第3章数字基带传输系统教学文案课件

第3章数字基带传输系统7/26/202322、基带传输特点（1）设备简单；（2）一机多速率；（3）适应性强；3、研究目的（1）因为在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广泛才用这种传输方式；（2）因为数字基带传输中包含频带传输中的许多基本问题；7/26/20233（3）因为任何一个才用线性调制的频带传输系统可以等效为基带传输系统来研究；（4）随着数字通信技术的发展，基带传输这种方式也有迅速发展的趋势。目前，它不仅用于低速数据传输，而且，还用于高速数据传输；7/26/20234噪声源信

息

源信道信号

形成信

道接收

滤波器抽样

判决器受

信

者同步提取图3-1数字基带信号传输系统4、数字基带传输系统7/26/202355、各模块功能（1）信道信号形成器：将原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，其主要通过码型变换和波形变换的，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。7/26/20236（2）信道：它是允许基带信号通过的媒质。信道传输特性通常不满足无失真传输条件，甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。（3）接收滤波器：接收滤波器是收端为了减小信道特性不理想和噪声对信号传输的影响而设置的。其主要作用是滤除带外噪声并对已接收的波形均衡，以便抽样判决器正确判决。7/26/20237（4）抽样判决器：它是在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位脉冲控制），对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，已恢复再生基带信号。

抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号在规定的时刻（由定时脉冲控制）进行抽样，获得抽样信号，然后对抽样值进行判决，以确定各码元是“1”码还是“0”码。抽样信号见图（g）。

7/26/20238码元再生电路：的作用是对判决器的输出“0”、“1”进行原始码元再生，以获得图4-10（h）所示与输入波形相应的脉冲序列。

同步提取电路的任务是从接收信号中提取定时脉冲，供接收系统同步使用。

7/26/202397/26/2023104.1

数字基带信号码型基带信号的要求主要有两点：（1）对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；（2）对所选的码型的电波形的要求，期望电波形适宜于在信道中传输。

前一问题称为传输码型的选择，后一问题称为基带脉冲的选择。这是两个既彼此独立又相互联系的问题，也是基带传输原理中十分重要的两个问题。

7/26/202311在设计数字基带信号码型时应考虑以下原则：

（1）码型中应不含直流或低频分量尽量少;（2）码型中高频分量尽量少;这样既可以节省传输频带，提高信道的频带利用率，还可以减少串扰。串扰是指同一电缆内不同线对之间的相互干扰，基带信号的高频分量越大，则对邻近线对产生的干扰就越严重。

（3）码型中应包含定时信息;（4）码型具有一定检错能力;若传输码型有一定的规律性，则就可根据这一规律性来检测传输质量，以便做到自动监测。

7/26/202312（5）编码方案对发送消息类型不应有任何限制，即能适用于信源变化;这种与信源的统计特性无关的性质称为对信源具有透明性。（6）低误码增殖;对于某些基带传输码型，信道中产生的单个误码会扰乱一段译码过程，从而导致译码输出信息中出现多个错误，这种现象称为误码增殖。

（7）高的编码效率；（8）编译码设备应尽量简单。

7/26/2023134.1.2数字基带信号的常用码型7/26/2023141.单极性非归零（NRZ）码

二进制符号“1”和“0”分别对应正电平和零电平，在整个码元持续时间电平保持不变。单极性NRZ码的主要特点：

（1）有直流分量，无法使用一些交流耦合的线路和设备；

（2）不能直接提取位同步信息；

（3）抗噪性能差；

（4）传输时需一端接地。

7/26/2023152.双极性不归零（NRZ）码

“1”和“0”分别对应正、负电平，其特点为：（1）直流分量小。当二进制符号“1”、“0”等可能出现时，无直流成分；（2）接收端判决门限为0，容易设置并且稳定，因此抗干扰能力强；（3）可以在电缆等无接地线上传输。7/26/2023163.单极性归零（RZ）码归零码是指它的有电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电平。优点是可以直接提取同步信号，它是其它码型提取同步信号需采用的一个过渡码型。

4.双极性归零（RZ）码

双极性归零码具有双极性不归零码的抗干扰能力强及码中不含直流成分的优点，应用比较广泛。7/26/2023175.差分码

在差分码中，“1”、“0”分别用电平跳变或不变来表示。编码：遇到“1”状态反转、“0”状态不变；译码：有变化为“1”，没变化为“0”。特点：即使接收端收到的码元极性与发送端完全相反，也能正确地进行判决。7/26/2023184.1.3数字基带信号功率谱任意码元时间内和出现的概率为P和1-P，既有：7/26/2023194.1.3数字基带信号功率谱

不同形式的数字基带信号具有不同的频谱结构，分析数字基带信号的频谱特性，以便合理地设计数字基带信号。可以证明，随机脉冲序列双边功率谱为：7/26/202320结论：

（1）随机脉冲序列功率谱包括两部分：连续谱（第一项）和离散谱（第二项）。

（2）当、、p及给定后，随机脉冲序列功率谱就确定了。

下面，以矩形脉冲构成的基带信号为例，通过几个有代表性的特例对式（4-3）的应用及意义做进一步的说明。p917/26/2023214.2

基带系统的脉冲传输与码间干扰

4.2.1数字基带系统的工作原理7/26/2023227/26/2023234.2.2基带传输系统的码间串扰传输过程中第4个码元发生了误码，产生该误码的原因就是信道加性噪声和频率特性。基带传输系统的数学模型如图所示：发送滤波器输入信号可以表示为：

7/26/202324发送滤波器至接收滤波器总的传输特性为：则由图可得抽样判决器的输入信号为：为了判定第j个码元aj的值，应在瞬间对y(t)抽样。显然，此抽样值为：7/26/202325第K个码元波形的抽样值

码间干扰

噪声7/26/202326TS2TS3TS7/26/2023274.2.3码间串扰的消除从数学表示式看，只要即可消除码间干扰，但ak是随机变化的，要想通过各项互相抵消使码间串扰为0是不可能的。只能依靠系统冲激响应在采样点处为零。

7/26/2023287/26/2023297/26/2023307/26/202331奈奎斯特定理

7/26/2023327/26/2023337/26/202334

4.3.3实用的无码间串扰基带传输特性

理想冲激响应的尾巴衰减很慢的原因是系统的频率特性截止过于陡峭，进行“圆滑”处理可以减小拖尾，通常被称为“滚降”。而滚降系数定义为：

7/26/2023354.4无码间串扰基带系统的抗噪声性能

码间串扰和噪声是影响接收端正确判决，从而造成误码的因素。本节来讨论噪声引起的误码率。

7/26/202336若二进制基带信号为双极性，则在抽样时刻x(t)的取值为：

7/26/202337设判决门限为Vd，则

，判为“1”码，判为“0”码

可能出现两种判决错误：原“1”错判成“0”或原“0”错判成“1”，图中带“×”的码元就是错码。下面分析由于信道加性噪声引起这种误码的概率，即误码率。

7/26/202338单极性的最佳判决门限电平为A/2双极性的最佳判决门限点评为07/26/2023394.5眼图

眼图就是用的实验方法宏观监测系统的性能。

4.5.1眼图的概念眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。7/26/2023404.5.2眼图形成原理及模型7/26/202341

1.无噪声时的眼图眼图的“眼睛”张开的大小反映着码间串扰的强弱。“眼睛”张的越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。。7/26/202342

2.存在噪声时的眼图当存在噪声时，观察到的眼图的线迹会变得模糊不清。若同时存在码间串扰，“眼睛”将张开得更小。与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正的细线迹，变成了比较模糊的带状线，而且不很端正。噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正。7/26/2023433.眼图的模型7/26/202344（1）最佳抽样时刻在“眼睛”张最大的时刻。（2）对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。

（3）在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信