1 1(t)=-g(t)=-g2 2(t)=g(t)(t)=g(t)，

20、则则等概（等概（p=1/2p=1/2）时，其时，其功率谱密度功率谱密度为为 )(41)(41)(2ffTSaTPbbx)()(2bbxfTSaTP成都理工大学“数字通信原理”7.1.2数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 结论结论1： （1 1）随机脉冲序列随机脉冲序列的的功率谱密度功率谱密度可可能包含能包含连续谱连续谱和和离散谱离散谱。 （2 2）对于）对于连续谱连续谱而言，由于代表数而言，由于代表数字信息的字信息的g g1 1(t)(t)及及g g2 2(t)(t)不能完全相同，故不能完全相同，故G G1 1(f)G(f)G2 2(f)(f)，因而，因而连续谱总是存在连续谱总是存在的；的；

21、 而而离散谱是否存在离散谱是否存在，取决，取决g g1 1(t)(t)和和g g2 2(t) (t) 的波形的波形及其现的及其现的概率概率p p。 成都理工大学“数字通信原理”7.1.2数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 单极性单极性RZRZ波形波形：若设若设g g1 1(t)=0(t)=0，g g2 2(t)=g(t)(t)=g(t) 为门为门函数，则函数，则等概（等概（p=1/2p=1/2）时，随机脉冲序列的时，随机脉冲序列的功率谱功率谱密度为密度为 双极性双极性RZRZ波形：波形：若设若设g g1 1(t)=-g(t)=-g2 2(t)=g(t)(t)=g(t)， 则则等概（等概（p=

22、1/2p=1/2）时，其时，其功率谱密度为功率谱密度为 )()(4)(4)(2222smbbxmffmSafTSaTP)()(22bbxfTSaTP成都理工大学“数字通信原理”7.1.2数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱P( f )归零码不归零码fO1Ts1数字基带信号功率谱成都理工大学“数字通信原理”7.1.2数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 结论结论2： 随机序列的带宽随机序列的带宽主要依赖主要依赖单个码元单个码元波形的频谱函数波形的频谱函数G G1 1(f)(f)或或G G2 2(f)(f)，两者之中，两者之中应取较大带宽的一个作为序列带宽。其应取较大带宽的一个作为序列带宽。其带带

23、宽等于脉宽宽等于脉宽的倒数的倒数，即，即B=1/B=1/。 利用离散谱是否存在这一特点，可以利用离散谱是否存在这一特点，可以明确是否可以提取同步信号明确是否可以提取同步信号1/T1/Tb b。 成都理工大学“数字通信原理”7.1.3码型变换的基本方法码型变换的基本方法 1. 码表存储法码表存储法 该方法是将该方法是将二进制码二进制码与与所需线路码型的变换表所需线路码型的变换表( (对应对应关系表关系表) )写入写入可编程只读存储器可编程只读存储器(PROM)(PROM)中中，将待转变的码，将待转变的码字作为字作为地址码地址码，在数据线上即可得到变换后的码。对于，在数据线上即可得到变换后的码。对

24、于译码器，在地址线上输入编码码字，则在数据线上输入译码器，在地址线上输入编码码字，则在数据线上输入还原了的二进制原码。还原了的二进制原码。 其其最大优点最大优点是在码型反变换的同时用很少的器件就是在码型反变换的同时用很少的器件就可实现不中断业务的误码监测，比较可实现不中断业务的误码监测，比较适合有固定码结构适合有固定码结构的线路码的线路码，例如，例如5B6B5B6B码等，但受到存储器存储量和工作码等，但受到存储器存储量和工作速率的限制。一般地，速率的限制。一般地，编组码元数要小于或等于编组码元数要小于或等于7 7。 成都理工大学“数字通信原理”图 63 码表存储法方框图 串/并移位寄存器待变换

25、码流PROM(模式控制)A0Am-2AmDnDn-1Dn-2D0D1(M1)(M2)并/串移位寄存器已变换码流A1Am-1Dn-37.1.3码型变换的基本方法码型变换的基本方法成都理工大学“数字通信原理”7.1.3码型变换的基本方法码型变换的基本方法 布线逻辑法布线逻辑法又称又称组合逻辑法组合逻辑法, ,它根据它根据数字逻辑部件数字逻辑部件的要求的要求, ,按组按组合逻辑设计的方法合逻辑设计的方法来实现码型变换。图来实现码型变换。图6-46-4是其原理方框图。是其原理方框图。并/串行变换移位寄存器已变换码流布线逻辑串/并行变换移位寄存器待变换码流图 6 4 布线逻辑法方框图2. 布线逻辑法布线

26、逻辑法 成都理工大学“数字通信原理”图 7- 5CMI编/译码器及各点波形(a)CMI码编码器电路； (b) CMI码译码器电路； (c) 各点波形 NRZ码输入DQQCP0CP时钟CMI码输出(a)QDCP1NRZ码输出延时T1定时提取相位调整CMI码输入cdba(b)CPNRZ01011001abCMI0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 00 1 1 1T1cdCP101011001NRZ(c)11&1&7.1.3码型变换的基本方法码型变换的基本方法成都理工大学“数字通信原理” 器件器件CD22103CD22103可同时可同时实现实现HDBHDB3 3编、译码编、译码，误码检测误码检测

27、及及AISAIS码检出码检出等功能。等功能。主要特点主要特点有：有： 编、译码规则编、译码规则符合符合CCITT G.703CCITT G.703建议，建议，工作速率工作速率为为50 50 kb/s10 Mb/skb/s10 Mb/s； 有有HDBHDB3 3和和AMIAMI编、译码选择功能编、译码选择功能； 接收部分接收部分具有具有误码检测误码检测和和AISAIS信号检测功能信号检测功能； 所有输入、输出接口所有输入、输出接口都与都与TTLTTL兼容兼容； 具有具有内部自环测试能力内部自环测试能力。 7.1.3码型变换的基本方法码型变换的基本方法3. 单片单片HDB3编译码器编译码器成都理工

28、大学“数字通信原理”图 67 实用HDB3编/译码电路 HDB3OUTHDB3OUT HDB3INHDB3INAISCKRCTXNRZ INNRZ OUTRAISCRXVSSVDD5VHDB3 AMI至单/双变换自ATC 、整形电路至AIS告警至时钟提取、中断检出电路LTEF3F1F2F4R1C12MCLKRAISCLKDR2(至收逻辑)2MCLKXDX2(自CRC编码)11117.1.3码型变换的基本方法码型变换的基本方法成都理工大学“数字通信原理” 缓存插入法缓存插入法主要用于主要用于m mB1PB1P、m mB1CB1C和和m mB1HB1H等类型的码型等类型的码型变换。变换。码型变换器

29、码型变换器设置一个设置一个适当长度适当长度的的缓存器缓存器，用，用输入码的输入码的速度写入速度写入，再以，再以变换后的速度读出变换后的速度读出，在需要的时刻，在需要的时刻插入相应插入相应的插入码的插入码，如图，如图6-86-8所示。所示。 4. 缓存插入法缓存插入法7.1.3码型变换的基本方法码型变换的基本方法成都理工大学“数字通信原理” 缓存插入法框图 Q1Q2Qn已变换码流缓冲寄存器已变换时钟待变换码流待变换频率时钟时序分配器插入码(1)插入码(2)时序分配器Qn-17.1.3码型变换的基本方法码型变换的基本方法成都理工大学“数字通信原理”7.2 数字基带传输系统数字基带传输系统 7.2.

30、1 数字基带系统的基本组成数字基带系统的基本组成 数字基带传输系统方框图 脉冲形成器发送滤波器信道接收滤波器抽样判决抽样判决码元再生定时脉冲噪声n(t)gT(t)d(t)同步提取电路CPGT()C()GR()y(t)输入dk输出dk 成都理工大学“数字通信原理”dk100110Od (t)gT(t)y(t)C P100010kd (a )(b )(c)(d )(e)( f )ttttttOOOOO7.2.1 数字基带系统的基本组成数字基带系统的基本组成 基带传输系统各点的波形成都理工大学“数字通信原理” 码间串扰示意图 TsTsTsTst1011抽样点符号间串扰7.2.1 数字基带系统的基本组

31、成数字基带系统的基本组成成都理工大学“数字通信原理”7.2.2 基带传输系统的数学分析基带传输系统的数学分析 )()()()(RTGCGH)()(bkkkTtatd 假定假定输入基带信号输入基带信号的基本脉冲为的基本脉冲为单位冲击单位冲击( (t t) )，这样，这样 发送滤波器发送滤波器的的输入信号输入信号可以表示为可以表示为 基带传输系统基带传输系统总的传输函数总的传输函数H H( () )为为 H()抽样判决y(t)d(t)输出基带信号成都理工大学“数字通信原理”kRbktnkTthaty)()()(7.2.2 基带传输系统的数学分析基带传输系统的数学分析kkbRbkjkbRbkkbRb

32、bkbtjTntTkjhathatjTntTkjhatjTnkTtjThatjTy)()()()()(00000000）（）（接收端抽样值为接收端抽样值为成都理工大学“数字通信原理”7.2.3 码间串扰的消除码间串扰的消除 jkbktTkjha0)(0由前面可知，由前面可知，要消除码间串扰要消除码间串扰，要求要求 但但a ak k随机变化，想通过各项互相抵消使码间串扰为随机变化，想通过各项互相抵消使码间串扰为0 0是不是不行的。可如下行的。可如下要求：要求：（1 1）（2 2）还要求）还要求h(t)h(t)适当衰减快一些，即适当衰减快一些，即尾巴不要拖得太长尾巴不要拖得太长。 0)(0tTkj

33、hbkj 成都理工大学“数字通信原理”图 613 理想的传输波形 h(t)(a)(b)Ot0t0 Tbth(t)Ot0t0 Tbt0 2 Tbt7.2.3 码间串扰的消除码间串扰的消除成都理工大学“数字通信原理” 7.3.1 理想基带传输系统理想基带传输系统 理想基带传输系统理想基带传输系统的的传输函数传输函数为为 0)( 1)(或其它常数H22bb其其带宽带宽B B=(=(b b/2)/2=/2)/2=f fb b/2(Hz)/2(Hz)，对其进行，对其进行傅氏反变换傅氏反变换得得 )2(2e )(21)(BtBSadHthtj7.3 无码间串扰的基带传输系统无码间串扰的基带传输系统 成都理

34、工大学“数字通信原理”理想基带传输系统的H()和h(t) H()2b2b0(a)h(t)2BB23B22B210B21B22B23t(b)1 7.3.1 理想基带传输系统理想基带传输系统成都理工大学“数字通信原理” 如果信号经传输后如果信号经传输后整个波形发生变化整个波形发生变化，但只要其，但只要其特定点的特定点的抽样值保持不变抽样值保持不变，那么，那么用再次抽样的方法用再次抽样的方法( (这在抽样判决电路这在抽样判决电路中完成中完成) )，仍然可以，仍然可以准确无误地恢复原始信码准确无误地恢复原始信码，这就是，这就是奈奎斯奈奎斯特第一准则特第一准则( (又称为又称为第一无失真条件第一无失真条

35、件) )的本质。的本质。 理想基带传输系统中，各码元之间的理想基带传输系统中，各码元之间的间隔间隔T Tb b=1/(2B)=1/(2B)称为称为奈奎斯特间隔奈奎斯特间隔，码元的传输速率，码元的传输速率R RB B=1/=1/T Tb b=2=2B B 。 所谓所谓频带利用率频带利用率是指是指码元速率码元速率R RB B和带宽和带宽B B的比值的比值，即，即单位单位频带所能传输的码元速率频带所能传输的码元速率，其表示式为，其表示式为 )Baud/Hz(2BRB频带利用率 7.3.1 理想基带传输系统理想基带传输系统成都理工大学“数字通信原理”7.3.2 无码间串扰的等效特性无码间串扰的等效特性

36、de )(21)(bjbkTHkTh的积分区间的积分区间用角频率间隔用角频率间隔2/2/T Tb b分割，如图分割，如图 7-157-15所示，在做变所示，在做变量代换，则可得量代换，则可得 02)(bibeqTTiHHbbTT把把 式中式中 实际上把实际上把H()H()的的分割各段平移分割各段平移到到-/-/T Tb b /T Tb b的区间的区间对应叠加求和对应叠加求和，因此，它仅存在于，因此，它仅存在于| |/ |/ T Tb b内内。iTiH)/2(b成都理工大学“数字通信原理”图 7-15 H()的分割 H()b3T0bTbTb2T7.3.2 无码间串扰的等效特性无码间串扰的等效特性

37、成都理工大学“数字通信原理”它表明，把它表明，把一个基带传输系统一个基带传输系统的的传输特性传输特性H H( () )分割为分割为2/2/T Tb b宽度，各段在宽度，各段在(-/(-/T Tb b,/,/T Tb b) )区间内能区间内能叠加成一个叠加成一个矩形频率特性矩形频率特性，那么它在以，那么它在以f fb b速率传输基速率传输基带信号时，就能做到无码间串扰。如果不考虑系统的带信号时，就能做到无码间串扰。如果不考虑系统的频带，而从消除码间串扰来说，频带，而从消除码间串扰来说，基带传输特性基带传输特性H H( () )的形式的形式并不是唯一的并不是唯一的。升余弦滚降传输特性升余弦滚降传输

38、特性就是使用就是使用较多的一类。较多的一类。 7.3.2 无码间串扰的等效特性无码间串扰的等效特性成都理工大学“数字通信原理”7.3.3 升余弦滚降传输特性升余弦滚降传输特性 升余弦滚降升余弦滚降传输特性传输特性H H( () )可表示为可表示为 )()()(10HHH如图如图6-166-16所示，令所示，令=1/b=1/b，称为，称为滚降系数滚降系数。 221cossin)(bbbbTtTtTtTtth成都理工大学“数字通信原理”H0()1,0bb0(a)b1b0bb1H () H0()11,0H0()H ()(c)(b)0.5H1()0.5b1b1b1bbb17.3.3 升余弦滚降传输特性

39、升余弦滚降传输特性 升余弦滚降传输特性 成都理工大学“数字通信原理”(b ) 2bb0b2b1.01.00.50b1bb21BTH ()(a )1.0h (t)0b1tb1Bb21Bb21Bb1B0.51.007.3.3 升余弦滚降传输特性升余弦滚降传输特性 不同值的频谱与波形成都理工大学“数字通信原理”(1) (1) 当当=0=0，无无“滚降滚降”，即为，即为理想基带传输系统理想基带传输系统，“尾尾巴巴”按按1/t1/t的规律衰减。的规律衰减。当当00，即，即采用升余弦滚降时采用升余弦滚降时，越越大，衰减越快，码间串扰越小，错误判决的可能性越小。大，衰减越快，码间串扰越小，错误判决的可能性越

40、小。(2) (2) 输出信号频谱所占据的输出信号频谱所占据的带宽带宽B=(1+)fB=(1+)fb b/2/2。 （3 3）当当=1=1，它的尾部衰减快。但它的带宽是理想低通特，它的尾部衰减快。但它的带宽是理想低通特性的性的2 2倍倍，频带利用率只是，频带利用率只是1Baud/Hz1Baud/Hz。 升余弦滚降特性的实现比理想低通容易得多，因此广泛升余弦滚降特性的实现比理想低通容易得多，因此广泛应应用于频带利用率不高用于频带利用率不高，但允许，但允许定时系统定时系统和和传输特性传输特性有较大偏差有较大偏差的场合的场合。 7.3.3 升余弦滚降传输特性升余弦滚降传输特性成都理工大学“数字通信原理

41、”7.3.4 无码间串扰时噪声对传输性能的影响无码间串扰时噪声对传输性能的影响 1. 误码率误码率Pe的两种表示方式的两种表示方式 假若发送端的数字基带信号经过信道和接收滤波器后，假若发送端的数字基带信号经过信道和接收滤波器后， 在无码间串扰条件下在无码间串扰条件下，对，对“1 1”码码抽样判决时刻信号抽样判决时刻信号有正最大值有正最大值，用用A A表示表示；对；对“0 0”码码抽样判决时刻信号抽样判决时刻信号有负的最大值有负的最大值，用用-A-A表表示示( (对双极性码对双极性码) )，或者为，或者为0 0值值( (对单极性码对单极性码) )，接收端的噪声为，接收端的噪声为高斯白噪声高斯白噪

42、声，单边功率谱密度单边功率谱密度为为n n0 0(W/Hz)(W/Hz)，并且选定抽样判决，并且选定抽样判决的的最佳门限最佳门限为为A A/2(/2(对单极性码对单极性码) )，或者为，或者为0(0(对双极性码对双极性码) )，则通，则通过数学推算可以得到过数学推算可以得到先验等概时先验等概时两种误码率的表示式为两种误码率的表示式为 成都理工大学“数字通信原理”nnAPAP22erfc212erfc21ee双极性信号双极性信号 单极性单极性信号信号 其中其中, ,2 2n n= =n n0 0B B( (B B为接收滤波器等效带宽为接收滤波器等效带宽) )为为噪声功率噪声功率，erfc(erf

43、c(x x) )是是补余误差函数补余误差函数，具有，具有递减性递减性。如果用信噪功率比。如果用信噪功率比来表示上来表示上二式可得二式可得 2erfc212erfc21eePP双极性信号双极性信号 单极性信号单极性信号 1. 误码率误码率Pe的两种表示方式的两种表示方式成都理工大学“数字通信原理”2. Pe与与关系曲线关系曲线 图图6-186-18给出了单、双极性给出了单、双极性P Pe e的关系曲线，从图中可的关系曲线，从图中可以得出以下以得出以下几个结论几个结论： (1) (1) 在在信噪比信噪比相同条件相同条件下，下，双极性误码率比单极性低双极性误码率比单极性低，抗干扰性能好。抗干扰性能好

44、。 (2) (2) 在在误码率相同条件误码率相同条件下，下，单极性信号需要的信噪功率单极性信号需要的信噪功率比要比双极性高比要比双极性高3dB3dB。 (3) (3) P Pe e曲线总的趋势是曲线总的趋势是，P Pe e，但当，但当达到一定达到一定值后值后，P Pe e将大大降低将大大降低。 成都理工大学“数字通信原理”图 6-18 Pe与曲线 50510 810 710 610 51041031021011101520/dB四进制单极性四进制双极性二进制单极性二进制双极性Pe2. Pe与与关系曲线关系曲线 成都理工大学“数字通信原理” 从从P Pe e的关系式的关系式中无法直接看出中无法直

45、接看出P Pe e与与R Rb b的关系，的关系，但但，B B与与f fb b有关有关，且成正比且成正比，因此，因此当当R Rb b时时，B B，P Pe e。 这就是说，这就是说，码元速率码元速率R Rb b( (有效性指标有效性指标) )和和误码率误码率P Pe e ( (可靠性指标可靠性指标) )是相互矛盾的。是相互矛盾的。 3. Pe与码元速率与码元速率Rb的关系的关系Bnn02成都理工大学“数字通信原理”7.4 眼眼 图图 眼图眼图是指是指利用实验手段利用实验手段方便地估计和改善（通过方便地估计和改善（通过调整）系统性能时调整）系统性能时在示波器上在示波器上观察到的观察到的一种图形一

46、种图形。观观察眼图的方法是察眼图的方法是: : 用一个示波器跨接在用一个示波器跨接在接收滤波器的接收滤波器的输出输出端端, , 然后调整示波器然后调整示波器水平扫描周期水平扫描周期, , 使其与接收使其与接收码元的码元的周期同步周期同步。此时可以从示波器显示的图形上。此时可以从示波器显示的图形上, , 观察出观察出码间干扰码间干扰和和噪声噪声的影响的影响, , 从而估计系统性能的从而估计系统性能的优劣程度。在传输二进制信号波形时优劣程度。在传输二进制信号波形时, , 示波器显示的示波器显示的图形很像人的眼睛，故名图形很像人的眼睛，故名“眼图眼图”。成都理工大学“数字通信原理”基带信号波形及眼图

47、 (a)Ts11010001信号波形11O11(b)(c)(d)眼图O7.4 眼眼 图图 成都理工大学“数字通信原理”眼图的模型 7.4 眼眼 图图成都理工大学“数字通信原理” (1) (1) 最佳抽样时刻最佳抽样时刻应选择在眼图中应选择在眼图中眼睛张开的最大处眼睛张开的最大处。 (2) (2) 对对定时误差的灵敏度定时误差的灵敏度，由，由斜边斜率决定斜边斜率决定，斜率越大斜率越大，对对定时误差就越灵敏定时误差就越灵敏。 (3) (3) 在抽样时刻上，在抽样时刻上，眼图眼图上下两分支的垂直宽度上下两分支的垂直宽度，都表示，都表示了了最大信号畸变最大信号畸变。 (4) (4) 在抽样时刻上，在抽

48、样时刻上，上、下两分支离门限上、下两分支离门限最近的一根线迹最近的一根线迹至门限的距离至门限的距离表示各自相应电平的表示各自相应电平的噪声容限噪声容限，噪声瞬时值超，噪声瞬时值超过它就可能发生判决差错。过它就可能发生判决差错。 (5) (5) 对于对于信号过零点取平均信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统，来得到定时信息的接收系统，眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示，表示零点位置的变零点位置的变动范围，动范围，这个变动范围的大小对提取定时信息有重要影响。这个变动范围的大小对提取定时信息有重要影响。 7.4 眼眼 图图成都理工大学“数字通信原理”7.5

49、时域均衡原理时域均衡原理 理论和实践均表明，在理论和实践均表明，在基带系统基带系统中中插入一种可调插入一种可调( (或不可调或不可调) )滤波器滤波器就可以补偿整个系统的就可以补偿整个系统的幅频和相频幅频和相频特性特性，这个对系统校正的过程称为，这个对系统校正的过程称为均衡均衡。实现均衡的实现均衡的滤波器滤波器称为称为均衡器均衡器。 均衡均衡频域均衡频域均衡时域均衡时域均衡 时域均衡时域均衡的的基本思想基本思想是利用是利用波形补偿的方法波形补偿的方法将失将失真的波形真的波形直接加以校正直接加以校正， 这可以这可以利用观察波形的方利用观察波形的方法直接调节法直接调节。时域均衡器时域均衡器又称又称

50、横向滤波器横向滤波器。成都理工大学“数字通信原理”时域均衡基本波形 x(t)t0t1t1tt0t(a)(b)7.5 时域均衡原理时域均衡原理 成都理工大学“数字通信原理”横向滤波器方框图 TbTbTbTbTbTb来自接收滤波器x(t)CNCN2CN1CN去判决电路C N1C N2g(t)7.5 时域均衡原理时域均衡原理 成都理工大学“数字通信原理”横向滤波器工作原理 x(t)10.50 x 1x0 x1ttx 1x0 x1x 1x0 x1C0 x(tT)ttx(tT)x(t 2T)10.50h(t)10.5010.50(a)(b)(c)(d)(e)T411T21h(t)rC 1C0C 1x(t

51、)h0C 1x(t)C 1x(t 2 T)TTpq7.5 时域均衡原理时域均衡原理 成都理工大学“数字通信原理”假定滤波器的一个输入码元假定滤波器的一个输入码元x x( (t t) )在抽样时刻在抽样时刻t t0 0达到最大达到最大值值x x0 0=1=1，而在相邻码元的抽样时刻，而在相邻码元的抽样时刻t t-1-1和和t t+1+1上的码间串扰值为上的码间串扰值为x x-1-1=1/4=1/4，x x1 1=1/2, =1/2, 如图如图6-24(b)6-24(b)所示。所示。x x( (t t) )经过延迟后，在经过延迟后，在q q点和点和r r点分别得到点分别得到x x( (t t- -

52、T T) )和和x x( (t t- -2 2T T) )，如图，如图4-29(4-29(c c) )和和( (d d) )所示。若此滤波器的三个抽头增益所示。若此滤波器的三个抽头增益调制为调制为 21141101ccc7.5 时域均衡原理时域均衡原理 成都理工大学“数字通信原理” 则调整后的三路波形如图则调整后的三路波形如图4-24(e)4-24(e)中虚线所示。三者相中虚线所示。三者相加得到最后输出加得到最后输出h h( (t t) )。其最大值。其最大值h h0 0出现时刻比出现时刻比x x( (t t) )的最大值的最大值滞后滞后T T秒，此输出波形在各抽样点上的值等于秒，此输出波形在

53、各抽样点上的值等于 4121210) 1 (2121) 1 (434121) 1)(1 (2141041) 1 (41161414111201101110011010011112xChxCxChxCxCxChxCxChxCh7.5 时域均衡原理时域均衡原理 成都理工大学“数字通信原理”7.6 部分响应技术部分响应技术 1. 部分响应波形部分响应波形让两个时间上让两个时间上相隔一个码元相隔一个码元T Tb b的的sinsinx x/ /x x波形相加波形相加，如图，如图7- 7- 25(a)25(a)所示，则相加后的波形所示，则相加后的波形g g( (t t) )为为 2222sin2222si

54、n)(bbbbTtWTtWTtWTtWtg式中，式中，W W 为为奈奎斯特频率间隔奈奎斯特频率间隔，即，即W W=1/(2=1/(2T Tb b) )。 成都理工大学“数字通信原理”图 7-25 g(t)及其频谱 TbTbTbOtg(t)42b 2sinTtW2b 2TtW2b 2sinTtW2b 2TtWbTG()O(a)(b)7.6 部分响应技术部分响应技术 成都理工大学“数字通信原理”02cos2)(bbTTGbbTT显见，这个显见，这个G G( () )是呈是呈余弦型余弦型的，如图的，如图7-25(b)7-25(b)所示所示( (只画正频只画正频率部分率部分) )。 )/4(1)/co

55、s(4)(22bbTtTttg7.6 部分响应技术部分响应技术 成都理工大学“数字通信原理” 第一，第一，g g( (t t) )的尾巴幅度的尾巴幅度随随t t按按1/1/t t2 2变化变化，即，即g g( (t t) )的的尾巴幅度与尾巴幅度与t t2 2成反比成反比。 第二，第二，若用若用g g( (t t) )作为传送波形，且传送作为传送波形，且传送码元间隔码元间隔为为T Tb b，则在抽样时刻上仅发生发送码元与其前后码元则在抽样时刻上仅发生发送码元与其前后码元相互干扰，而与其他码元不发生干扰。由于这时的干相互干扰，而与其他码元不发生干扰。由于这时的干扰是确定的，故仍可按扰是确定的，故仍可按1/1/T Tb b传输速率传送码元传输速率传送码元。 7.6 部分响应技术部分响应技术 由此看出：由此看出：成都理工大学“数字通信原理” 码间发生干扰示意图 TbTbTbTba1a0a1a2抽样脉冲7.6 部分响应技术部分响应技术 成都理工大学“数字通信原理” 设设输入二进制码元序列输入二进制码元序列 a ak k ，并设，并设a ak k在抽样点上取值为在抽样点上取值为+1+1和