数字信号基带传输

第五章数字信号基带传输结束放映学习目录学习要求内容简介内容简介——基带传输是数字或数据据通信中的基本传输方式，终端只要经过简单的电平和码型变换后就可以在信道中直接传输，主要应用在局域网等短距离的数据传输中。——本章主要介绍基带信号的特性，基带传输系统的组成，无码间干扰传输系统的设计，以及部分响应、时域均衡提高系统传输性能的技术。返回结束学习要求1.掌握基带信号的常用码型的特点。2.了解基带信号的频谱结构3.掌握基带传输系统的组成。4.

掌握码间干扰的概念以及无码间干扰传输的条件。5.了解基带传输系统的性能。6.了解眼图的功能。7.

掌握部分响应、时域均衡的基本原理返回结束学习目录返回5.1引言5.2数字基带信号5.3数字基带信号的功率谱密度5.4无码间干扰的基带传输系统5.5部分响应系统5.6数字基带传输系统的抗噪声性能5.7眼图5.8时域均衡结束5.2.1常用基带信号编码规则：高电平表示1码，零电平表示0码；波形如下：1.单极性不归零(NRZ)码特点及应用：

发送能量大有利于提高收端信比

带宽窄但直流和低频成分大；

不能提取同步信息

判决电平不易稳定

一般用于设备内部和短距离通信中。5.2.1常用基带信号编码规则：高电平表示1码，零电平表示0码；电平的持续时间τ比码元周期Tb小，其波形如下：2.单极性不归零(RZ)码特点及应用：

具有单极性码的大多特点但带宽增大，

可以直接提取同步信息

一般用于设备内部和短距离通信中。占空比：τ/Tb

，典型的取值是τ/Tb=50%5.3数字基带信号的功率谱密度1.数字基带信号的一般表达式数字信号的波形如下图所示，假设“1”用g1(t)表示，“0”用g2(t)表示假设在一个码元周期Ts内“1”出现的概率为P，“0”出现的概率为1-P，5.3数字基带信号的功率谱密度其中

an是第n个脉冲的相对幅度，其取值与所用码型有关，对于双极性信号：对于单极性信号有：

5.3数字基带信号的功率谱密度2.信号对应的功率谱

fs=1/Ts，数值上等于码元速率RB

G1(f)和G2(f)分别为g1(t)和g2(t)的傅氏变换式中的第一项表示连续谱，由其可以确定信号的带宽第二项是离散谱，由其可以判断信号有无直流分量以及是否包含同步信息5.3数字基带信号的功率谱密度部分码型的功率谱结构如下图所示：

5.4无码间干扰基带传输系统的组成本节内容提要：

5.4.1二进制传输基带传输系统二进制传输系统的组成以及各组成部分的功能

5.4.2多进制传输基带传输系统多进制传输系统的组成及其特点

5.4.1二进制传输基带传输系统信道信号形成器即发送滤波器进行信号波形转换接收滤波器完成抑制带外噪声、均衡信号波形等功能，使其输出波形更有利于抽样判决同步提取作用是通过特定方法提取同步信息，并产生同步控制信号抽样判决器是在位同步脉冲的控制下对信号波形抽样，并按照特定码型的判决规则恢复原始数字信号5.4.2多进制传输基带传输系统多进制基带传输系统结构二进制系统相比较，区别实在于收发两端加二进制和M进制的转换设备和二进制相较，多进制数据传输系统具有以下特点：在码元速率相同的条件下，多进制系统可以实现更高的信息速率

在信息速率相同的条件下，有利于提高传输可靠性多进制系统需要维持多个判决电平，在相同信号功率输入时，抵抗噪声干扰的能力较弱，所以此时其系统误码率比二进制大多进制系统设备更复杂

5.4无码间干扰的基带传输本节内容提要：

5.4.3码间干扰及其数学分析

5.4.4无码间干扰的传输特性码间干扰的定义

码间干扰的数学表达

消除码间干扰的时域条件无码间干扰传输的频域条件

理想低通传输特性

滚降传输特性5.4.3码间干扰及其数学分析

码间干扰——由于系统的传输特性不理想，致使码元波形畸变，引起前后码元相互干扰的现象5.4.3码间干扰及其数学分析基带传输系统的简化模型只需要对H(ω)作合理设计，在抽样判决器前就可以得到理想的波形

5.4.3码间干扰及其数学分析假设信道噪声为加性噪声记作n(t),经过系统传输后输出为nR(t),则如果对第k个码元抽样，抽样时刻为t0+kTb，则所得的样值是：改写上式，得：5.4.3码间干扰及其数学分析第一项对应第k个码元的样值第三项nR(t0+kTs)是抽样时刻噪声的样值第二项是其它码元在第k个码元抽样时刻的样值即码间干扰通过设计h(t)的波形（即设计系统的传输特性H(ω)）可以实现无码间干扰的传输，典型波形如下图所示5.4.3码间干扰及其数学分析经过上面分析，可以得出当h(t)满足下式时就可以消除码间干扰令k-n=k’，因为函数与自变量符号无关，所以把k’记作k，并设传输时延t0=0得到式：5.4.3无码间干扰的传输特性1.无码间干扰传输的频域条件传输特性H(ω)和单位冲激响应h(t)是一对傅氏变换对：当t=kTb时:对上式按照ωs=2π/Ts的长度用分段积分的形式表示为:5.4.4无码间干扰的传输特性用Hn(ω)表示第n个区间内的H(ω)则:令ω’=ω-nω，则ω=ω’+nω，dω=dω’，所以:5.4.4无码间干扰的传输特性基带传输系统的等效传输特性若Heq(ω)满足理想传输特性，即此时系统的冲激响应满足无码间干扰的时域条件，可实现无码间干扰的传输fH=fs/2(Hz)。

奈奎斯特带宽5.4.4无码间干扰的传输特性实例分析——升余弦传输特性++=5.4.4无码间干扰的传输特性2．理想低通传输特性当系统的传输特性在奈氏带宽内就是理想低通特性，此时系统的单位冲激响应为1011015.4.4无码间干扰的传输特性——传输速率为RB=1/Ts=fs

Baud，信道带宽为B=fs/2

Hz，所以频带利用率——当系统的传输特性在奈氏带宽内是理想低通特性时，若发送端以其截至频率两倍的速率传输信号，接收端仍以间隔Ts在码元峰值处抽样就可以消除码间干扰，此时可以得到最大的频带利用率2Baud/Hz奈奎斯特第一准则5.4.4无码间干扰的传输特性3．实用传输特性滚降特性图中ωN=π/Ts，是奈氏带宽只要H1(ω)正负频域部分分别关于(ωN,0)和(-ωN,0)对称就可以产生滚降α=ωr/ωN为滚降系数，0≤α≤1，α=0时，就是理想低通特性5.4.4无码间干扰的传输特性升余弦特性系统特性5.4.4无码间干扰的传输特性冲激响应频带利用率H(f)

试求：①奈氏频带②系统滚降系数α=？③码元速率

④采用四电平传输时传输速率R=？⑤频带利用率η=？(bit/s/Hz)例1:某一基带传输系统特性如图24003000f(Hz)？？

解：①

即

②

③

④

⑤

如果符合奈氏第一准则，其符号速率为多少？α为多少？频带利用率η为多少？

例2：一形成滤波器幅度特性如下图所示。②采用八电平传输时，传信速率为多少？③5.5部分响应本节内容提要：

5.5.3部分响应的推广

5.5.2

第IV类部分响应波形形成及系统组成

5.5.1

第I类部分响应波形形成及系统组成5.5.1第I类部分响应部分响应1．第I类部分响应原理第I类部分响应波形

第I类部分响应波形的频谱

5.5.1第I类部分响应部分响应数据传输

除第一个样值c0以外，其它样值中前一个码元对后一个码元都有码间干扰，这种码间干扰可以按照下式消除5.5.1第I类部分响应部分响应发端数据ak：0101100101收端样值ck：0111210111判决结果ak,：0101100101实例分析该系统中必须知道初始值a0

，并存在错误传播发端数据ak：0101100101收端样值ck：0111210111判决结果ak,：010101-12-12解决错误传播的有效方法是采用预编码和相关编码5.5.1第I类部分响应部分响应收端只需对ck作模2运算即可得到ak，即ak≡ck[模2]预编码bk=ak⊕bk-1相关编码ck=bk+bk-1实例分析ak：0101100101bk=ak⊕bk-1：00110111001ck=bk+bk-1：00101122101ak=ck[模2]：0101100101c’k=bk+bk-1：00101112101a’k=ck[模2]：01011101015.5.1第I类部分响应部分响应第I类部分响应系统第IV类部分响应系统预编码bk=ak⊕bk-2相关编码ck=bk-bk-2第I类部分响应的框图5.5.2部分响应2．第IV类部分响应系统第IV类部分响应波形5.5.2部分响应收端只需对ck的判决：预编码bk=ak⊕bk-2相关编码ck=bk-bk-2实例分析第IV类部分响应的框图5.5.2部分响应3．部分响应的推广部分响应波形频带利用率高，且摆尾衰减速度快的，由多个抽样函数Sa(t)加权移相叠加得到，其一般表达式为：其中k1,k2,…,kN是N个抽样函数的加权系数，一般取±1、0、2，部分响应波形的谱函数为：5.5.2部分响应4．部分响应系统分类5.5.2部分响应5.6基带传输系统性能分析信道传输特性理想，无码间干扰信道噪声为加性高斯白噪声，其期望为0，单边功率谱密度为n0，输出噪声nR(t)平均功率为σ2=N=Bn0，B为接收滤波器带宽输出噪声的一维概率密度函数为：

数据信号