通信原理 精品 內(nèi)部資料數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)

1、.,第5章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng),現(xiàn)代通信原理（第三版） 宋祖順?biāo)螘郧谒纹?電子工業(yè)出版社,.,數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng),1,數(shù)字基帶信號(hào),2,碼間串?dāng)_,3,數(shù)字基帶系統(tǒng)的理想傳輸特性,4,無(wú)碼間串?dāng)_時(shí)噪聲對(duì)傳輸特性的影響,第5章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng),眼圖,部分響應(yīng)技術(shù),.,幾個(gè)問(wèn)題,何謂“數(shù)字基帶系統(tǒng)”？ 數(shù)字基帶（baseband）信號(hào)：沒有經(jīng)過(guò)調(diào)制的原始數(shù)字信號(hào)，如各種文字、數(shù)字和圖像的二進(jìn)制代碼、語(yǔ)聲的PCM及 編碼等，其頻譜是從零頻或很低頻率開始，我們稱為數(shù)字基帶信號(hào). 數(shù)字?jǐn)?shù)字基帶系統(tǒng)：不經(jīng)調(diào)制而直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)的系統(tǒng)。,.,為什么要研究數(shù)字基帶系統(tǒng)？ 模擬基帶系統(tǒng)通信容量小，抗干擾能力差，不便

2、于多媒體通信和實(shí)現(xiàn)通信自動(dòng)化，目前使用越來(lái)越少。 數(shù)字基帶傳輸方式在對(duì)稱電纜構(gòu)成的近程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中廣泛采用；數(shù)字基帶傳輸方式它既可用于低速數(shù)據(jù)傳輸，也可用于高速數(shù)據(jù)傳輸。 任何一個(gè)采用線性調(diào)制的數(shù)字傳輸系統(tǒng)，都可以等效為一個(gè)基帶傳輸系統(tǒng)來(lái)研究（理論意義）。,.,5.1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng),信道信號(hào) 發(fā)生器,抽樣 判決器,信道,同步提取,接收 濾波器,數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型,.,框圖說(shuō)明： 信道信號(hào)形成器：把輸入的數(shù)字信號(hào)變換成適合于信道傳輸?shù)男盘?hào) 實(shí)現(xiàn)方法：進(jìn)行碼型、波形變換 目的： 適合于信道傳輸 信道：為電纜、架空明線、電話線等等,.,接收濾波器 ：濾除帶外噪聲，對(duì)信道特性進(jìn)行均衡，提高信噪

3、比，減小碼間串?dāng)_ 取樣判決器：在有噪聲和干擾條件下，正確恢 復(fù)原來(lái)的信碼 同步 ：提取碼元頻率信息，為判決電路 提供判決時(shí)鐘 數(shù)字基帶系統(tǒng)工作原理及工作過(guò)程如下圖,.,單極性不歸零信號(hào),進(jìn)行了碼型、波形變換，適合信道傳輸,進(jìn)行碼型變換后的波形,信道輸出波形,接收濾波器輸出波形,位定時(shí)同步脈沖,恢復(fù)出的信號(hào),.,5.2 數(shù)字基帶信號(hào),數(shù)字基帶信號(hào) ： 數(shù)字消息序列的一種電信號(hào)表示形式 ； 它是用不同的電位或脈沖來(lái)表示數(shù)字消息 ； 它的功率譜集中在零頻。,.,5.2.2數(shù)字基帶信號(hào)的碼型,單極性不歸零碼(單極性全占空電位信號(hào)) 雙極性不歸零碼(雙極性全占空電位信號(hào)) 單極性歸零碼 雙極性歸零碼 差

4、分碼又稱相對(duì)碼（用相鄰碼元的電平的跳變和不變表示消息代碼，而與碼元本身的電位或極性無(wú)關(guān)）,.,單極性不歸零碼（NRZ),最簡(jiǎn)單，但只適用極短距離傳輸，應(yīng)用很少。,(1) 有直流分量；,(2) 判決電平不能穩(wěn)定在最佳的電平，抗噪聲性能不好；,(3) 不能直接提取定時(shí)信號(hào)；,(4) 要求一端接地。這樣不能用兩根芯線均不接地的電纜傳輸線；,用高電平和零電平分別表示二進(jìn)制信息“1”和“0”。,特點(diǎn)：,.,雙極性不歸零碼,特點(diǎn):,（1）“1”、0”等概時(shí)無(wú)直流分量為零;,（3）不能提取同步信息; （4）“1”、0”不等概時(shí)仍有直流分量。,用正電平和負(fù)電平分別表示“1”和“0”,（2）接收端判決電平為0，

5、穩(wěn)定不變，不受信道特性變化的影響，抗干擾能力也較強(qiáng)；,.,單極性歸零碼（RZ）,特點(diǎn)： 具有一般單極性不歸零碼缺點(diǎn)，但可直接提取位同步信息。 是其它波形提取位定時(shí)信號(hào)時(shí)需要采用的一種過(guò)渡波形。,信碼“1” 高電平只保持一段時(shí)間(T)，其余時(shí)間為零電平； 信碼“0” 用零電平表示 占空比= /T，常取=T/2，占空比=1/2稱半占空,.,雙極性歸零碼,特點(diǎn)： 具有雙極性不歸零碼的優(yōu)點(diǎn)，且可方便的提取位同步信息.,有三種電平 ，稱偽三元碼,與雙極性非歸零碼相似，只是脈沖的寬度小于碼元間隔。可方便的變換為單極性歸零碼提取同步信號(hào)，應(yīng)用比較廣泛。,T,.,差 分 碼,特點(diǎn)：利用前后碼元電平相對(duì)極性變化

6、來(lái)傳送信息,是一種相對(duì)碼；,參考電平為“1”,編碼規(guī)則：“1”變 “0”不變 或“0”變 “1”不變,優(yōu)點(diǎn):碼元極性相 反時(shí)亦可正確輸出。,用電平的跳變或不變來(lái)表示“1”和“0”，也稱為相對(duì)碼?？梢越鉀Q起始相位的不確定問(wèn)題。,.,傳輸碼 傳輸碼的要求： 頻譜中無(wú)直流 有利于定時(shí)信息提取-不能出現(xiàn)長(zhǎng)連零,.,AMI碼（Alternative Mark Inversion） 就是前述的交替極性碼 編碼規(guī)則：將消息碼的“1”碼（傳號(hào)）交替地變?yōu)椤?1”和“-1”，而“0”碼（空號(hào)）保持電壓為零不變。 HDB3碼 編碼思想： 連零不能多，否則要添加破壞脈沖。 添加的破壞脈沖應(yīng)便于識(shí)別，以便譯碼時(shí)剔除。

7、 保證無(wú)直流， 破壞脈沖正、負(fù)交替。,幾種常用的傳輸碼型,.,HDB3碼編碼規(guī)則： 沒有四個(gè)或四個(gè)以上連零，按AMI碼編碼。 當(dāng)出現(xiàn)長(zhǎng)連零，在第四、八、十二個(gè)連零處要添加破壞脈沖V 。 破壞脈沖V應(yīng)正、負(fù)交替加入。 破壞脈沖V與它前一個(gè)緊靠的 “1”碼異極性，則需在四連零的第一個(gè)零位加附加脈沖B，B應(yīng)與該破壞脈沖V同極性 。 在加破壞脈沖后“1”碼的極性要連同破壞脈沖一起考慮交替。,.,HDB3編碼舉例：,(a) 輸入二進(jìn)制碼元序列 0 10000 1 1 0 0000 1 0 1 0,(e) HDB3碼 0+1000+1-1+1-100-1 0+10 -10,(d) 引入補(bǔ)碼B 0+1000

8、+V1+1-B00-V 0+10 -10,0+1000+V-1+1 000-V0 -1 0+1 0,( 1表示正脈沖， -1表示負(fù)脈沖）,(b) AMI碼 0+10000 1+1 0 0000 -10+1 0,注意：任意兩相鄰V脈沖之間信息碼和B脈沖的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)。,(c)信碼和加上的破壞脈沖V,極性關(guān)系不能滿足，需引入B,信息碼極性從B 開始 繼續(xù)交替,.,1.無(wú)直流且低 頻少；,2.可提出位同 步信息；,HDB3碼 0 +1000 +V-1+1-B 00-V 0 +10-10,HDB3碼特點(diǎn),.,（1） -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1,（

9、2） 0 0 0 -V B 0 0 V -B 0 0 -V B 0 0 V,HDB3碼特例：,任意兩個(gè)相鄰的V脈沖之間信息碼和B脈沖的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)。,一個(gè)簡(jiǎn)單的方法：任意兩個(gè)相鄰的V脈沖之間的信息碼個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，加入一個(gè)B脈沖，為奇數(shù)則不加。,全“1”和全“0”的HDB3碼：,.,HDB3碼的譯碼方法：,由相鄰極性相同碼找出V碼，根據(jù)向前數(shù)第三個(gè)是 否為零找出B碼，去掉V、B后其余都是信碼。,HDB3碼 0+1000+1-1+1-100-1 0+10 -10,AMI碼 0+10000 1+1 0 0000 -10+1 0,V B V,.,作業(yè),習(xí)題1 ，2,.,5.4 碼間串?dāng)_InterS

10、ymbol Interference,ISI,定義： 由于系統(tǒng)總傳輸特性（包括收、發(fā)濾波器 和信道的特性）不理想，導(dǎo)致碼元的波形畸 變，使波形出現(xiàn)展寬、拖尾并蔓延影響到 其它碼元，從而對(duì)其它碼元的取樣判決造成 干擾，我們常稱為碼間串?dāng)_。,.,數(shù)字基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)模型：,.,下面我們將分別對(duì)碼間串?dāng)_和噪聲進(jìn)行研究。,.,5.5數(shù)字基帶系統(tǒng)的理想傳輸特性,5.5.1理想低通濾波器的傳輸特性 帶寬為 的理想低通濾波器的系統(tǒng)函數(shù),.,.,由此可見，理想低通基帶系統(tǒng)是無(wú)碼間串?dāng)_的。,.,思考： 理想低通為什么能實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間串?dāng)_？,.,這是因?yàn)閹挒槔硐氲屯V波器的 沖激響應(yīng)除t=0外，具有周期為 的零點(diǎn)，

11、 當(dāng)傳輸速率為時(shí)正好巧妙地利用了這 些零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)碼間串?dāng)_傳輸，見下頁(yè)圖。 補(bǔ)充：若時(shí)有無(wú)碼間串?dāng)_？,.,.,5.2.2 等效理想低通,.,.,.,的意義：,.,5.5.3實(shí)用的無(wú)碼間串?dāng)_傳輸特性（等效理想低通濾波器）,三角形 升余弦 梯 形 余弦滾降 原理：只要它們的傳遞函數(shù)“切段”相加，能構(gòu)成為矩形，則它們也是無(wú)碼間串?dāng)_的濾波器,.,兩張圖：,.,.,簡(jiǎn)單例題,帶寬均為1kHz的理想低通濾波器和三角形濾波器： 當(dāng)傳輸速率如下表所示時(shí)，請(qǐng)將系統(tǒng)碼間串?dāng)_特性填入下表（表示無(wú)串?dāng)_， 表示有串?dāng)_可消除，表示有串?dāng)_無(wú)法消除）,.,.,答案：,.,習(xí)題4，5,作業(yè),.,5.6無(wú)碼間串?dāng)_時(shí)噪聲對(duì)傳輸特

12、性的影響,一、基帶單極性信號(hào)誤碼率分析,接收濾波器,抽樣判決器,+,A,.,1）發(fā)“0”時(shí)，取樣判決器輸入信號(hào)與噪聲的概率分布： 發(fā)“0”時(shí)，信號(hào)為0，因此取樣判決器輸入 = , 就是接收濾波器輸出的噪聲，它是低通型高斯噪聲,其概率 分布零均高斯分布：,.,2）發(fā)“1”時(shí)，取樣判決器輸入信號(hào)與噪聲的概率分布： 發(fā)“1”時(shí)，信號(hào)為A，因此取樣判決器輸入y(t) =A+ nR(t) 它是均值為A的低通型高斯噪聲,其概率分布,.,3）誤碼率分析 首先,確定判決電平 （對(duì)等概率而言） 誤碼：,.,二、基帶雙極性信號(hào)誤碼率分析 1）發(fā)“1”時(shí)，取樣判決器輸入的信號(hào)與噪聲概率分布與單極性情況相同。 2）發(fā)

13、“0”時(shí)，取樣判決器輸入的信號(hào)與噪聲概率分布 發(fā)“0”時(shí)，信號(hào)為-A，因此取樣判決器輸入y(t) =-A+ nR(t) 它是均值為-A的低通型高斯噪聲,其概率分布,.,3)誤碼率分析 首先,確定判決電平：0 (對(duì)等概而言),.,誤碼率： 對(duì)雙極性系統(tǒng)除誤碼率低外而且判決電平穩(wěn)定。,.,習(xí)題6,.,5.7 眼圖(另有錄像片),.,理想低通能實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間串?dāng)_，同時(shí)頻帶利用率最高（ ） 不利 ：(1)理想低通不易實(shí)現(xiàn) (2)理想低通響應(yīng)的“尾巴”大 人們希望找到頻帶利用率達(dá)最高( )，同時(shí)響應(yīng)的“尾巴”小的濾波器這就是部分響應(yīng)技術(shù)。,5.8 部分響應(yīng)技術(shù),.,5.8.1 半余弦濾波器,理想低通,半余弦

14、濾波器的頻譜函數(shù),+,.,.,.,圖形如下： 該濾波器的頻譜函數(shù)為半個(gè)余弦波，因此稱為半余 弦濾波器。,.,半余弦濾波器的 h(t),.,半余弦濾波器的沖激響應(yīng)如圖。,.,.,5.8.2半余弦濾波器的特點(diǎn),半余弦濾波器帶寬 半余弦濾波器取樣間隔為 ，碼元速率 半余弦濾波器頻帶利用率 半余弦濾波器“尾巴”小 半余弦濾波器存在有規(guī)律的干擾，它會(huì)導(dǎo)致判決模糊,.,上表前兩行 與 2，它對(duì)應(yīng)的 與1； 上表最后兩行 ,但 可能為1，也可能為0, 到底取何值，則要由 的取值決定，如上表所 示。若 誤碼，則會(huì)影響到對(duì) 的判決，此現(xiàn)象 稱為錯(cuò)誤傳播。,.,5.8.3 預(yù)編碼,為了克服錯(cuò)誤傳播，必須做到本碼元的判決僅依 據(jù)本碼元對(duì)應(yīng)的取值唯一確定。,.,這說(shuō)明：對(duì)ak先進(jìn)行預(yù)編碼得到bk，然后將bk 加到半余弦濾波器，則半余弦濾波器輸出ck ，并對(duì) ck模2運(yùn)算，便得到ak,.,物理解釋： ck= ak+ ak-1它說(shuō)明ck不是獨(dú)立的，具有相