7交大通信技术基础课件

第三章数字基带传输系统第一节数字基带信号及其频谱特性第二节基带传输的常用码型第三节基带脉冲传输与码间干扰第四节无码间干扰的基带传输特性第五节部分响应系统第六节无码间干扰的基带系统抗噪声性能基带传输系统的基本结构不经过调制和解调装置而直接传送基带信号的系统称为基带传输系统。基本结构如下图所示：信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号；信道是允许基带信号通过的媒质；接收滤波器是用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰的；抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号的。包括了调制和解调过程的传输系统称为频带传输系统，如下图所示：研究基带传输的意义第一：即使在频带传输制里也同样存在基带传输问题，基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题；第二：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。它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输；第三：理论上也可以证明，任何一个采用线性调制的频带传输系统，总是可以由几个等效的基带传输系统所替代。第一节数字基带信号及其频谱特性一、数字基带信号数字基带信号，就是消息代码的电波形。几种最基本的基带信号波形如下：组成基带信号的单个码元波形并非一定是矩形的，还可以是升余弦脉冲、高斯型脉冲、半余弦脉冲等等。若令代表二进制符号的“0”，代表二进制符号的“1”，码元的间隔为，则基带信号可表示成：代表第n个信息符号所对应的电平值（0、1或-1、+1等）由于是信息符号所对应的电平值，它是一个随机量。因此，通常在实际中遇到的基带信号都是一个随机的脉冲序列。2、基带信号的频谱特性设序列中任一码元时间内和出现的概率分别为P和l-P，且认为它们的出现统计独立，则有：、的频谱函数分别为、，。则上述基带信号的功率谱密度为：

2、基带信号的频谱特性（续）随机脉冲序列的功率谱密度可能包括两个部分：连续谱离散谱结果的意义：一、能使我们了解随机脉冲序列频谱的特点，以及任何具体计算它的功率谱密度；二、利用它的离散谱是否存在这一特点，将使我们目前能否从脉冲序列中直接提取离散分量，以及采用怎样的方法可以从基带脉冲序列中获得所需的离散分量。几种基带信号的功率谱密度1、单极性波形：若设，，的频谱函数为，则随机脉冲序列的功率谱密度为

当，且为矩形脉冲，即其频谱函数为那么，上式将变成：2、双极性波形若设，则随机脉冲序列的功率谱密度为

当，上式变为且前述脉冲，上式将变成3、单极性归零波形：若设，，则随机脉冲序列的功率谱密度为

当，且为矩形脉冲，即其频谱函数为那么，上式将变成4、双极性归零波形若设，则随机脉冲序列的功率谱密度为

当，上式变为且则有第二节基带传输的常用码型一、基带信号与传输码传输基带信号的主要要求:（1）传输码型的选择：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）基带脉冲的选择：对所选码型的电波形要求，期望电波形适宜于在信道中传输。传输码结构特性（1）能从其相应的基带信号中获取定时信息；（2）相应的基带信号无直流成分和只有很小的低频成分；（3）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；（4）尽可能地提高传输码型的传输效率；（5）具有内在的检错能力，等等；1、AMI码（传号交替反转码）编码规则代码0（空号）仍变换为传输码的0，而把代码中的1（传号）交替变换成传输码的+1、-1、+1、-1、…。消息代码：10011000111…AMI码：＋100–l＋1000-1+1-1…AMI码特点AMI码传号交替反转，其带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。AMI码从一个二进制符号序列变成了一个三进制符号序列，称为1B／1T码型。AMI码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连0串，因而会造成提取定时信号的困难。2、HDB3码（三阶高密度双极性码）编码原理1、把消息代码变换成AMI码。2、检查AMI码的连0串情况。当没有4个以上连0串时，则这时的AMI码就是HDB3码；当出现4个以上连0串时，则将每4个连0小段的第4个0变换成与其前一非0符号（+1或-1）同极性的符号。显然，这样做可能破坏AMI码的‘极性交替反转”的规律。这个符号就称为破坏符号，用V符号表示（即+1记为+V，-1记为-V）。2、HDB3码（三阶高密度双极性码）编码原理（续）3、为使附加V符号后的序列不破坏“极性交替反转”造成的无直流特性，还必须保证相邻V符号也应极性交替。当相邻V符号之间有奇数个非0符号时，则是能得到保证的；当有偶数个非0符号时，则就得不到保证，这时再将该小段的第1个0变换成+B或-B，B符号的极性与前一非0符号的相反，并让后面的非0符号从V符号开始再交替变化。HDB3码编码示例代码：100001000011000011AMI码：-100000-l＋l0000-1-V+V-1＋l000+V-1+1HDB3码：-1000-V＋V-1＋l-B00-V＋1-12、HDB3码HDB3码译码规则：每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性（包括B在内）。从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连0码，再将所有-1变成+1后便得到原消息代码。HDB3码的特点是明显的，它除了保持AMI码的优点外，还增加了使连0串减少到至多3个的优点，而不管信息源的统计特性如何。这对于定时信号的恢复是十分有利的。HDB3码是CCITT推荐使用的码之一。3、Manchester码（双相码）它是对每个二进制代码分别利用两个具有2个不同相位的二进制新码去取代的码。编码规则之一是：0→01（零相位的一个周期的方波）1→10（π相位的一个周期的方波）例如：代码

1 1 0 0 1 0 1 双相码

10 10 01 01 10 01 103、Manchester码（双相码）双相码的特点是只使用两个电平，不像前面的三种码具有三个电平。这种码既能提供足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程简单。但这种码的带宽要宽些。双相码适合于数据终端设备在短距离上的传输。如由Xerox、DEC、Intel公司共同开发的Ethernet网中采用数字双相码作为线路传输码型。4、CMI码（传号反转码）其编码规则为：“1”码交替用“11”和“00”表示；“0”码用“01”表示。这种码型有较多的电平跃变，含有丰富的定时信息。该码已被CCITT推荐为PCM四次群的接口码型。在光缆传输系统中有时也用作线路传输码型。nBmB码把原信息码流的n位二进制码作为一组，变换为m（m>n）位二进制码作为新的码组，称为nBmB码。由于m>n，故可以从中选择一部分有利码组作为可用码组，其余为禁用码组，以获得好的特性。双相码、CMI码就是1B2B码。在光纤数字传输系统中，通常选择m＝n＋l，取1B2B码、2B3B码以及5B6B码等，其中5B6B码已实用化，用作三次群和四次群线路传输码。第三节基带脉冲传输与码间干扰1、基带脉冲传输接收基带波形的识别基带系统的数学模型基带系统的数学表达

为发送滤波器的输入符号序列。在二进制的情况下，符号取值为0、1或-1、＋1。这个序列对应的基带信号表示成：当激励发送滤波器（即信道信号形成器）时，发送滤波器将产生信号，它可表示成：是单个作用下形成的发送基本波形。设发送滤波器的传输特性为，则由下式确定：信号通过信道时会产生波形畸变，同时还要叠加噪声。因此，若设信道的传输特性为，接收滤波器的传输特性为则接收滤波器输出信号为:

为加性噪声通过接收滤波器后的波形。送入识别电路，并由该电路确定的取值。假定识别电路是一个抽样判决电路（在性能良好的接收系统里，通常选用抽样判决方法），则对信号抽样的时刻一般在，其中k是相应的第k个时刻，是可能的时偏。为了确定的取值，必须根据式首先确定在该样点上的值

式中，右边第一项是第k个接收基本波形在上述抽样时刻上的取值，它是确定信息的依据；第二项是接收信号中除第k个以外的所有其他基本波形在第k个抽样时刻上的总和（代数和），我们称这个值为码间干扰值。由于是以某种概率出现的，故这个值通常是一个随机变量；第三项显然是一种随机干扰。由于码间干扰和随机干扰的存在，故当加到判决电路时，对取值的判决就可能判对也可能判错。由此可见，为使基带脉冲传输获得足够小的误码率，必须最大限度地减小码间干扰和随机噪声的影响。这也是研究基带脉冲传输的基本出发点。第四节无码间干扰的基带传输特性一、Nyquist第一准则基带传输特性的分析模型如下所示输入基带信号为设系统的冲激响应为，其中故系统的输出基带信号为所谓无码间干扰，即若对在时刻抽样，则应有下式成立:这就是说，的值除t=0时不为零外，在其他所有抽样点上均为零。此时不存在码间干扰。因为现把上式的积分区间用角频率间隔分割，则可得作变量代换：令于是设求和与积分的次序可以互换（当上式之和为一致收敛时），上式即可写成如果下式成立此时该波形除k=0处有值外，其他抽样点均为0，因此令则基带系统的总特性凡是能符合要求的，均可消除码间干扰。该准则是奈奎斯特（Nyquist）提出的，称为奈奎斯特第一准则。

的物理意义就只要检查在区间上能否叠加出一根水平直线（即为某常数），至于是否为是不必需的。

最简单的一种理想低通型：其系统冲激响应为：输入数据若以波特速率进行传送时,则在抽样时刻上的码间干扰是不存在的；如果该系统用高于波特的码元速率传送时，将存在码间干扰。如果该系统用低于波特的码元速率传送时，可能存在码间干扰，可能不存在码间干扰。系统最高频带利用率：单位频带内的码元传输速率。频带利用率越高，则系统的有效性就越好。此时系统的频率宽度为1/2Ts(Hz)

，而最高码元速率为1/Ts(B)

，故这时的系统最高频带利用率为2波特／赫。

设系统频率为W（赫），则该系统无码间干扰时最高的传输速率为2W（波特）。这个传输速率通常被称为奈奎斯特速率。二、升余弦滚降滤波器理想低通滤波特性虽然达到了系统有效性能的极限，可是这种特性有两个问题：1、无法物理实现；2、其波形的“尾巴”——衰减振荡幅度较大，定时（抽样时刻出现偏差）要求严格，一般不采用理想低通滤波特性，而只把这种情况作为理想的“标准”或者作为与别的系统特性进行比较时的基础。二、升余弦滚降滤波器考察定义在区间上的。显然，由前面内容可知：把按区间的宽度分割成三段：只要这三段在上能叠加出理想滤波特性来，则这样的也能消除码间干扰。

可用下式表示可用下式表示升余弦特性所形成的波形，除抽样t=0点时不为零外，其余所有抽样点上均为零值。不仅如此，它在两抽样点之间还有一个零点，而且它的“尾巴”相对波形衰减比较快，对于减小码间干扰及对定时都有利，但升余弦特性的频带利用率为1波特／赫。图中的可视为在一定限定条件下将“圆滑”的结果。这个限定条件可