c7-第6章 數(shù)字基帶

數(shù)字基帶傳輸

第6章數(shù)字基帶信號的特性—波形頻譜碼型如何設(shè)計傳輸總特性—以消除碼間干擾如何提高抗噪聲性能—以減小噪聲影響眼圖—估計系統(tǒng)性能的實驗手段部分響應(yīng)時域均衡—改善系統(tǒng)性能的兩個措施

本章內(nèi)容:

第6章數(shù)字基帶

引言

基帶傳輸系統(tǒng)組成：信道：給基帶信號提供傳輸通道。引言西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院

引言輸入信號碼型變換傳輸波形信道輸出接收濾波輸出位定時脈沖恢復(fù)的信息錯誤碼元

基帶傳輸系統(tǒng)各點波形：引言10數(shù)字基帶信號

及其頻譜特性§6.1單個序列六種基本信號波形§6.1.1

數(shù)字基帶信號（a）~（d）的共性？

歸零

QA

四電平波形：00——+3E

01——+E10——-E

11——-3E若各碼元波形相同而取值不同，則可表示為：第n個碼元的電平取值—隨機量

TB—碼元持續(xù)時間g(t)—某種脈沖波形一般情況下：隨機脈沖序列

數(shù)字基帶信號的表示式方法：相關(guān)函數(shù)功率譜密度

由功率譜密度的定義式

目的：信號帶寬位定時分量、直流分量等

思路：分解交變波

穩(wěn)態(tài)波

§6.1.2

基帶信號的頻譜特性---PSD推導(dǎo)：設(shè)二進制的隨機脈沖序列：

“0”----g1(t)-----P“1”----g2(t)-----1-PTB-TBg2(t-2TB)g2(t-TB)g1(t-2TB)g1(t+2TB)g2(t+TB)g1(t)

穩(wěn)態(tài)波v(t)和

交變波u(t)v(t)：隨機序列s(t)的統(tǒng)計平均分量，每個碼元統(tǒng)計平均波形相同：——周期性信號u(t)：——隨機脈沖序列周期TB可展成傅里葉級數(shù)式中

1

v(t)的功率譜密度---Pv(f)∵

在（-TB/2，TB/2）內(nèi)：∴

∵只存在(-TB/2,TB/2)內(nèi)故有∴積分限可改為-到根據(jù)周期信號的功率譜密度與傅里葉系數(shù)的關(guān)系可得：其中22即u(t)的截短函數(shù)：取截短時間:2

u(t)的功率譜密度---Pu(f)

其中

其中

m≠n：m=n：雙邊譜單邊譜

3

s(t)=u(t)+v(t)的功率譜密度---Ps(f)連續(xù)譜

帶寬B離散譜定時分量（m=1)等

連續(xù)譜能否消失？離散譜消失的條件？

QA討論：例參見教材P137~139自行推導(dǎo)示意圖：解

譜零點帶寬：

歸納：基帶傳輸de常用碼型§6.2

①無直流分量，且低頻分量小；②定時信息豐富；

③高頻分量小；

④不受信源統(tǒng)計特性的影響；

⑤有自檢能力，⑥編、譯碼簡單。

AMI碼、HDB3---1B1T碼雙相碼、CMI碼---1B2B碼塊編碼§6.2.1

選碼原則§6.2.2幾種常用的傳輸碼型編碼規(guī)則：“1”——+1、-1交替“0”——0

特點：信碼有長連0串時，難以獲取定時信息。缺點：1

AMI

碼

——傳號極性交替碼

信碼：100110000000110011AMI碼：+100-1+10000000–1+100–1+1應(yīng)用：

PCM24路基群（北美系列）1.544Mb/s的線路碼型。舉例：

2

HDB3碼——3階高密度雙極性碼

編碼規(guī)則：連“0”個數(shù)不超過3個時，遵循AMI的編碼規(guī)則；連“0”個數(shù)超過3個時，將第4個“0”改為非“0”脈沖，

記為V+或V-，稱為破壞脈沖。相鄰V碼的極性必須交替出現(xiàn)（確保無直流）；V碼的極性應(yīng)與前一個非“0”脈沖的極性相同，否則，

將0000更改為B+00V+

或

B-00V-

。B稱為調(diào)節(jié)脈沖。V碼之后的傳號碼極性也要交替。

信碼

1000100100001000011000011

HDB3碼

-1000+100-1000V-+1000V+-1+1B-00V-+1-1除保持了AMI碼的特點之外，還將連“0”碼限制在

3個以內(nèi)，有利于位定時信號的提取。應(yīng)用：

A律PCM四次群以下的線路接口碼型?！?000±1±100±1

特點：舉例：譯碼：

“0”——01；“1”——10帶寬比原信碼大1倍。

3

雙相碼——曼徹斯特碼（Manchester）信碼11010010雙相碼

1010011001011001

局域網(wǎng)中的傳輸碼型。編碼規(guī)則：特點：缺點：應(yīng)用：

4

CMI碼——傳號反轉(zhuǎn)碼

特點：

雙極性二電平碼，連碼個數(shù)不超過3個。

編碼規(guī)則：“1”——11、00交替“0”——01

應(yīng)用：

A律PCM四次群的接口碼型；速率低于8.448Mb/s的光纜傳輸系統(tǒng)中。

5

nBmB碼(m>n)m位二進制碼（新碼組）n位二進制碼（原信碼組）2n

種組合2m

種組合從2m種中選擇許用碼組，其余為禁用碼組

例如：4B/3T碼，把4個二進制碼變換成3個三元碼，——1B/1T碼的改進型。在相同的碼速率下，4B/3T碼的信息容量大于1B/1T，因而可提高頻帶利用率。

4B/3T碼、8B/6T碼等適用于高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如

高次群同軸電纜傳輸系統(tǒng)。

6

nBmT碼

(mn)m位二進制碼（新碼組）n位二進制碼（原信碼組）數(shù)字基帶信號傳輸

與

碼間串?dāng)_§6.3基帶傳輸系統(tǒng)組成基帶傳輸系統(tǒng)模型§6.3.1系統(tǒng)組成與傳輸模型輸入信號碼型變換傳輸波形信道輸出接收濾波輸出位定時脈沖恢復(fù)的信息錯誤碼元

何謂ISI？產(chǎn)生ISI的原因？誤碼原因

——系統(tǒng)傳輸總特性不理想。{an}對應(yīng)的基帶信號基帶傳輸總特性§6.3.2

定量分析如何消除ISI？

如何抑制n(t)？接收濾波器輸出信號：設(shè)抽樣時刻，則抽樣值為：

ISI值

噪聲

研究的問題：延時無碼間串?dāng)_de基帶傳輸特性§6.4若能使:,則無ISI怎么做？

做不到

關(guān)注抽樣時刻等TB的零點§6.4.1消除碼間串?dāng)_的設(shè)計思想含義：本碼元抽樣時刻有值；其他碼元抽樣時刻均為0?！?.4.2無碼間串?dāng)_的條件

時域條件根據(jù)，并利用時域條件：分段積分求和

頻域條件則有=1令1利用時域條件：TB即得頻域條件頻域條件：——檢驗或設(shè)計H()能否消除碼間串?dāng)_的理論依據(jù)。含義示例：注：TS

=

TB

§6.4.3H()的設(shè)計1

理想低通特性奈奎斯特帶寬（最窄帶寬）奈奎斯特速率（無ISI的最高波特率）存在問題:特性陡峭不易實現(xiàn)；響應(yīng)曲線尾部收斂慢，擺幅大，對定時要求嚴(yán)格。fN—奈奎斯特帶寬f—超出fN的擴展量2

余弦滾降特性

余弦滾降特性與時域響應(yīng)：越大，h(t)的拖尾衰減越快，但B

η

幾種滾降特性和響應(yīng)曲線：各抽樣值之間增加一個零點,

尾部衰減較快

升余弦滾降：歸納QA——部分響應(yīng)技術(shù)（見§6.7）西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院

課件制作：曹麗娜滾降系數(shù)系統(tǒng)帶寬無ISI的最高頻帶利用率無ISI的最高碼元速率Baud=1(Baud/Hz）例（1）H(f)滿足無碼間串?dāng)_的頻域條件（2）（3）解基帶傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能§6.5研究：在無ISI條件下，噪聲n(t)引起的誤碼率Pe

高斯E[nR(t)]=0高斯白噪E[n(t)]=0nR(t)特性x(t)=s(t)+nR(t)PenR(t)§6.5.1二進制雙極性基帶系統(tǒng)的Pe

分析模型

nR(t)的一維概率密度函數(shù)為

可簡記為：對于雙極性基帶信號，其抽樣值為（+A,-A），則合成波x(t)=s(t)+nR(t)

在抽樣時刻的取值為:——高斯

x(t)特性

x(kTB)>Vd,判為“1”碼

x(kTB)Vd,判為“0”碼設(shè)判決門限為Vd，判決規(guī)則:VdP(0/1)

P(1/0)=P(xVd)=P(x>Vd)“1”—正確—錯誤“0”—錯誤—正確誤碼率Pe

P(0/1)——發(fā)1錯判為0的概率:P(0/1)

P(1/0)——發(fā)0錯判為1的概率:P(1/0)

Pe的值取決于——P(1)、P(0)、A、和Vd

雙極性基帶系統(tǒng)的總誤碼率

:QA可見

——使Pe最小的判決門限電平P(0/1)

P(1/0)P(1)=P(0)時:P(0/1)

=P(1/0)Pe=最佳門限電平§6.5.2二進制單極性基帶系統(tǒng)的Pe對于單極性基帶信號，其抽樣值為（+A,0），則合成波x(t)=s(t)+nR(t)

在抽樣時刻的取值為:對比：雙極性基帶信號，其抽樣值為（+A,-A）

∴只需將的分布中心由-A移到0即可：Vd歸納對比：等概時：等概時：眼圖§6.6估計和調(diào)整系統(tǒng)性能的一種實驗方法何謂眼圖？觀察方法Tc=TB成因(a)無ISI的情況——大“眼睛”(c)，線跡細(xì)而清晰；(b)有ISI的情況——小“眼睛”(d)，且線跡雜亂。

眼圖示例TB存在噪聲時，眼圖線跡變成了模糊的帶狀線；噪聲越大，線條越寬、越模糊，“眼睛”張開的越小，

甚至閉合。眼圖模型眼圖照片(a)無ISI和n(t)的情況(b)有一定ISI和n(t)的情況二進制雙極性升余弦信號三電平部分響應(yīng)信號部分響應(yīng)和時域均衡§6.7——改善系統(tǒng)性能的兩種措施設(shè)計目標(biāo)：§6.7.1

部分響應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計思想：——利用部分響應(yīng)波形

進行傳輸?shù)幕鶐到y(tǒng)觀察TB思路第Ⅰ類

部分響應(yīng)系統(tǒng)——當(dāng)前碼元只對下一個碼元產(chǎn)生碼間串?dāng)_TBTBTBTB

若g(t)為傳送信號的波形，且發(fā)送碼元的間隔為TB

則本碼元的抽樣值僅受

前一碼元的相同幅度樣值的串?dāng)_。合成波形TBNyquist速率：（無ISI的

最高波特率）無ISI的最高頻帶利用率:Nyquist帶寬：頻譜結(jié)構(gòu)/TB實現(xiàn)方法(a)原理方框圖預(yù)編碼：可消除接收端的“差錯傳播”現(xiàn)象:

bk=ak?

bk-1（模2加）即ak=bk?

bk-1

Ck=bk+bk-1

相關(guān)編碼:（算數(shù)加）接收端對Ck作“模2判決”即可恢復(fù)ak

：

[Ck]mod2=[bk+bk-1

]mod2=ak(b)實際系統(tǒng)組成框圖第Ⅳ類部分響應(yīng)系統(tǒng)相關(guān)編碼：Ck=bk-bk-2預(yù)編碼：bk=ak?

bk-2

即ak=bk?

bk-2

對Ck作模2判決以恢復(fù)ak：[Ck]mod2=[bk-bk-2

]mod2=bk?

bk-2=ak——當(dāng)前碼元只對下下一個碼元產(chǎn)生碼間串?dāng)_注意缺點有ISI??(??)§6.7.2

時域均衡目的：消除或減小碼間串?dāng)_（ISI）方法：頻域均衡和時