通信原理基带传输第一次

1、2022年9月13日3.10 信道容量概念例： 信噪比为26db的电话语音信道，通过带宽为3.4KHz的模拟电话信道，求信道容量。例：通过信噪比为30db的信道，每秒传输24帧1024X768像素的8位灰度图像（黑白数字电视的基本要求），至少需要多大的信道带宽？2022年9月13日 5.1 引言 5.2 数字基带信号及其频谱特性 5.2.1 数字基带信号 5.2.2 基带信号的频谱特性 5.3 基带传输的常用码型 5.4 基带脉冲传输与码间干扰 5.5 无码间干扰的基带传输特性 5.6 部分响应系统 5.7 基带传输系统的抗噪声性能 5.8 眼图2022年9月13日数字基带传输系统基带基带信号

2、基带传输频带频带信号频带传输基带：信源发出的没有经过调制的原始信号所固有的频率带宽，称为基本频带，简称基带；频率带宽：一个信号所占有的从最低的频率到最高的频率之差。 调制（进行频谱搬移和变换）就是对信号源的信息进行处理加到载波上，就是使载波随信号而改变的技术。作用在于把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。 调制是通过改变高频载波即消息的载体的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。 通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号，而

3、且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响，调制方式往往决定了一个通信系统的性能。 信源发出的没有经过调制的原始电信号，就是基带信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。可分为数字基带信号和模拟基带信号。基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号。（基带信号包含了频率达到无穷大的交流成份和可能的直流成份）由于在近距离范围内基带信号的衰减不大，因此在传输距离较近时，计算机网络都采用基带传输方式。如从计算机到监视器、打印机等外设的信号就是基带传输的。大多数的局域网使用基带传输，如以太网、令牌环网。频带信号(通带信号)在通信中，由于基带

4、信号具有频率很低的频谱分量,出于抗干扰和提高传输率考虑一般不宜直接传输,需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，变换后的信号就是频带信号（只包含了一种频率的交流成份或者有限几种频率的交流成份）其主要用于网络电视和有线电视的视频广播。2022年9月13日5.1 引言数字基带传输系统 基带数据传输系统至信道自终端数据输入扰乱器接口电路(串并/码型/多电平)变换电路网孔均衡线路放大发送滤波输出电路发时钟系统(a)发送方自信道数据输出至终端增益控制输入电路(电平/码型/并串)逆变换电路时域均衡解扰器接收滤波接口电路收时钟(定时提取)系统抽样判决(b)接收方产生数字基带脉冲信道信号形成信道信号

5、接收处理基带脉冲恢复数据变换数据恢复2022年9月13日5.1 引言基带信号形成器信道接收滤波器抽样判决器基带脉冲输入基带脉冲输出干扰图5-1 基带传输系统基本结构噪声n（t）接收器发送器调制器发送带通接收带通接收低通抽样判决解调器信道图5-2 频带传输系统基本结构基带脉冲输入基带脉冲输出2022年9月13日5.2 数字基带信号及其频谱特性5.2.1 数字基带信号表示数字(0、1、2、.）的基本频带信号。 低频成分丰富； 最高频率比最低频率高得多。二进制数据序列 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 （a）单极性不归零码 （b）单极性归零码 （c）双极性不归零码 （d）双极性

6、归零码（e）单极性三角形码Ts Ts AAAAA-A-A-A-3A3A-AA（f）双极性四电平码 tttttt图2.1 几种数字基带电信号波形差分码？2022年9月13日5.2 数字基带信号及其频谱特性5.2.1 数字基带信号二进制数字基带信号的一般表示其中，an表示第个信息符号对应的电平值（0、1或-1、+1等）；g（t-nTs）表示符号的形状。2022年9月13日6.1 数字基带信号及其频谱特性6.1.2 基带信号的频谱特性图6-2 随机脉冲序列示意波形码宽（码元间隔）：Tss（t）g1（t+3 Ts）g2（t2Ts） -3Ts -2Ts -Ts 0 Ts 2Ts 3Ts t2022年9月

7、13日5.2 数字基带信号及其频谱特性5.2.2 基带信号的频谱特性S(t)分解为稳态波v(t)和交变波u(t)，稳态波是随机序列s(t)的统计平均分量，取决于每个码元内出现g1(t)g2(t)的概率加权平均(6.1-5)由于v(t)在每个码元内的统计波形相同， v(t)是以Ts为周期的周期信号2022年9月13日5.2 数字基带信号及其频谱特性5.2.2 基带信号的频谱特性u(t)是随机脉冲序列2022年9月13日5.2 数字基带信号及其频谱特性5.2.2 基带信号的频谱特性二进制数字基带信号的功率谱密度为： ,i = 0或1(6.1-26)双边功率谱密度单边功率谱密度(5.2-25)202

8、2年9月13日5.2 数字基带信号及其频谱特性5.2.2 基带信号的频谱特性1基带数据信号的频谱一般由连续谱和离散谱两部分组成。连续谱总是存在的，这是因为代表数据信息的g1（t）和g2（t）波形不能完全相同，故有G1（f）不等于G2（f），谱的形状取决于g1（t），g2（t）的频谱和出现概率p，但有的情况下可以没有离散谱。例如对双极性信号，由于g0（t）= g1（t），当P =（1-P）= 0.5 时，不存在离散谱。2 基带数据信号的频谱的结构（幅度、宽度、形状等）: 与采用代表“0”和“1”的电符号g0（t）与g1（t）的形状有关； 与输出数据符号的速率fs 有关； 与两种符号g0（t）与g

9、1（t）的出现概率有关。2022年9月13日5.2 数字基带信号及其频谱特性例 求双极性不归零和归零矩形脉冲序列的功率谱2022年9月13日5.2 数字基带信号及其频谱特性例 求单极性归零矩形脉冲序列的功率谱当fmfs时，G(mfs)的取值情况为：m=0，G(0)=TsSa(0)不等于0，因此有直流分量；m为奇数时， G(mfs )不等于0，有离散谱，因而有定时分量；m为偶数时， G(mfs )0，无离散谱2022年9月13日5.2 数字基带信号及其频谱特性综上所述，通过对数字基带信号的二进制随机脉冲序列功率谱的分析，我们一方面可以根据它的连续谱来确定序列的带宽，从上述举例可以看出，当数字基带

10、信号用矩形脉冲表示时，其带宽为连续谱的第一零点带宽；另一方面利用它的离散谱是否存在这一特点，可以明确能否从脉冲序列中直接提取定时分量和采取怎样的方法可以从基带脉冲序列中获得所需的离散分量。这一点，在本书第十章研究位同步、载波同步等问题时将是十分重要的。需要指出的是，以上的分析方法，由于g1(t)和g2(t)的波形没有加以限制，故即使它们不是基带信号波形，而是数字调制波形，也将是适用的。2022年9月13日5.2 数字基带信号及其频谱特性5.2.2 基带信号的频谱特性-3fs -2fs -fs 0 fs 2fs 3fs 4fs f（Hz）Pd（f）-2fs -fs 0 fs 2fs f（Hz）P

11、c（f）-2fs -fs 0 fs 2fs f（Hz）Pa（f）-3fs -2fs -fs 0 fs 2fs 3fs 4fs f（Hz）Pb（f）（a） 单极性不归零码（b） 单极性归零码 （= 0.5Ts）（c） 双极性不归零码（d） 双极性归零码 （= 0.5Ts）图X.X 几种常见数据信号的功率谱密度（单位：W/Hz）2022年9月13日图X.X中 几种常见数据信号的功率谱密度表达式5.2 数字基带信号及其频谱特性5.2.2 基带信号的频谱特性单极性信号必有直流分量（离散谱）。单极性不归零码双极性不归零码双极性归零码单极性归零码双极性信号可能没有直流分量和其他离散谱。无论单、双极性，归零

12、码的频带都比非归零码的频带宽。2022年9月13日5.2 数字基带信号及其频谱特性5.2.2 基带信号的频谱特性双极性不归零码双极性归零码双极性信号可能没有直流分量和其他离散谱。双极性码什么情况下没有离散谱？g0(t)=-g1(t)？P(0)=P(1)=1/2？正确的答案是：随机信号波形正负统计面积对称!2022年9月13日5.3 基带传输的常用码型（线路传输码）线路传输码应具有的主要特性：能够从其相应的基带信号中提取出定时信息；相应的基带信号中应该不含直流分量，低频成分尽量少；不受信源发送符号统计特性的影响，即能够适应信源的变化；具有内在的检错能力；编码方法应该尽量简单，并考虑尽量提高传输码

13、型的传输效率。常用线路传输码：AMI、HDB3、Manchester等。信号序列的功率谱密度中存在与码速 fs 对应的离散谱。 防止线路设备中隔直电容对信号的影响。抑制信源符号中的长连“0”对信号定时提取的影响。2022年9月13日5.3 基带传输的常用码型（线路传输码）单极性与双极性非归零码（NRZ码）0 1 0 1 1 0 1 Ps (f) 含直流分量Ts 不含fs分量 （Ts = 1 fs是码元间隔）t 0 fs 2fs f (a) 单极性NRZ码波形与功率谱密度Ps(f)图形 0 1 0 1 1 0 1 不含直流分量Ps(f)Ts 不含f s分量0 fs 2fs f t(b) 双极性N

14、RZ码波形与功率谱密度Ps(f)图形 不归零（NRZ）矩形脉冲码的波形与功率谱密度图形 直流和过大低频成分、不含时钟，不适合作为线路传输码！2022年9月13日5.3 基带传输的常用码型（线路传输码）单极性与双极性归零码（RZ码）归零（RZ）矩形脉冲码的波形与功率谱密度图形 0 1 0 1 1 0 1 Ps (f) 含有直流分量Ts 含f s分量（离散谱） t 0 f s 2f s f (a) 单极性RZ码波形与功率谱密度Ps(f)图形 0 1 0 1 1 0 1 Ps (f) 不含有直流分量Ts 含fs分量（离散谱） 0 f s 2f s f t(b) 双极性RZ码波形与功率谱密度Ps(f)

15、图形 直流和过大的低频成分，不适合作为线路传输码！2022年9月13日5.3 基带传输的常用码型（线路传输码）传输中使用的线路编码通常都是双极性的归零码。 1双极性传号交替反转码（AMI码）单极性 1 0 1 1 0 1 NRZ Ps（f） AMI码的功率谱密度 Ts 双极性 AMI t t（RZ） 0 fs 2fs f 图X.X AMI（RZ）码（= 0.5 Tc）的波形与功率谱密度图形 1不再含直流分量和丰富的低频分量；2虽然它本身不含码元时钟fc 的频率成份，但只要在接受端将AMI信号简单整流就变为单极性归零码信号，就产生了时钟成份；3注意到AMI码中不会相继出现极性相同的两个或多个脉冲，这点表明了AMI码具有一定的内在的检测误码能力。4AMI码第一零点带宽是fs(与NRZ相同),效率较高;编解码简单易于实现。2022年9月13日5.3 基带传输的常用码型（线路传输码）2双极性三阶高密度码（HDB3码） 以传号交替翻转码（AMI）为基础，当遇到4个连零时，用“0001” 来取代“0000”，该“0001”称为取代节，其中“1”的极性与前边一个信号的极性相，违背极性交替翻转原则，故此码被称为“V”码。 在前一个V 码后，若经奇数个（包括0个）传号后出现 “0