現(xiàn)代通信原理 第5章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)課件

第5章

數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)現(xiàn)代通信原理第5章

數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)現(xiàn)代通信原理引言第5章第1節(jié)----引言第5章第1節(jié)----含兩重要變換（1）消息←→數(shù)字基帶信號（2）基帶信號←→信道信號(適合信道傳輸)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型各部件主要作用？噪聲源信

息

源基帶信號

形成信

道接收

濾波器抽樣

判決器受

信

者含兩重要變換數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型各部件主要作用？噪聲源信

息信號及其頻譜特性第5章第2節(jié)----信號及其頻譜特性第5章第2節(jié)----幾種最基本的----數(shù)字信號波形幾種最基本的----數(shù)字信號波形分類及波形特點單極性波形雙極性波形單極性歸零雙極性歸零差分波形多值波形特點?分類及波形特點單極性波形特點?數(shù)字基帶信號的----頻譜特性數(shù)字基帶信號的----頻譜特性1．表達(dá)式及分析（1）數(shù)學(xué)表達(dá)式(以二元隨機(jī)序列為例，用g1(t)

和g2(t)分別表符號0和1，Ts為碼元寬度)（2）分析步驟

1）波形分解則功譜密度:其中：1．表達(dá)式及分析（2）分析步驟則功譜密度:其中：2）交變波的截短（交變波u（t）用其截短函數(shù)uT（t）來分析）2．實際分析（1）穩(wěn)態(tài)波分析（2）交變波分析（3）求合成波的功率譜密度令截短周期2）交變波的截短（交變波u（t）用其截短函數(shù)uT（t）來分析（1）穩(wěn)態(tài)波分析穩(wěn)態(tài)波是截短函數(shù)ST（t）隨機(jī)信號的平均分量：VT（t）是周期Ts的周期函數(shù)，其付氏級數(shù)展開式為：（1）穩(wěn)態(tài)波分析穩(wěn)態(tài)波是截短函數(shù)ST（t）隨機(jī)信號的平均分量（2）交變波分析

=由周期函數(shù)的功率譜特性（為沖激串）（2）交變波分析=由周期函數(shù)的功率譜特性（為沖激串）（3）合成波的功譜密度單邊功率譜密度？雙邊功率譜密度？其頻譜函數(shù)為：

（3）合成波的功譜密度單邊功率譜密度？其頻譜函數(shù)為：

結(jié)論式：雙邊功率譜：注：fs=1/Ts在數(shù)值上=碼元速率

P為1出現(xiàn)的概率，的付氏變換P95的式5.2-24和5.2-25單邊功率譜：)結(jié)論式：雙邊功率譜：注：fs=1/Ts在數(shù)值上=碼元速常用傳輸碼型第5章第3節(jié)----常用傳輸碼型第5章第3節(jié)----1．AMI碼（傳號交替反轉(zhuǎn)碼）編碼規(guī)則？

例：1001100011 +100–1+1000–1+1特點：優(yōu)：

P（0）=P（1）時無直流（因+1-1交替）且低頻成分少二進(jìn)制→三進(jìn)制（即1B/1T碼型）編/譯碼電路簡單便觀察誤碼（+1、-1不交替）2）缺：∵信息碼流會出現(xiàn)長0串∴提取位定時困難1．AMI碼（傳號交替反轉(zhuǎn)碼）編碼規(guī)則？2．HDB3碼

編碼規(guī)則(p97)：1)信息“1”碼極性要交替2)連0串≥4時，將第4個0變?yōu)榉?符號，稱破壞脈沖V碼3)為收端識別與刪除V碼（非信息碼），當(dāng)相鄰V碼間有偶數(shù)個1時，須把第一個0變?yōu)榉?符號，稱附加脈沖B碼特點？

∴破壞碼易識別，V前面3個必然是0，B不影響譯碼）舉例？2．HDB3碼編碼規(guī)則(p97)：3．PST碼編碼規(guī)則？

二進(jìn)制+模-模00-+-+010+0-10+0-011+-+-注意：單脈沖時（10、01），

兩模式應(yīng)交換(防止直流漂移)

例：

01001110101100+模0+-++--0+0+--+

特點：1) 定時容易（碼元同步）2) 無直流3) 缺點：有幀同步問題（分組通信時）3．PST碼編碼規(guī)則？00-+-+010+04、Manchester雙相碼編碼規(guī)則？

例：

1100101 10100101100110特點：1)僅兩電平2)有足夠的定時信息；無直流；編碼簡單3)缺點：頻帶利用率低4、Manchester雙相碼編碼規(guī)則？5、Miller編碼規(guī)則？

例：二進(jìn)制11010010雙相碼1010011001011001密勒碼01100001110001115、Miller編碼規(guī)則？例：二進(jìn)制11010010雙相碼16、CMI編碼規(guī)則？

例：

11010010 1100011101010001特點：1)有較多的電平躍變，定時信息豐富2)CCITT推薦的PCM接口碼型6、CMI編碼規(guī)則？基帶脈沖傳輸與ISI第5章第4節(jié)----基帶脈沖傳輸與ISI第5章第4節(jié)----一、系統(tǒng)模型及各部件主要作用一、系統(tǒng)模型及各部件主要作用模型及等效H（ω）抽樣判決h（t）數(shù)字識別器d（t）r（t）抽樣脈沖判決門限n（t）GT（ω）C（ω）GR（ω）＋數(shù)字

識別器發(fā)端

濾波器傳輸

信道接收

濾波器識別

電路＋n（t）{an}{an}模型及等效H（ω）抽樣判決h（t）數(shù)字識別器2、基帶傳輸系統(tǒng)存在的問題2、基帶傳輸系統(tǒng)存在的問題系統(tǒng)分析

設(shè)輸入基帶信號：接收濾波器輸出（送往數(shù)字識別器的信號）

∴r(t)在第K個抽樣時刻的樣值：問題？系統(tǒng)分析設(shè)輸入基帶信號：接收濾波器輸出（送往數(shù)字識別器的信無ISI的基帶傳輸特性第5章第5節(jié)----無ISI的基帶傳輸特性第5章第5節(jié)----問題的提出如何設(shè)計基帶系統(tǒng)的傳輸特性H（ω）或h（t），才能使系統(tǒng)能夠做到無ISI的傳輸數(shù)字基帶信號，提高系統(tǒng)的可靠性？H（ω）h（t）噪聲GT（ω）C（ω）GR（ω）位定時脈沖發(fā)送

濾波器信道接收

濾波器抽樣

判決d（t）數(shù)字基帶信號問題的提出如何設(shè)計基帶系統(tǒng)的傳輸特性H（ω）或h（t）1、無ISI的理論條件1、無ISI的理論條件時域條件:h（KTs）=頻域條件:Heq（ω）=

=

前提：送入系統(tǒng)的數(shù)字基帶信號的傳輸速率:

Rb=1/TsCK=00K≠0k=0，±1；±2……c0各頻移函數(shù)在(-π/Ts

π/Ts)內(nèi)的迭加i=0，±1；±2……時域條件:前提：送入系統(tǒng)的數(shù)字基帶信號的傳輸速率:

h(t)=（1/Ts）Sa（t/Ts）/Ts-/Ts0

----滿足抽樣點處

無ISI頻域條件例1

設(shè)數(shù)字信號Rb=1/Ts，問下述系統(tǒng)特性

能否滿足無ISI條件？----滿足抽樣點處無ISI的時域條件（h(t)在各抽樣點處的值為0）0Ts2Ts3Ts4Ts5Ts-Ts-2Tsh(t)··············h(t)/Ts-/Ts0----滿足抽樣點處

例2

設(shè)Rb=1/Ts，問下述升余弦特性H（ω）

=Ts/2[1+cos（ωTs/2）]是否滿足無ISI條件？P106式5.5-14

以及P104圖5-9----滿足抽樣點處

無ISI時域條件----滿足抽樣點處

無ISI頻域條件在此范圍內(nèi)等效成理想低通旋轉(zhuǎn)奇對稱！例2設(shè)Rb=1/Ts，問下述升余弦特性H（ω）

2、設(shè)計數(shù)字基帶系統(tǒng)----須考慮的幾個問題2、設(shè)計數(shù)字基帶系統(tǒng)----須考慮的幾個問題1）設(shè)計H（ω）時應(yīng)考慮?無ISI（可靠）

滿足抽樣點無ISI理論條件消除位定時誤差引起的ISI

η(頻帶利用率)要高（有效）

---什么叫頻帶利用率？它與哪些參數(shù)有關(guān)？

Nyquist帶寬W？Nyquist傳輸速率Rbmax？

η=？見下頁1）設(shè)計H（ω）時應(yīng)考慮?無ISI（可靠）---什么2）ISI的產(chǎn)生原因及解決辦法

不滿足理論條件引起位定時誤差引起

由來？如何減小？

對H（）的綜合要求

η高（理想低通的η相對較高）

減小位定時誤差帶來的ISI（有“幅度滾降”的低通特

性較理想低通特性更好！）2）ISI的產(chǎn)生原因及解決辦法不滿足理論條件引起證明----有幅度滾降的低通較理想低通

對消除位定時誤差帶來的ISI更有利！a為滾降系數(shù)，0≤a≤1，一般取a≥0.2證明----有幅度滾降的低通較理想低通

對消除位結(jié)論？時域沖激響應(yīng)波形結(jié)論？時域沖激響應(yīng)波形無碼間干擾基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能第5章第7節(jié)----無碼間干擾基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能第5章第7節(jié)----＋GR(ω)判決再生n(t)G.Wr(t)t=kTs

抽樣判決電平系統(tǒng)性能分析模型∵GR(ω)出:

r(t)=y(t)+nR(t)∴樣值脈沖:

r=y+V（后者為噪聲樣值）∴若n(t)為平穩(wěn)G.RP（均值為0、方差為σ2）則V的概密函數(shù):＋GR(ω)判決再生n(t)G.Wr(t)t=kTs

抽∵樣值：

發(fā)送雙極性信號時r(t)y(t)0011110發(fā)數(shù)據(jù)收抽樣脈沖0000111收數(shù)據(jù)A-A∵判決門限a=0∴判決規(guī)則:

r≥0判“1”

r＜0判“0”r=A+V發(fā)“1”時-A+V發(fā)“0”時∴兩類錯誤概率的幾何表示如下∵樣值：發(fā)送雙極性信號時r(t)y(t)0011110發(fā)Vf(V)0-AAP(1/0)P(0/1)∴兩錯誤概率及誤碼率如下:Vf(V)0-AAP(1/0)P(0/1)∴兩錯誤概率及發(fā)單極性信號時∵判決門限=A/2

∴判決規(guī)則:r≥A/2判“1”

r＜A/2判“0”即:發(fā)“1”時:r=A+V≥A/2判“1”----∨

r=A+V＜A/2判“0”----×

發(fā)“0”時:r=0+V＜A/2判“0”----∨

r=0+V≥A/2判“1”----×Vf(V)0-A/2A/2∴Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)P(0/1)P(1/0)發(fā)單極性信號時∵判決門限=A/2Vf(V)0-A/眼圖第5章第8節(jié)----眼圖第5章第8節(jié)----d（t）y（t）H（ω）Y軸輸入端y（t）如何獲得眼圖?d（t）y（t）H（ω）Y軸輸入端y（t）如何獲得眼圖?時域均衡第5章第9節(jié)----時域均衡第5章第9節(jié)----頻域均衡n（t）GT（ω）C（ω）GR（ω）＋數(shù)字

識別器G’R（ω）頻域均衡n（t）GT（ω）C（ω）GR（ω）＋數(shù)字

識別器G時域均衡n（t）GT（ω）C（ω）GR（ω）＋數(shù)字

識別器T（ω）時域均衡n（t）GT（ω）C（ω）GR（ω）＋數(shù)字

識別器T橫向濾波器的作用橫向濾波器的作用橫向濾波器的結(jié)構(gòu)TsC-1C-iTs……C0TsC1TsCi…輸入輸出2N個延遲單元2N+1個抽頭系數(shù)橫向濾波器的結(jié)構(gòu)TsC-1C-iTs……C0TsC1TsCi第5章

數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)現(xiàn)代通信原理第5章

數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)現(xiàn)代通信原理引言第5章第1節(jié)----引言第5章第1節(jié)----含兩重要變換（1）消息←→數(shù)字基帶信號（2）基帶信號←→信道信號(適合信道傳輸)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型各部件主要作用？噪聲源信

息

源基帶信號

形成信

道接收

濾波器抽樣

判決器受

信

者含兩重要變換數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型各部件主要作用？噪聲源信

息信號及其頻譜特性第5章第2節(jié)----信號及其頻譜特性第5章第2節(jié)----幾種最基本的----數(shù)字信號波形幾種最基本的----數(shù)字信號波形分類及波形特點單極性波形雙極性波形單極性歸零雙極性歸零差分波形多值波形特點?分類及波形特點單極性波形特點?數(shù)字基帶信號的----頻譜特性數(shù)字基帶信號的----頻譜特性1．表達(dá)式及分析（1）數(shù)學(xué)表達(dá)式(以二元隨機(jī)序列為例，用g1(t)

和g2(t)分別表符號0和1，Ts為碼元寬度)（2）分析步驟

1）波形分解則功譜密度:其中：1．表達(dá)式及分析（2）分析步驟則功譜密度:其中：2）交變波的截短（交變波u（t）用其截短函數(shù)uT（t）來分析）2．實際分析（1）穩(wěn)態(tài)波分析（2）交變波分析（3）求合成波的功率譜密度令截短周期2）交變波的截短（交變波u（t）用其截短函數(shù)uT（t）來分析（1）穩(wěn)態(tài)波分析穩(wěn)態(tài)波是截短函數(shù)ST（t）隨機(jī)信號的平均分量：VT（t）是周期Ts的周期函數(shù)，其付氏級數(shù)展開式為：（1）穩(wěn)態(tài)波分析穩(wěn)態(tài)波是截短函數(shù)ST（t）隨機(jī)信號的平均分量（2）交變波分析

=由周期函數(shù)的功率譜特性（為沖激串）（2）交變波分析=由周期函數(shù)的功率譜特性（為沖激串）（3）合成波的功譜密度單邊功率譜密度？雙邊功率譜密度？其頻譜函數(shù)為：

（3）合成波的功譜密度單邊功率譜密度？其頻譜函數(shù)為：

結(jié)論式：雙邊功率譜：注：fs=1/Ts在數(shù)值上=碼元速率

P為1出現(xiàn)的概率，的付氏變換P95的式5.2-24和5.2-25單邊功率譜：)結(jié)論式：雙邊功率譜：注：fs=1/Ts在數(shù)值上=碼元速常用傳輸碼型第5章第3節(jié)----常用傳輸碼型第5章第3節(jié)----1．AMI碼（傳號交替反轉(zhuǎn)碼）編碼規(guī)則？

例：1001100011 +100–1+1000–1+1特點：優(yōu)：

P（0）=P（1）時無直流（因+1-1交替）且低頻成分少二進(jìn)制→三進(jìn)制（即1B/1T碼型）編/譯碼電路簡單便觀察誤碼（+1、-1不交替）2）缺：∵信息碼流會出現(xiàn)長0串∴提取位定時困難1．AMI碼（傳號交替反轉(zhuǎn)碼）編碼規(guī)則？2．HDB3碼

編碼規(guī)則(p97)：1)信息“1”碼極性要交替2)連0串≥4時，將第4個0變?yōu)榉?符號，稱破壞脈沖V碼3)為收端識別與刪除V碼（非信息碼），當(dāng)相鄰V碼間有偶數(shù)個1時，須把第一個0變?yōu)榉?符號，稱附加脈沖B碼特點？

∴破壞碼易識別，V前面3個必然是0，B不影響譯碼）舉例？2．HDB3碼編碼規(guī)則(p97)：3．PST碼編碼規(guī)則？

二進(jìn)制+模-模00-+-+010+0-10+0-011+-+-注意：單脈沖時（10、01），

兩模式應(yīng)交換(防止直流漂移)

例：

01001110101100+模0+-++--0+0+--+

特點：1) 定時容易（碼元同步）2) 無直流3) 缺點：有幀同步問題（分組通信時）3．PST碼編碼規(guī)則？00-+-+010+04、Manchester雙相碼編碼規(guī)則？

例：

1100101 10100101100110特點：1)僅兩電平2)有足夠的定時信息；無直流；編碼簡單3)缺點：頻帶利用率低4、Manchester雙相碼編碼規(guī)則？5、Miller編碼規(guī)則？

例：二進(jìn)制11010010雙相碼1010011001011001密勒碼01100001110001115、Miller編碼規(guī)則？例：二進(jìn)制11010010雙相碼16、CMI編碼規(guī)則？

例：

11010010 1100011101010001特點：1)有較多的電平躍變，定時信息豐富2)CCITT推薦的PCM接口碼型6、CMI編碼規(guī)則？基帶脈沖傳輸與ISI第5章第4節(jié)----基帶脈沖傳輸與ISI第5章第4節(jié)----一、系統(tǒng)模型及各部件主要作用一、系統(tǒng)模型及各部件主要作用模型及等效H（ω）抽樣判決h（t）數(shù)字識別器d（t）r（t）抽樣脈沖判決門限n（t）GT（ω）C（ω）GR（ω）＋數(shù)字

識別器發(fā)端

濾波器傳輸

信道接收

濾波器識別

電路＋n（t）{an}{an}模型及等效H（ω）抽樣判決h（t）數(shù)字識別器2、基帶傳輸系統(tǒng)存在的問題2、基帶傳輸系統(tǒng)存在的問題系統(tǒng)分析

設(shè)輸入基帶信號：接收濾波器輸出（送往數(shù)字識別器的信號）

∴r(t)在第K個抽樣時刻的樣值：問題？系統(tǒng)分析設(shè)輸入基帶信號：接收濾波器輸出（送往數(shù)字識別器的信無ISI的基帶傳輸特性第5章第5節(jié)----無ISI的基帶傳輸特性第5章第5節(jié)----問題的提出如何設(shè)計基帶系統(tǒng)的傳輸特性H（ω）或h（t），才能使系統(tǒng)能夠做到無ISI的傳輸數(shù)字基帶信號，提高系統(tǒng)的可靠性？H（ω）h（t）噪聲GT（ω）C（ω）GR（ω）位定時脈沖發(fā)送

濾波器信道接收

濾波器抽樣

判決d（t）數(shù)字基帶信號問題的提出如何設(shè)計基帶系統(tǒng)的傳輸特性H（ω）或h（t）1、無ISI的理論條件1、無ISI的理論條件時域條件:h（KTs）=頻域條件:Heq（ω）=

=

前提：送入系統(tǒng)的數(shù)字基帶信號的傳輸速率:

Rb=1/TsCK=00K≠0k=0，±1；±2……c0各頻移函數(shù)在(-π/Ts

π/Ts)內(nèi)的迭加i=0，±1；±2……時域條件:前提：送入系統(tǒng)的數(shù)字基帶信號的傳輸速率:

h(t)=（1/Ts）Sa（t/Ts）/Ts-/Ts0

----滿足抽樣點處

無ISI頻域條件例1

設(shè)數(shù)字信號Rb=1/Ts，問下述系統(tǒng)特性

能否滿足無ISI條件？----滿足抽樣點處無ISI的時域條件（h(t)在各抽樣點處的值為0）0Ts2Ts3Ts4Ts5Ts-Ts-2Tsh(t)··············h(t)/Ts-/Ts0----滿足抽樣點處

例2

設(shè)Rb=1/Ts，問下述升余弦特性H（ω）

=Ts/2[1+cos（ωTs/2）]是否滿足無ISI條件？P106式5.5-14

以及P104圖5-9----滿足抽樣點處

無ISI時域條件----滿足抽樣點處

無ISI頻域條件在此范圍內(nèi)等效成理想低通旋轉(zhuǎn)奇對稱！例2設(shè)Rb=1/Ts，問下述升余弦特性H（ω）

2、設(shè)計數(shù)字基帶系統(tǒng)----須考慮的幾個問題2、設(shè)計數(shù)字基帶系統(tǒng)----須考慮的幾個問題1）設(shè)計H（ω）時應(yīng)考慮?無ISI（可靠）

滿足抽樣點無ISI理論條件消除位定時誤差引起的ISI

η(頻帶利用率)要高（有效）

---什么叫頻帶利用率？它與哪些參數(shù)有關(guān)？

Nyquist帶寬W？Nyquist傳輸速率Rbmax？

η=？見下頁1）設(shè)計H（ω）時應(yīng)考慮?無ISI（可靠）---什么2）ISI的產(chǎn)生原因及解決辦法

不滿足理論條件引起位定時誤差引起

由來？如何減?。?/p>

對H（）的綜合要求

η高（理想低通的η相對較高）

減小位定時誤差帶來的ISI（有“幅度滾降”的低通特

性較理想低通特性更好?。?）ISI的產(chǎn)生原因及解決辦法不滿足理論條件引起證明----有幅度滾降的低通較理想低通

對消除位定時誤差帶來的ISI更有利！a為滾降系數(shù)，0≤a≤1，一般取a≥0.2證明----有幅度滾降的低通較理想低通

對消除位結(jié)論？時域沖激響應(yīng)波形結(jié)論？時域沖激響應(yīng)波形無碼間干擾基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能第5章第7節(jié)----無碼間干擾基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能第5章第7節(jié)----＋GR(ω)判決再生n(t)G.Wr(t)t=kTs

抽樣判決電平系統(tǒng)性能分析模型∵GR(ω)出:

r(t)=y(t)+nR(t)∴樣值脈沖:

r=y+V（后者為噪聲樣值）∴若n(t)為平穩(wěn)G.RP（均值為0、方差為σ2）則V的概密函數(shù):＋GR(ω)判決再生n(t)G.