通信原理數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)(6.16.3)

1、第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)6.1 數(shù)字基帶信號及其頻譜特性6.2 基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型6.3 基帶脈沖傳輸與碼間干擾6.4 無碼間串擾的基帶傳輸特性6.5 基帶傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能6.6 眼圖6.7 部分響應(yīng)系統(tǒng)和時域均衡1數(shù)字基帶傳輸概述數(shù)字基帶信號：來自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號，包含豐富的低頻分量，甚至直流分量。數(shù)字基帶傳輸：在某些具有低通特性的有線信道中，特別是傳輸距離不太遠的情況下，數(shù)字基帶信號可以直接傳輸。數(shù)字頻帶傳輸：在帶通型的信道，數(shù)字基帶信號必須經(jīng)過載波調(diào)制，把頻譜搬移到高載頻處才能在信道中傳輸，這種傳輸稱為數(shù)字頻帶（調(diào)制或載波）傳輸。數(shù)字基帶傳輸?shù)囊饬x：（1）在利用對稱電纜構(gòu)成的近

2、程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)廣泛采用了這種傳輸方式；（2）數(shù)字基帶傳輸中包含頻帶傳輸?shù)脑S多基本問題。（3）任何一個采用線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)可等效為基帶傳輸系統(tǒng)來研究。2信道信號形成器接收濾波器抽樣判決信道干擾信道信號形成器接收濾波器抽樣判決信道干擾判決錯誤產(chǎn)生適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘柦邮招盘?、排除信道噪聲和干擾 在噪聲背景下判定與再生基帶信號36.1 數(shù)字基帶信號及其頻譜特性6.1.1 數(shù)字基帶信號單極性不歸零波形特點：極性單一，有直流分量，脈沖之間無間隔。位同步信息包含在電平的轉(zhuǎn)換之中。 雙極性不歸零波形特點：當0、 1符號等概出現(xiàn)時無直流分量?？垢蓴_能力也較強。 (a) 單極性波形(b) 雙極性波形4

3、 單極性歸零波形雙極性歸零波形特點：每個有電脈沖在小于碼元長度內(nèi)總要回到零電平單極性歸零波形可以直接提取定時信息。特點：每個碼元內(nèi)的脈沖都回到零點平。有利于同步脈沖的提取。 (c) 單極性歸零波形(d) 雙極性歸零波形5 差分波形 特點：用相鄰碼元的電平的跳變和不變來表示消息代碼。 用差分波形傳送代碼可以消除設(shè)備初始狀態(tài)的影響，特別是在相位調(diào)制系統(tǒng)中用于解決載波相位模糊問題。 多電平波形 (f) 多電平波形特點：用多于一個二進制符號對應(yīng)一個脈沖的情形。(e) 差分波形6 基帶信號的表示方式第n個信息符號所對應(yīng)的電平值。M進制：6.1.2 基帶信號的頻譜特性 若令g1(t)對應(yīng)于二進制符號的0，

4、g2(t)對應(yīng)于二進制符號的1，碼元間隔為Ts，則基帶信號可以表示為：7假設(shè)序列中任一碼元時間Ts內(nèi)：g1(t)Pg2(t)1-P統(tǒng)計獨立 假設(shè)g1(t)、g2(t)分別是寬度為Ts的矩形脈沖和三角波，則隨機脈沖序列s(t)的一個實現(xiàn)如圖所示。8 隨機脈沖序列s(t)可分解為穩(wěn)態(tài)項v(t)和交變項u(t) ，以使頻譜分析更清晰、簡化。穩(wěn)態(tài)波交變波u(t)是一個隨機脈沖序列 。以Ts為周期的周期信號9 穩(wěn)態(tài)項v(t)功率譜密度Pv(f) 周期信號對周期信號進行級數(shù)展開：根據(jù)周期信號的功率譜密度與傅里葉系數(shù)的關(guān)系式得到功率譜密度：離散譜密度10 交變波u (t)的功率譜密度Pu(f)隨機信號uT(

5、t)的功率譜密度的計算：T = (2N+1)Ts11統(tǒng)計平均為：當m=n時 12當mn時 連續(xù)譜密度13 隨機基帶序列s(t)的功率譜密度雙邊功率譜密度：單邊功率譜密度：14結(jié) 論 隨機脈沖序列s(t)的功率譜密度可能包含兩部分：連續(xù)譜Pu(f)和離散譜Pv(f); 有無離散譜將明確能否從脈沖序列中提取散分量及如何提取離散分量，這對研究位同步、載波同步將很重要。分析二進制的隨機脈沖序列頻譜的主要用途：（1） 確定二進制隨機脈沖序列s(t)的帶寬；（2） 確定在fs處是否存在離散譜，用于數(shù)字通信中的定時提取。 15例題6-1對于單極性信號，若且0、1等概。求：單極性二元隨機序列的功率譜密度。 單

6、極性不歸零碼在fs處無線譜單極性半占空歸零信號的帶寬為Bs=2fs。 16例題6-2對于雙極性二進制的隨機脈沖序列，0、1等概，若求：s(t)的Ps(f)=?結(jié)論：雙極性二進制的隨機序列無離散線譜成份。 17例題6-3對于單極性歸零信號， 0、1等概，若求：單極性二元隨機序列的功率譜密度。 18m=0時，離散譜中有直流分量；m為奇數(shù)時:有離散譜m為偶數(shù)時:無離散譜19隨機序列的帶寬主要依賴單個碼元波形的頻譜函數(shù)G1(f)或G2(f)，兩者之中應(yīng)取較大帶寬的一個作為序列帶寬。結(jié)論時間波形的占空比越小，頻帶越寬。通常以譜的第一個零點作為矩形脈沖的近似帶寬，它等于脈寬的倒數(shù)，即Bs=1/。不歸零脈沖

7、的=Ts，則Bs=fs；單極性基帶信號是否存在離散線譜取決于矩形脈沖的占空比。單極性歸零信號中有定時分量，可直接提取。 單極性不歸零信號中無定時分量，若想獲取定時分量，要進行波形變換。 0、1等概的雙極性信號沒有離散譜，也就是說無直流分量和定時分量。 半占空歸零脈沖的=Ts/2，則Bs=1/=2fs。 206.2 基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型對傳輸用的基帶信號主要有兩個方面的要求： a、對代碼的要求：原始消息代碼必須編成適合于傳輸用的碼型；b、對所選碼型的電波形要求：電波形應(yīng)適合于基帶系統(tǒng)的傳輸。 6.2.1 傳輸碼型選擇原則(1) 相應(yīng)的基帶信號無直流分量， 且低頻分量少；(2) 便于從信號中提取定時

8、信息；(3) 信號中高頻分量盡量少，以節(jié)省傳輸頻帶并減少碼間串擾；(4) 不受信息源統(tǒng)計特性的影響，即能適應(yīng)于信息源的變化； (5) 具有內(nèi)在的檢錯能力。傳輸碼型應(yīng)具有一定規(guī)律性， 以便利用這一規(guī)律性進行宏觀監(jiān)測；(6) 編譯碼設(shè)備要盡可能簡單。216.2.2 幾種常用的傳輸碼型 AMI碼傳號交替反轉(zhuǎn)碼。優(yōu)點AMI碼的功率譜中不含直流成分，高、低頻分量少，能量集中在頻率為1/2碼速處。位定時頻率分量雖然為0，但只要將基帶信號經(jīng)全波整流變?yōu)閱螛O性歸零波形，便可提取位定時信號。AMI碼的編譯碼電路簡單，便于利用傳號極性交替規(guī)律觀察誤碼情況。當原信碼出現(xiàn)連“0”串時，信號的電平長時間不跳變，造成提取

9、定時信號的困難。缺點： 編碼規(guī)則： “1”用高低電平交替表示，“0”用零電平表示。22 HDB3碼3階高密度雙極性碼編碼規(guī)則1） 當信碼的連“0”個數(shù)不超過3時，仍按AMI碼的規(guī)則編，即傳號極性交替；2）當連“0”個數(shù)超過3時，則將第4個“0”改為非“0”脈沖，記為+V或-V，稱之為破壞脈沖。相鄰V碼的極性必須交替出現(xiàn)，以確保編好的碼中無直流；3）為了便于識別， V碼的極性應(yīng)與其前一個非“0”脈沖的極性相同，否則，要將四連“0”的第一個“0”更改為與該破壞脈沖相同極性的脈沖，并記為+B或-B；4） 破壞脈沖之后的傳號碼極性也要交替。23 雙相碼又稱曼徹斯特（Manchester）碼。 它用一個

10、周期的正負對稱方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。雙相碼在每個碼元周期的中心點都存在電平跳變，所以富含位定時信息。因為這種碼的正、負電平各半，所以無直流分量。特點：雙相編碼規(guī)則之一： “1”用“1 0 ”表示，“0”用“0 1”表示 ；差分雙相編碼規(guī)則：每個碼元中間的電平跳變用于同步，相鄰周期的方波如果同相代表“0”，反相代表“1”。24 密勒碼密勒(Miller)碼：又稱延遲調(diào)制碼，它是雙相碼的一種變形。編碼規(guī)則： “1”碼用碼元間隔中心點出現(xiàn)躍變來表示，即用“10”或“01”表示?！?”碼有兩種情況：單個“0”時，在碼元間隔內(nèi)不出現(xiàn)電平躍變，且與相鄰碼元的邊界處也不躍變， 連“0”時

11、，在兩個“0”碼的邊界處出現(xiàn)電平躍變。(a) 雙相碼(b) 密勒碼25 CMI碼傳號反轉(zhuǎn)碼。編碼規(guī)則：“1”碼交替用“11”和“00”兩位碼表示；“0”碼固定地用“01”表示。(c) CMI碼(a) 雙相碼(b) 密勒碼CMI碼有較多的電平躍變，因此含有豐富的定時信息?！?0”為禁用碼組，不會出現(xiàn)3個以上的連碼。266.3 數(shù)字基帶信號傳輸與碼間串擾6.3.1數(shù)字基帶信號傳輸系統(tǒng)的組成接收濾波器抽樣判決器信道信號形成器信道基帶脈沖基帶脈沖輸入輸出同步提取噪聲壓縮輸入信號頻帶，把傳輸碼變換成適宜于信道傳輸?shù)幕鶐盘柌ㄐ涡诺赖膫鬏斕匦砸话悴粷M足無失真?zhèn)鬏敆l件，因此會引起傳輸波形的失真。信道中會引入噪聲n(t)，并假設(shè)它是均值為零的高斯白噪聲用來接收信號，濾除信道噪聲和其他干擾，對信道特性進行均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復(fù)（或再生）基帶信號用同步提取電路從接收信號中提取定時脈沖27輸入信號 傳輸?shù)牟ㄐ?信道輸出 位定時脈沖接收濾波輸出 碼型變換后 錯誤碼元 恢復(fù)的信息 28 碼間串擾誤碼