通信原理数字基带传输系统(6.16.3)

1、第6章 数字基带传输系统6.1 数字基带信号及其频谱特性6.2 基带传输的常用码型6.3 基带脉冲传输与码间干扰6.4 无码间串扰的基带传输特性6.5 基带传输系统的抗噪声性能6.6 眼图6.7 部分响应系统和时域均衡1数字基带传输概述数字基带信号：来自数据终端的原始数据信号，包含丰富的低频分量，甚至直流分量。数字基带传输：在某些具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传输。数字频带传输：在带通型的信道，数字基带信号必须经过载波调制，把频谱搬移到高载频处才能在信道中传输，这种传输称为数字频带（调制或载波）传输。数字基带传输的意义：（1）在利用对称电缆构成的近

2、程数据通信系统广泛采用了这种传输方式；（2）数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题。（3）任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基带传输系统来研究。2信道信号形成器接收滤波器抽样判决信道干扰信道信号形成器接收滤波器抽样判决信道干扰判决错误产生适合于信道传输的基带信号接收信号、排除信道噪声和干扰 在噪声背景下判定与再生基带信号36.1 数字基带信号及其频谱特性6.1.1 数字基带信号单极性不归零波形特点：极性单一，有直流分量，脉冲之间无间隔。位同步信息包含在电平的转换之中。 双极性不归零波形特点：当0、 1符号等概出现时无直流分量。抗干扰能力也较强。 (a) 单极性波形(b) 双极性波形4

3、 单极性归零波形双极性归零波形特点：每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平单极性归零波形可以直接提取定时信息。特点：每个码元内的脉冲都回到零点平。有利于同步脉冲的提取。 (c) 单极性归零波形(d) 双极性归零波形5 差分波形 特点：用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码。 用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响，特别是在相位调制系统中用于解决载波相位模糊问题。 多电平波形 (f) 多电平波形特点：用多于一个二进制符号对应一个脉冲的情形。(e) 差分波形6 基带信号的表示方式第n个信息符号所对应的电平值。M进制：6.1.2 基带信号的频谱特性 若令g1(t)对应于二进制符号的0，

4、g2(t)对应于二进制符号的1，码元间隔为Ts，则基带信号可以表示为：7假设序列中任一码元时间Ts内：g1(t)Pg2(t)1-P统计独立 假设g1(t)、g2(t)分别是宽度为Ts的矩形脉冲和三角波，则随机脉冲序列s(t)的一个实现如图所示。8 随机脉冲序列s(t)可分解为稳态项v(t)和交变项u(t) ，以使频谱分析更清晰、简化。稳态波交变波u(t)是一个随机脉冲序列 。以Ts为周期的周期信号9 稳态项v(t)功率谱密度Pv(f) 周期信号对周期信号进行级数展开：根据周期信号的功率谱密度与傅里叶系数的关系式得到功率谱密度：离散谱密度10 交变波u (t)的功率谱密度Pu(f)随机信号uT(

5、t)的功率谱密度的计算：T = (2N+1)Ts11统计平均为：当m=n时 12当mn时 连续谱密度13 随机基带序列s(t)的功率谱密度双边功率谱密度：单边功率谱密度：14结 论 随机脉冲序列s(t)的功率谱密度可能包含两部分：连续谱Pu(f)和离散谱Pv(f); 有无离散谱将明确能否从脉冲序列中提取散分量及如何提取离散分量，这对研究位同步、载波同步将很重要。分析二进制的随机脉冲序列频谱的主要用途：（1） 确定二进制随机脉冲序列s(t)的带宽；（2） 确定在fs处是否存在离散谱，用于数字通信中的定时提取。 15例题6-1对于单极性信号，若且0、1等概。求：单极性二元随机序列的功率谱密度。 单

6、极性不归零码在fs处无线谱单极性半占空归零信号的带宽为Bs=2fs。 16例题6-2对于双极性二进制的随机脉冲序列，0、1等概，若求：s(t)的Ps(f)=?结论：双极性二进制的随机序列无离散线谱成份。 17例题6-3对于单极性归零信号， 0、1等概，若求：单极性二元随机序列的功率谱密度。 18m=0时，离散谱中有直流分量；m为奇数时:有离散谱m为偶数时:无离散谱19随机序列的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数G1(f)或G2(f)，两者之中应取较大带宽的一个作为序列带宽。结论时间波形的占空比越小，频带越宽。通常以谱的第一个零点作为矩形脉冲的近似带宽，它等于脉宽的倒数，即Bs=1/。不归零脉冲

7、的=Ts，则Bs=fs；单极性基带信号是否存在离散线谱取决于矩形脉冲的占空比。单极性归零信号中有定时分量，可直接提取。 单极性不归零信号中无定时分量，若想获取定时分量，要进行波形变换。 0、1等概的双极性信号没有离散谱，也就是说无直流分量和定时分量。 半占空归零脉冲的=Ts/2，则Bs=1/=2fs。 206.2 基带传输的常用码型对传输用的基带信号主要有两个方面的要求： a、对代码的要求：原始消息代码必须编成适合于传输用的码型；b、对所选码型的电波形要求：电波形应适合于基带系统的传输。 6.2.1 传输码型选择原则(1) 相应的基带信号无直流分量， 且低频分量少；(2) 便于从信号中提取定时

8、信息；(3) 信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰；(4) 不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化； (5) 具有内在的检错能力。传输码型应具有一定规律性， 以便利用这一规律性进行宏观监测；(6) 编译码设备要尽可能简单。216.2.2 几种常用的传输码型 AMI码传号交替反转码。优点AMI码的功率谱中不含直流成分，高、低频分量少，能量集中在频率为1/2码速处。位定时频率分量虽然为0，但只要将基带信号经全波整流变为单极性归零波形，便可提取位定时信号。AMI码的编译码电路简单，便于利用传号极性交替规律观察误码情况。当原信码出现连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取

9、定时信号的困难。缺点： 编码规则： “1”用高低电平交替表示，“0”用零电平表示。22 HDB3码3阶高密度双极性码编码规则1） 当信码的连“0”个数不超过3时，仍按AMI码的规则编，即传号极性交替；2）当连“0”个数超过3时，则将第4个“0”改为非“0”脉冲，记为+V或-V，称之为破坏脉冲。相邻V码的极性必须交替出现，以确保编好的码中无直流；3）为了便于识别， V码的极性应与其前一个非“0”脉冲的极性相同，否则，要将四连“0”的第一个“0”更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，并记为+B或-B；4） 破坏脉冲之后的传号码极性也要交替。23 双相码又称曼彻斯特（Manchester）码。 它用一个

10、周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。双相码在每个码元周期的中心点都存在电平跳变，所以富含位定时信息。因为这种码的正、负电平各半，所以无直流分量。特点：双相编码规则之一： “1”用“1 0 ”表示，“0”用“0 1”表示 ；差分双相编码规则：每个码元中间的电平跳变用于同步，相邻周期的方波如果同相代表“0”，反相代表“1”。24 密勒码密勒(Miller)码：又称延迟调制码，它是双相码的一种变形。编码规则： “1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示。“0”码有两种情况：单个“0”时，在码元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“0”时

11、，在两个“0”码的边界处出现电平跃变。(a) 双相码(b) 密勒码25 CMI码传号反转码。编码规则：“1”码交替用“11”和“00”两位码表示；“0”码固定地用“01”表示。(c) CMI码(a) 双相码(b) 密勒码CMI码有较多的电平跃变，因此含有丰富的定时信息。“10”为禁用码组，不会出现3个以上的连码。266.3 数字基带信号传输与码间串扰6.3.1数字基带信号传输系统的组成接收滤波器抽样判决器信道信号形成器信道基带脉冲基带脉冲输入输出同步提取噪声压缩输入信号频带，把传输码变换成适宜于信道传输的基带信号波形信道的传输特性一般不满足无失真传输条件，因此会引起传输波形的失真。信道中会引入噪声n(t)，并假设它是均值为零的高斯白噪声用来接收信号，滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复（或再生）基带信号用同步提取电路从接收信号中提取定时脉冲27输入信号 传输的波形 信道输出 位定时脉冲接收滤波输出 码型变换后 错误码元 恢复的信息 28 码间串扰误码