第6章 数字基带传输-发送端问题

第6章数字基带传输系统广西大学计算机与电子信息学院515常侃Email:pandack0619@163.com本章内容6.1数字基带信号及其频谱特性6.2基带信号的常用码型6.3数字基带信号传输与码间串扰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部分响应和时域均衡6.0引入——基本概念Q1：什么是数字信号？ 时间上和幅值上离散的信号。Q2：数字信号有何好处？

传输无噪声积累可进行检错纠错，差错可控不同种类信号集中传输、存储容易，易于集成易于加密，易于进行信号处理6.0引入——基本概念数字基带传输系统定义： 无调制解调器的数字传输系统。研究基带传输系统意义：实际工程中有此系统；数字基带系统中的许多概念，可应用于数字已调系统；数字频带系统可以等效为基带传输系统来研究。无线通信、长距离有线传输需要调制解调；中短距离有线通信无需调制，但应严格按照基带传输系统的有关原则来设计，例如局域网通信、无线通信中的终端机与发射机较远的情况等。小范围（如室内）通信，通过RS232等接口芯片即可传输信息，无需严格按照基带传输设计原则来设计。

6.0引入——数字基带传输系统的应用数字终端机无线发射机无线接收机数字终端机基带传输基带传输6.0引入——基本结构原理图

码型编码：将信源编码为适合传输的码型

发滤波器：将m(t)变为适合于信道传输的波形：1.将m(t)中的高频成分滤掉，限制进入信道信号的带宽；2.防止ISI6.0引入——基本结构接收滤波器：

1.令抽样判决器的输入信号无码间串扰；2.滤除带外噪声。

位同步器：提取位同步信号，cp(t)的频率等于码速率，上升沿与接收信号的最大值对齐。

抽样判决器：再生数字基带信号，可能有误码。

码型译码：使输出码型符合收终端的要求。6.0引入——传输中的误码

误码原因：码间串扰噪声位同步信号相位抖动

码间串扰原因：

发送滤波器、接收滤波器、信道合成的总传输特性不理想，导致前后码元畸变、展宽，出现长拖尾，互相影响。本章内容6.1数字基带信号及其频谱特性6.2基带信号的常用码型6.3数字基带信号传输与码间串扰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部分响应和时域均衡6.1.1数字基带信号理想的基带信号波形无直流分量，因为直流分量不适合远距离传输；有离散分量，可提取同步信号；抽样判决门限与信号功率无关；频带利用率高6.1.1数字基带信号单极性不归零码波形NRZ（NonReturnZero）用正电平和零电平分别表示二进制“1”和“0”脉冲宽度τ等于码元宽度Ts，占用带宽为Rs；适合板卡级传输，但不宜长距离传输，原因有

1）有直流，一般信道难于传输零频附近的频率分量；

2）收端判决，门限与信号功率有关，不方便；

3）无离散分量，不能直接提取位同步信号。6.1.1数字基带信号双极性不归零波形用正负电平分别表示二进制码“1”和“0”占用带宽Rs；“0”和“1”等概出现时无直流分量；无离散分量，不能直接提取位同步；抽样判决电平为0；在RS-232接口（串口）标准中采用此波形6.1.1数字基带信号

单极性归零波形（RZ）脉冲宽度τ小于码元宽度Ts

，通常占空比（τ/Ts

）50%，带宽2Rs；有直流分量；有离散分量，可直接提取定时信息；抽样判决电平不为0；一般是其他波形提取同步信息时常用的一种过渡波形6.1.1数字基带信号

双极性归零波形功率谱无直流分量和离散分量；占用带宽为2Rs

；恢复信号的判决电平为0；码元起止时刻容易识别（前沿代表起，后沿代表终），因此发送端不必按照一定的周期发送。因此实际中有一定的应用。6.1.1数字基带信号差分波形与脉冲本身电位和形状无关（相对码），采用前后符号的异同来表示0或1；可消除设备初始状态影响，解决PSK相位模糊问题。产生方式：先做差分编码，后采用双极性/单极性波形 差分编码： 原始序列：1011001

差分编码：011011106.1.1数字基带信号多电平波形（MPAM信号）K比特二进制转成一个M进制的电平符号（M=2k）；与二进制比提高频带利用率（波特率相同则带宽相同）

：

A.

相同比特率下，波特率降低（B降低）；

B.

相同波特率下，比特率提高（R提高）；可用于D/A转换器中

离散谱的作用：提取定时信息进行同步6.1.2数字基带信号的频谱特性

分析功率谱密度的意义：确定序列带宽；提取定时分量，分析是否有直流分量

随机信号的时域表示第n个码元的平均值：稳态项：

交变项：6.1.2数字基带信号的频谱特性稳态项和交变项的分析6.1.2数字基带信号的频谱特性其中：稳态项V(t)为周期信号，具有离散谱。交变项u(t)为随机信号，具有连续谱。总功率谱密度按照下式计算：稳态项是周期性的功率信号，其功率谱密度可以由《通信原理》2.2.4节公式（2.2-48）计算出交变项是随机信号，其功率谱密度按照《通信原理》3.2.4节公式（3.2-15）计算

随机信号的功率谱密度（双边）6.1.2数字基带信号的频谱特性注意：不同教材中此部分内容的推导过程可能不同。

总的功率谱密度：其中，为交变项中的连续谱，一定存在；时间波形占空比越小，占用频带宽度越宽。其余部分为稳态项中的离散谱，不一定存在。

随机信号的功率谱密度（单边）6.1.2数字基带信号的频谱特性

不存在离散谱的条件：

2.不存在离散谱的情况举例：

A.双极性信号在信号的先验概率相等时；

B.单极性信号的占空比为1时（有直流分量无离散分量）

功率谱密度中的离散谱6.1.2数字基带信号的频谱特性

G(f)ps(f)-fs0fsf

-fs0fsf对于单极性波形：若设g1(t)=0，g2(t)=g(t)，将其代入下式可得到由其构成的随机脉冲序列的双边功率谱密度为当P=1/2时，上式简化为【例6-1】

求单极性NRZ和RZ矩形脉冲序列的功率谱。6.1.2数字基带信号的频谱特性

若表示“1”的波形是NRZ矩形脉冲，则6.1.2数字基带信号的频谱特性

G(f)ps(f)-fs0fsf

-fs0fsf当f=mfs

时：若m=0，G(0)0，故频谱Ps(f)中有直流分量而，所以Ps(f)中没有离散分量若表示“1”的波形是RZ矩形脉冲，且为半占空比，则G(f)的频谱函数为6.1.2数字基带信号的频谱特性

当f=mfs

时：若m=0，G(0)0，故频谱Ps(f)中有直流分量当m为奇数时，Ps(f)中有离散谱分量；当m为偶数时，Ps(f)中没有离散谱分量。对于双极性波形：若设g1(t)=-g2(t)=g(t)，则由式子可得当P=1/2时，上式简化为【例6-2】

求双极性NRZ和RZ矩形脉冲序列的功率谱。6.1.2数字基带信号的频谱特性

画出得到6.1.2数字基带信号的频谱特性

本章内容6.1数字基带信号及其频谱特性6.2基带信号的常用码型6.3数字基带信号传输与码间串扰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部分响应和时域均衡用于线缆连接（短距离传输）的场合。如交换机到卫星传输设备，网卡与Hub，路由器到传输设备等。通常期望数字信号具有以下特性：

1.不含直流2.丰富的定时信息

3.功率谱主瓣宽度小，节省带宽

4.编译码简单5.一定的检错能力方法：对NRZ或RZ脉冲序列进行编码，以满足上述要求。

传输码型（线路码型）的应用场合和选择原则6.2基带信号的常用码型

AMI码：将“1”交替反转，“0”保持不变。 消息码：0110000000110011 AMI码：0-1+10000000–1+100–1+1无直流分量，低频、高频分量少一般是AMI-RZ波形，译码电路简单（全波整流）无法解决长0问题，提取定时困难

常用传输码型6.2基带信号的常用码型

HDB3：欧洲、中国PCM一次、二次、三次群接口标准当连0数目小于等于3时，编码规则与AMI码一致；当连0数多于等于4时，每4个连0编码成000V，破坏脉冲V的插入需要满足两个条件：

V和之前一个非0脉冲值极性相等；

V码间极性交替。若不能满足V的两个条件，则插入调节脉冲B来调节。

100000110000100000HDB31000V0-11–B00–V1000V0

6.2基带信号的常用码型

双相码（曼切斯特码）：10BASE-T以太网双极性NRZ波形，用10表示“1”，用01表示“0”；有定时信息，无直流分量，编码过程简单；频带带宽加倍，频带利用率低例 消息码：1100101

双相码：10100101100110

6.2基带信号的常用码型

差分双相码：局域网中常用每个码元中间跳变，用于同步每个码元起始电平跳变与否用于指示“1”或“0”若传输时“0”与“1”极性反转，不会引起消息码误码例 消息码：010