《现代通信技术》课件第四章 数字信号基带传输系统

学习目的与要求：

掌握模数字信号基带传输的概念、目的以及实现方式。重点与难点内容：数字基带传输的定义、常用码型及功率谱码间串扰的定义、无码间串扰的传输系统眼图的概念及观测方法时域均衡的原理及应用信道编码规则差错控制编码的控制及纠错方式、线性分组码的编码及特点2024/5/191主要内容4.1数字基带传输系统4.2数字基带传输的码型4.3无码间串扰的基带传输系统4.4眼图4.5均衡技术4.6差错控制编码2024/5/1924.1数字基带传输系统图4-1数字基带传输系统2024/5/1934.1数字基带传输系统（1）信道信号形成器（发送滤波器）其功能是产生适合于信道传输的基带信号波形。（2）信道即允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，如双绞线、同轴电缆等。（3）接收滤波器用来接收信号，尽可能滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性

进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。2024/5/1944.1数字基带传输系统（4）抽样判决器在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由定位时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。（5）定时脉冲和同步提取用来抽样的位定时脉冲依靠同步提取电路从接收信号中提取，位定时的准确与否将直接影响判决效果。2024/5/1954.2数字基带传输的码型4.2.1数字基带传输的码型原则

原理上数字信息可以表示成一个数字代码序列。例如，计算机中的信息是以约定的二进制代码“0”和“1”的形式存储。但是，在实际传输中，为了匹配信道的特性以获得令人满意的传输效果，需要选择不同的传输波形来表示“0”和“1”。

数字基带信号可用不同形式的电脉冲出现，电脉冲的存在形式称为码型。2024/5/1964.2.1数字基带传输的码型原则数字信号用电脉冲表示的过程称为码型编码或码型变换，由码型还原为原来数字信号的过程称为码型译码。对传输用的基带信号主要有以下两个方面的要求：（1）对代码的要求：原始消息代码必须编成适合于传输用的码型。（2）对所选码型的电波要求：电波形应适合于基带系统的传输。2024/5/1974.2.1数字基带传输的码型原则码型选择原则：（1）不含直流，且低频分量尽量少；（2）应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号；（3）功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带；（4）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；（5）具有内在的检错能力，即码型应具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观监测；（6）编译码简单，以降低通信延时和成本。2024/5/1984.2.2常用码型图4-2单极性和双极性不归零码2024/5/1991、单极性不归零码信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码0和1，或者说，它在一个码元时间内用脉冲的有或无来对应表示1或0码。在表示一个码元时，电压均无需回到零，故称为非归零码。2、双极性不归零码在双极性不归零码中，脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码1、0，如图4-2(b)所示，由于它是幅度相等极性相反的双极性波形，故当0、1符号等概率出现时无直流分量。4.2.2常用码型2024/5/19104.2.2常用码型图4-3单极性和双极性归零码2024/5/19113、单极性归零码在传送“1”码时发送1个宽度小于码元持续时间的归零脉冲，在传送“0”码时不发送脉冲。其特征是所用脉冲宽度比码元宽度窄，即还没有到一个码元终止时刻就回到零值，因此，称其为单极性归零码。4、双极性归零码每个码元内的脉冲都回到零点，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。它除了具有双极性不归零波形的特点外，还有利于同步脉冲的提取。4.2.2常用码型2024/5/19124.2.2常用码型AMI码，即1码通常称为传号，0码则叫空号。AMI码是传号交替反转码。其编码规则是将二进制消息代码“1”交替地变换为传输码的“+1”和“-1”，而“0”保持不变。图4-4AMI编码5、AMI码2024/5/19134.2.2常用码型6、HDB3码代码100001000011000011AMI码-10000+10000-1+10000-1+1HDB3码-1000-V+1000+V-1+1-B00-V+1-1图4-5HDB3编码2024/5/19144.2.2常用码型7、曼彻斯特码图4-6曼彻斯特码2024/5/19154.2.2常用码型8、密勒码9、CMA码图4-7数字双相码、密勒码、CMI码比较2024/5/19164.2.3数字基带信号的功率谱数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数，所以只能用功率谱来描述它的频谱特性。数字基带信号的功率谱计算相当复杂，一种比较简单的方法是以随机过程功率谱的原始定义为出发点，求出数字随机序列的功率谱公式。2024/5/19174.2.3数字基带信号的功率谱图4-8随机脉冲序列波形

2024/5/19184.2.3数字基带信号的功率谱图4-9二进制基带信号的功率谱密度

（2）单极性基带信号是否存在离散线谱取决于矩形脉冲的占空比，单极性归零信号中有定时分量，可直接提取。2024/5/19194.3无码间串扰的基带传输系统4.3.1码间串扰图4-10码间串扰2024/5/19204.3.1码间串扰

2024/5/19214.3.2消除码间串扰4-11消除码间串扰原理

2024/5/19224.3.2消除码间串扰4-12理想低通系统的传输特性和冲击响应234.3.3无码间串扰的滚降系统图4-13滚降特性构成

2024/5/19244.3.3无码间串扰的滚降系统图4-14余弦滚降系统频谱及响应2024/5/1925

4.3.3无码间串扰的滚降系统2024/5/19264.3.4部分响应基带传输系统图4-15部分响应波形及频谱2024/5/1927由波形图可知部分响应信号具有如下特点：4.3.4部分响应基带传输系统（1）合成的部分响应信号在相同进制的条件下，其频带的利用率与理想低通特性传输系统的频带利用率相同。用部分响应信号的脉冲波形作为系统的传输波形，当以码元宽度为间隔进行判决时，只会在相邻的两个码元之间发生串扰，其他判决时刻不会发生串扰。2024/5/19284.3.4部分响应基带传输系统

2024/5/19294.3.4部分响应基带传输系统（3）部分响应虽然解决了理想低通特性的缺点，但它是以相邻两个码元取样时刻出现一个与接发端取样值相同幅度的串扰为代价的。由于存在固定幅度的串扰，使部分响应信号序列中出现了新的取样值，称为“伪电平”。这个伪电平会造成误码的扩散，即一个码元错判时，会造成后几个码元的错判。2024/5/19304.3.4部分响应基带传输系统图4-16第I类部分响应系统组成2024/5/19314.4眼图4.4.1眼图的概念

2024/5/19324.4.2眼图的形成原理及模型图4-17基带信号及其观测眼图2024/5/1933只要示波器扫描频率和信号同步，不存在码间干扰和噪声时，每次重叠上去的迹线都会和原来的重合，这时的迹线既细又清晰；若存在码间干扰，序列波形变坏，就会造成眼图迹线杂乱，“眼皮”厚重，甚至部分闭合，噪声越大，线条越宽，越模糊，“眼睛”张开得越小。4.4.2眼图的形成原理及模型2024/5/19344.4.2眼图的形成原理及模型图4-18标准眼图模型2024/5/19354.4.2眼图的形成原理及模型图4-19实际眼图2024/5/19364.5均衡技术时域均衡利用均衡器产生的时间波形去直接校正已畸变的波形，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰条件。利用接收波形本身来补偿以消除取样点的符号干扰，提高判决的可靠性。频域均衡是从校正系统的频率特性出发，使包括均衡器在内的基带系统的总特性满足无失真传输条件；利用幅度均衡器和相位均衡器来补偿传输系统幅频特性和相频特性的不理想，即保证传输系统对各频率分量具有相同的传输系数和相同的传输时延，这样就可消除符号间干扰。4.5.1均衡的概念2024/5/19374.5.2时域均衡的基本原理图4-20可调横向滤波器2024/5/1938

4.5.2时域均衡的基本原理2024/5/19394.6差错控制编码

4.6.1信道编码的基本概念

由于实际的通信信道存在干扰和衰落，在信号传输过程中将出现差错，例如在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图像的跳跃、不连续、出现马赛克等现象，故对数字信号必须采用纠、检错技术，即纠、检错编码技术，以增强数据在信道中传输时抵御各种干扰的能力，提高系统的可靠性。对要在信道中传送的数字信号进行的纠、检错编码就是信道编码。

提高数据传输效率，降低误码率是信道编码的任务。2024/5/19404.6.2差错控制编码的控制方式图4-21差错控制方式2024/5/19414.6.2差错控制编码的控制方式（1）重发纠错（ARQ）这种方式在是发信端采用某种能发现一定程度传输差错的简单编码方法对所传信息进行编码，加入少量监督码元，在接收端则根据编码规则对收到的编码信号进行检查，一量检测出有错码时，即向发信端发出询问的信号，要求重发。发信端收到询问信号时，立即重发已发生传输差错的那部分信息，这样不断持续直到正确收到为止。2024/5/19424.6.2差错控制编码的控制方式（2）前向纠错（FEC）这种方式是发信端将信息码经信道编码后变成能够纠正错误的码，然后通过信道发送出去；收信端收到这些码组后，根据与发信端约定好的编码规则，通过译码能自动发现并纠正因传输带来的数据错误。前向纠错方式只要求单向信道。2024/5/19434.6.2差错控制编码的控制方式（3）混合纠错（HEC）这种方式可以将少量纠错在接收端自动纠正，而当差错较严重，超出自行纠正能力时，就向发信端发出询问信号，要求重发。因此，“混合纠错”是“前向纠错”及“反馈纠错”两种方式的混合。2024/5/19444.6.3纠错编码原理

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4.6.3纠错编码原理2024/5/1946

4.6.3纠错编码原理2024/5/1947数据信息1V2V3V4V数据编码000110114.6.3纠错编码原理表4-12位编码表表4-23位编码表数据信息1V2V3V4V××××数据编码0000111011100010101001112024/5/1948

4.6.3纠错编码原理结论2024/5/19494.6.4常用差错控制编码1、奇偶校验码

奇偶校验码是通信中最常见的一种简单检错码，其编码规则是：把信息码先分组，形成多个许用码组，在每一个许用码组最后（最低位）加上一位监督码元即可。加上监督码元后使该码组中1的数目为奇数的编码称为奇校验码，为偶数的编码称为偶校验码。根据编码分类，可知奇偶校验码属于一种检错、线性、分组系统码。2024/5/19504.6.4常用差错控制编码2、正反码表4-3正反码检纠错方法可能的情况校验码组的组成错码情况1全为“0”无错码2有4个“1”，1个“0”信息码中有一位错码，其位置对应校验码组中“0”的位置3有4个“0”，1个“1”信息码中有一位错码，其位置对应校验码组中“1”的位置