数字基带传输系统-通信原理.ppt

1、1.沟通原则，2。通信原理，第6章数字基带传输系统，3。第五章数字基带传输系统，主要内容：数字基带信号的频谱结构，码间干扰的基本概念，奈奎斯特第一准则，奈奎斯特第二准则，时域均衡的基本概念，抗噪声性能的分析方法，重点：基带信号的频谱特性，常用模式的规则和选择方法，奈奎斯特准则的应用，4。第6章数字基带，时域均衡器2。掌握基带信号的时域特性，如波形、码型和频谱特性。3.掌握数字基带传输系统的基本模型和数字基带系统中符号间干扰的概念。4.消除符号间干扰、降低加性噪声干扰和提高系统抗噪声性能的方法。5.基带传输系统评估方法眼图法：提高基带信号传输质量的两项措施。第六章数字基带传输系统，总结了数字基带

2、信号中未调制的数字信号，其占用频谱从零频率或极低频开始。数字基带传输系统是一种不需要载波调制直接传输数字基带信号的系统，通常在传输距离不太远时使用。数字带通传输系统包括调制和解调过程。之所以研究数字基带传输系统，是因为基带传输模式广泛应用于短距离数据通信系统中，并且有快速发展的趋势。基带传输包含许多带通传输的基本问题。任何采用线性调制的带通传输系统都可以等同于基带传输系统。6、7、信道信号形成器、接收滤波器、采样判决器、信道、基带脉冲输入、基带脉冲输出、基带传输系统基本结构框图：调制器、解调器、信道、基带脉冲输入、基带脉冲输出、频带传输系统基本结构框图：8、数字基带信号传输基本模型。均衡器对输

3、入信号执行一些处理，以消除或削弱信道引入的失真。过滤器过滤掉附加干扰。检测器“观察”多重失真信号，并根据预先预测的规律对其进行判断，并将其转换成规则信号。同步器同步提取装置，向检测器提供位同步脉冲，向解码器提供帧同步信号。数字基带信号传输的基本模型，各部件的作用：10、基带系统点波形示意图，(a)基带信号；(b)在代码类型转换之后；(c)变换(a)的码型和波形，这适合于在信道中传输；(d)通道输出信号，波形失真，噪声叠加；(e)接收滤波器的输出波形，并与(d)相比减少失真和噪声；(f)比特定时同步脉冲；恢复的信息。11，在上面的例子中，第四符号具有错误代码，其中一个是信道的附加噪声，另一个是波

4、形延迟、加宽、拖尾和由不令人满意的传输特性(包括接收和发送滤波器以及信道的特性)引起的其他失真，这使得符号彼此串扰。此时，实际采样决策值不仅包括该符号的值，还包括在该符号采样时其他符号的串扰值和噪声。显然，接收机能否正确地恢复信息取决于它能否有效地抑制噪声和减少符号间干扰。12，第6章数字基带传输系统，6.1数字基带信号及其频谱特性，6.1.1数字基带信号的几种基本基带信号波形，13，第6章数字基带传输系统，单极性波形：该波形的特点是电脉冲之间没有间隔，单极性，易于由TTL和CMOS电路产生；缺点是存在DC分量，这要求传输线具有DC传输能力。因此，它不适合带交流耦合的长距离传输，只适合计算机内

5、部或非常短的距离传输。双极波形：当“1”和“0”的概率出现时，没有DC分量，这有利于信道中的传输。此外，t的决策层通常，归零波形使用半占空比代码，即占空比为50%。定时信息可以直接从单极RZ波形中提取。与归零波形相对应，上述单极性波形和双极性波形属于非归零(NRZ)波形，占空比等于100。双极性归零波形：具有双极性和归零波形的特点。因此，接收端可以容易地识别每个符号的开始和结束时间，这便于同步。15，第6章数字基带传输系统，差分波形：消息代码由电平跳变和相邻符号的不变性来表示。在图中，“1”用电平跳变表示，“0”用电平不变性表示。它也被称为相对码波形。利用差分波形传输代码可以消除设备初始状态的

6、影响。多电平波形：可提高频带利用率。该图显示了一个四电平波形2B1Q。16，第6章数字基带传输系统，不同代码类型的应用单极性代码包含DC分量，不适合在线路上传输，通常仅在设备内部使用。交替标记反转和交替极性码的DC分量基本为零，更适合在线路中传输。多电平信号传输速率高，抗噪声性能差，更适用于要求高传输速率和低信道噪声的场合。17，第6章数字基带传输系统，数字基带信号的表达：代表信息符号的单个脉冲的波形不一定是矩形的。如果表示每个符号的波形相同，电平值不同，则数字基带信号可以表示为：其中电平值Ts对应于符号持续时间g(t)的第n个符号。通常，数字基带信号可以表示为随机脉冲序列；其中sn(t)可以

7、具有n个不同的脉冲波形。18，第6章数字基带传输系统，6.1.2基带信号的频谱特性本小节讨论的问题是数字基带信号是随机脉冲序列，没有明确的频谱函数，因此其频谱特性只能用功率谱来描述。根据随机过程功率谱的原始定义，得到数字随机序列的功率谱公式。随机脉冲序列的表达式是二进制随机脉冲序列，如下图所示：19。第六章数字基带传输系统。在图中，Ts符号宽度g1(t)和g2(t)分别表示消息代码“0”和“1”，它们是任意波形。假设g1(t)和g2(t)出现在序列中任何符号时间Ts的概率分别为P和(1-P)，并且它们的出现在统计上是独立的，则该序列可以表示为：20，随机脉冲序列示意波形，21，第6章数字基带传

8、输系统。为了使频谱分析的物理概念清晰并简化推导过程，我们可以把s(t)称为稳态波，即随机序列s(t)的统计平均分量，取决于每个符号中出现g1(t)和g2(t)的加权平均概率，因此可以表示v(t)是以t s为周期的周期信号，因为每个符号中v(t)的统计平均波形是相同的。在第六章数字基带传输系统中，交变波u(t)是s(t)和v(t)的差，也就是说，在公式中，或者在公式中，很明显u(t)是一个随机脉冲序列。在第6章，数字基带传输系统中，v(t)的功率谱密度Pv(f)可以发展成傅里叶级数表达式，因为它在(-Ts/2，Ts/2)的范围内，所以在第6章，数字基带传输系统中，因为根据周期信号的功率谱密度与傅

9、里叶系数之间的关系，功率谱密度为、25。在第六章中，u(t)的功率谱密度Pu(f)是一个幂型的随机脉冲序列，因此它的功率谱密度可以用截断函数和统计平均法来计算。频谱函数对应于UT(f)u(t)的截断函数uT(t)；e统计平均T-截距时间，让它等于(2N 1)个符号的长度，也就是说，在T=(2N 1)中，n是一个足够大的整数。此时，上述公式可写成第六章数字基带传输系统第二十六章。现在，首先找出uT(t)的频谱函数。因此，第六章数字基带传输系统，所以它的统计平均值是因为当m=n时，第六章数字基带传输系统，当mn时，所以从上面的计算可以看出，统计平均值Pu(f公式只存在于m=n时，所以有第六章数字基

10、带传输系统，所以它可以被替代。一般来说，随机序列的带宽可以根据连续谱来确定。在第六章数字基带传输系统中，由于s(t)=U (t) V (t)，随机序列s(t)的功率谱密度可以通过加入以下两个公式得到，即上述公式是一个双边功率谱密度表达式。如果写为单边，则有第6章数字基带传输系统、31，其中fs=1/Ts符号速率；符号宽度(持续时间)G1(f)和G2(f)分别是g1(t)和g2(t)的傅立叶变换。32.第六章数字基带传输系统，从上述公式可以看出，二进制随机脉冲序列的功率谱Ps(f)可以包含连续谱(第一项)和离散谱(第二项)。连续谱总是存在的，因为代表数据信息的g1(t)和g2(t)波形不完全相同

11、，所以有G1 (f)和G2 (f)。频谱的形状取决于g1(t)和g2(t)的频谱和出现概率P。离散频谱是否存在取决于g1(t)和g2(t)的波形及其出现概率P。通常，它总是存在的，但是当双极信号g1(t)=-g2(t)=g(t)和概率P=1/2(等概率)时，不存在离散分量(f-mfs)。根据离散频谱，可以确定随机序列是否具有DC分量和定时分量。第六章数字基带传输系统功率谱分析的意义：1 .根据功率谱，我们可以知道信号功率主要集中在哪个频率范围，从而可以考虑系统应该具有的传输带宽。2.单极信号的功率谱包含角频率s=2/Ts的离散谱线，因此如果接收机试图提取这一分量，就可以获得所需的符号同步信息。

12、这是我们关心离散频谱的主要原因。34，第6章数字基带传输系统，例6-1计算单极NRZ和RZ矩形脉冲序列的功率谱。【解决方案】对于单极性波形：如果将g1(t)=0，g2(t)=g(t)代入下式，可以得到随机脉冲序列的双边功率谱密度。当P=1/2时，上述公式简化为，35，第6章数字基带传输系统，讨论：如果波形G2表示“1”码(。如果m是不等于零的整数，则频谱Ps(f)中的离散频谱为零，因此不存在时序分量。36，第6章数字基带传输系统，此时，以下等式变为，37，第6章数字基带传输系统，如果表示“1”码的波形g2(t)=g(t)是半占空比、归零矩形脉冲，如果m是奇数，则存在离散频谱，因此存在定时分量(

13、当m=1时)。如果m是偶数，则没有离散谱，功率谱Ps(f)变为、38，NRZ:RZ:39。第六章数字基带传输系统，单极性信号的功率谱密度在下图中用实线和虚线表示，对于双极性波形，40，6解决方案:如果g1(t)=-g2(t)=g(t)，当P=1/2时，上述公式可改为，41。第六章数字基带传输系统，讨论：如果g(t)是高度为1的NRZ矩形脉冲，那么上面的公式可以写成g(t推论：双极信号，与T无关，如果是0k1，Pv(f)=0Ps(f)只有连续谱，没有离散谱。谱特征不仅反映了功率谱的计算，而且可以根据离散谱的存在与否来判断是否能从S(t)中提取出所需的定时信息。频谱特性在比特同步和载波同步的研究中

14、起着重要的作用。假设v(t)=0，证明了：44。第六章数字基带传输系统，在下图中，双极信号的功率谱密度曲线用实线和虚线表示。第六章数字基带传输系统，从以上两个例子可以看出，二进制基带信号的带宽主要取决于单个符号波形的频谱函数G1(f)和G2(f)。时间波形的占空比越小，占用的频带越宽。如果按频谱的第一个零点计算，NRZ(=Ts)基带信号的带宽为BS=1/=FS；RZ(=Ts/2)基带信号的带宽为BS=1/=2fs。其中fs=1/Ts是比特定时信号的频率，它在数字上等于符号速率RB。单极基带信号是否具有离散线谱取决于矩形脉冲的占空比。单极NRZ信号中没有定时分量，因此如果要获得定时分量，需要对波

15、形进行变换。单极RZ信号包含定时成分，可以直接提取。具有几乎“0”、“1”等的双极信号没有离散频谱，即没有DC分量和定时分量。46，第6章数字基带传输系统，6.2基带传输的通用代码在实际的基带传输系统中，并非所有代码的电波形都可以在信道中传输。例如，上述包含DC分量和丰富低频分量的单极基带波形不适合在低频传输特性差的信道中传输，因为它可能导致严重的信号失真。例如，当消息代码包含一长串连续的“1”或“0”符号时，非零波形呈现连续的固定电平，因此不可能获得定时信息。发送“0”时，单极性归零码也有同样的问题。47，第6章数字基带传输系统，传输基带信号的主要要求：代码要求：原始消息代码必须编译成适合传

16、输的代码类型；对所选编码类型的电波形的要求：电波形应适合基带系统的传输。前者属于传输码类型的选择，而后者是基带脉冲的选择。这是两个独立且相关的问题。本节首先讨论代码类型的选择。48，第6章数字基带传输系统，6.2.1传输码的码型选择原则不包含DC，低频分量尽可能小；它应该包含丰富的定时信息，以便从接收的码流中提取定时信号。功率谱主瓣宽度窄，节省传输频带；不受信息源统计特性的影响，即能适应信息源的变化；它具有固有的错误检测能力，即代码模式应该具有一定的规律性，以便利用这种规律性进行宏观监控。编码和解码是简单的，以减少通信延迟和成本。有许多类型的传输代码满足或部分满足上述特性，下面将介绍几种常用的

17、传输代码。49，第6章数字基带传输系统，6.2.2几种常用的传输码类型AMI码：交替反转码的编码规则：消息码的“1”(信号)交替转换为“1”和“-1”，而“0”(空)保持不变。示例：消息代码：0110000000110011AMI代码：0-1 1000001 1001 1ami代码对应于具有正、负和零电平的脉冲序列。50，第6章数字基带传输系统，AMI码的优点：无DC分量，高频和低频分量少，编码和解码电路简单，并且可以利用交替信号极性定律观察到误码；如果是AMI-RZ波形，接收后经过全波整流后可以变成单极RZ波形，从中可以提取出位定时分量AMI码。缺点是当原始代码出现长串“0”时，信号电平不会长时间跳变，这使得提取定时信号变得困难。解决“0”码连接问题的有效方法之一是使用HDB码。51，第6章数字基带传输系统，HDB3码：三阶