數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸44課件

第六章數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸?shù)诹聰?shù)字基帶信號(hào)的傳輸6.1引言6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型6.3基帶傳輸系統(tǒng)的波形設(shè)計(jì)6.4部分響應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng)6.5眼圖6.6均衡6.7基帶數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)率計(jì)算數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸-----不通過(guò)高頻調(diào)制，直接傳送視頻脈沖的傳輸系統(tǒng)（通常由有線傳送）。注：一切數(shù)字通信系統(tǒng)中高頻調(diào)制前的各功能模塊間的信號(hào)傳輸也屬基帶傳輸！6.1引言一、數(shù)字通信系統(tǒng)框圖此前為基帶系統(tǒng)注：復(fù)用可能在信源編碼之后注：擴(kuò)頻一般在高頻調(diào)制前6.1引言三、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)框圖6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型對(duì)于傳輸頻帶低端受限的信道，碼型的頻譜中應(yīng)不含有直流分量且低頻分量應(yīng)盡量小碼型變換過(guò)程對(duì)任何信源都具有透明性，即與信源的統(tǒng)計(jì)特性無(wú)關(guān)有利于提取位同步信號(hào)具有一定的檢錯(cuò)能力誤碼增值（擴(kuò)散）小譯碼設(shè)備盡量簡(jiǎn)單一、碼型設(shè)計(jì)原則6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型二、常用基帶傳輸碼型6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型二、常用基帶傳輸碼型HDB3碼的編碼步驟（1）取代變換： 將信碼中4個(gè)連“0”碼用取代節(jié)“000V”或“B00V”代替，當(dāng)兩個(gè)相鄰的V碼中間有奇數(shù)個(gè)“1”碼時(shí)用“000V”代替4個(gè)連“0”碼，有偶數(shù)個(gè)“1”碼時(shí)用“B00V”代替4個(gè)連“0”碼。信息代碼中的其它碼保持不變。（2）加符號(hào)： 對(duì)1中得到的“1”碼、破壞碼“V”及平衡碼“B”加符號(hào)。原則是：“V”碼的符號(hào)與前面第一個(gè)非“0”碼的符號(hào)相同，“1”碼及“B”碼的符號(hào)與前面第一個(gè)非“0”碼的符號(hào)相反。加符號(hào)后即得到HDB3碼。6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型三、基帶傳輸系統(tǒng)的組成6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型

：傳輸?shù)牡趍個(gè)碼元：所有其他碼元對(duì)正在接收判決的第m個(gè)碼元的影響，稱為碼間串?dāng)_（ISI）

：加性噪聲三、基帶傳輸系統(tǒng)的組成6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型二進(jìn)制隨機(jī)脈沖序列分析基帶碼的功率譜實(shí)際上就是分析隨機(jī)脈沖序列的功率譜。有兩類(lèi)性質(zhì)的隨機(jī)序列：無(wú)記憶（獨(dú)立）和有記憶（相關(guān)）。四、基帶碼的功率譜分析

6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型二進(jìn)制基帶碼S(t)的功率譜密度(推導(dǎo)參見(jiàn)附錄B)四、基帶碼的功率譜分析1）無(wú)記憶基帶碼的功率譜密度函數(shù)------前后兩相鄰碼元之間獨(dú)立四、基帶碼的功率譜分析（續(xù)）若S(t)為獨(dú)立等概的雙極性二進(jìn)制脈沖序列，且基帶波形g(t)為方波，則1）無(wú)記憶基帶碼的功率譜密度函數(shù)------前后兩相鄰碼元之間獨(dú)立四、基帶碼的功率譜分析（續(xù)）3)基帶碼功率譜密度分析小結(jié)如均值則基帶信號(hào)中有離散譜（即正弦波分量)，如均值為0，則無(wú)離散譜；式中第二項(xiàng)為連續(xù)譜（即非周期分量）；對(duì)于無(wú)記憶等概二電平碼（+1、-1的概率均等于1/2），有：上式適用于一切基帶碼元，包括有記憶、無(wú)記憶和多電平。將上述參數(shù)代入上式得：-----這即為前面求得的獨(dú)立基帶碼的功率譜例6.2.1雙極碼是一種有記憶碼，因?yàn)椤?’的取值前后相關(guān)。詳見(jiàn)書(shū)。6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型四、基帶碼的功率譜分析（續(xù)）幾種常見(jiàn)碼型的基帶信號(hào)功率譜6.3基帶傳輸系統(tǒng)的波形設(shè)計(jì)接收端送至抽樣判決器的波形由基帶碼型、發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器共同決定可通過(guò)改變發(fā)送濾波器和接收濾波器的特性獲得較好的接收端波形6.3基帶傳輸系統(tǒng)的波形設(shè)計(jì)接收波形滿足抽樣值無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)某湟獥l件是：僅在本碼元的抽樣時(shí)刻上有最大值，而其他所有碼元在該時(shí)刻的串?dāng)_值均為0。一、奈奎斯特準(zhǔn)則：抽樣值無(wú)失真6.3基帶傳輸系統(tǒng)的波形設(shè)計(jì)滿足抽樣值不失真的充要條件：一、奈奎斯特準(zhǔn)則：抽樣值無(wú)失真6.3基帶傳輸系統(tǒng)的波形設(shè)計(jì)滿足抽樣值不失真條件的傳遞函數(shù)：

6.3基帶傳輸系統(tǒng)的波形設(shè)計(jì)理想低通沖激響應(yīng)奈奎斯特帶寬：1/2T，無(wú)失真?zhèn)鬏敶a元周期為T(mén)的序列時(shí)所需的最小頻帶寬度系統(tǒng)頻帶利用率達(dá)到最大：2波特/赫茲一、奈奎斯特準(zhǔn)則：抽樣值無(wú)失真6.3基帶傳輸系統(tǒng)的波形設(shè)計(jì)1)信號(hào)的頻譜函數(shù)和波形函數(shù)二、升余弦滾降信號(hào)6.4部分響應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng)二、部分響應(yīng)系統(tǒng)的基本原理高于奈氐速率傳輸，必定會(huì)有碼間串?dāng)_；在前一碼元正確接收條件下，對(duì)下一碼元的串?dāng)_是己知的（如‘1’為正，‘0’為負(fù)）；既己知就可在判決時(shí)去除。原理：優(yōu)點(diǎn)：傳輸速率高（可高于奈奎斯特極限）。缺點(diǎn)：設(shè)備較復(fù)雜；在相同SNR條件下誤碼率較高（引入了判決損失）。6.4部分響應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng)第I類(lèi)部分響應(yīng)信號(hào)：三、第I類(lèi)部分響應(yīng)系統(tǒng)6.4部分響應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng)第I類(lèi)部分響應(yīng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理框圖由于光纖帶寬富裕，因而部分響應(yīng)在基帶傳輸中稀有應(yīng)用（在無(wú)線通信系統(tǒng)中有采用）三、第I類(lèi)部分響應(yīng)系統(tǒng)6.4部分響應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng)四、部分響應(yīng)系統(tǒng)的一般形式6.5眼圖6.6均衡均衡：對(duì)信號(hào)在傳輸過(guò)程中的線性失真進(jìn)行校正，是一切通信系統(tǒng)中的必備模塊線性失真：振幅頻率失真相位頻率失真（群時(shí)延失真）均衡器設(shè)計(jì)的兩個(gè)基本途徑：頻域均衡：使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)滿足無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件時(shí)域均衡：使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無(wú)碼間串?dāng)_的條件一、均衡概述6.6均衡信道失真引起的碼間串?dāng)_二、時(shí)域均衡(又稱信道均衡）產(chǎn)生原因：多徑延時(shí)、多普勒頻移和信道群延時(shí)失真等。t=T時(shí)刻的采樣值干擾相鄰碼元?？朔椒ǎ翰捎眯诺谰馄鳌８蓴_相鄰碼元圖6.6.76.6均衡橫向?yàn)V波器形式的信道均衡器二、時(shí)域均衡傳輸函數(shù)：輸出波形：橫向?yàn)V波均衡器的設(shè)計(jì)算法（拍零法）二、時(shí)域均衡（續(xù)）令t=mT，m=0,±1,±2,±3,…,對(duì)y(t)進(jìn)行采樣，如不計(jì)噪聲，并假設(shè)只有N個(gè)相鄰碼元會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_（通常取N=1或2，即取橫向?yàn)V波器為3節(jié)或5節(jié)），可得：表示為矩陣形式有：給定Y，己知X求C，有多種算法，上述算式稱之為拍零法。二、時(shí)域均衡（續(xù)）橫向?yàn)V波均衡器的設(shè)計(jì)算法（拍零法）例6.6.1針對(duì)圖6.6.7的波形失真，采用3節(jié)橫向?yàn)V波器，試用拍零法求橫向?yàn)V波器系數(shù)。解：3節(jié)，對(duì)應(yīng)N=1.將數(shù)據(jù)代入方程，有：解方程（可將矩陣化為聯(lián)立方程組）得：，均衡后的輸出是：注：系統(tǒng)中實(shí)際應(yīng)用是在碼流中相距一段時(shí)間便插入測(cè)試序列，確定系數(shù)C，認(rèn)為在信道相關(guān)時(shí)間內(nèi)參數(shù)不變，均衡有效。測(cè)試序列占用了信道資源。不插入測(cè)試序列的均衡算法稱之為盲均衡。6.7基帶數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)率計(jì)算

二元碼：

信道中引入的高斯噪聲：

接收濾波器的輸出：

對(duì)單極性碼，若不考慮碼間串?dāng)_的影響，則抽樣時(shí)刻有一、二元碼的誤比特率6.7基帶數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)率計(jì)算發(fā)“0”碼時(shí)接收波形的幅度概率密度函數(shù)發(fā)“1”碼時(shí)接收波形的幅度概率密度函數(shù)一、二元碼的誤比特率6.7基帶數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)率計(jì)算一、二元碼的誤比特率6.7基帶數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)率計(jì)算單極性二元碼雙極性二元碼在相同誤比特率時(shí)，單極性二元碼的平均信號(hào)功率為雙極性二元碼的兩倍；在相同信噪比時(shí)，雙極性二元碼的誤比特率低于單極性二元碼。Q函數(shù)是計(jì)算誤碼率的常用算式，只能由表查數(shù)值解（見(jiàn)附錄C）。一、二元碼的誤比特率式中，S是信號(hào)功率，N是噪聲功率，是比特能量SNR，是噪聲功率譜密度。6.7基帶數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)率計(jì)算數(shù)字通信中，常用與比特能量信噪比的歸一化形式表示系統(tǒng)性能指標(biāo)與信噪比S/N的關(guān)系一、二元碼的誤比特率6.7基帶數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)率計(jì)算M元碼誤符號(hào)率的一般表達(dá)式碼元錯(cuò)誤概率與比特錯(cuò)誤概率之間的關(guān)系二、M元碼的錯(cuò)誤概率---由二元碼推廣而來(lái)，式中A仍表示兩碼元之間的電平差值。表示成SNR形式：自然二進(jìn)碼：格雷碼：---這即是信道編碼理論中增加碼組長(zhǎng)度可獲益的原理！小結(jié)：（1）數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型各有各自的設(shè)計(jì)目的，如去除直流分量，減少連0串，加強(qiáng)位同步信息或壓縮頻帶等；（2）基帶碼的功率譜決定于碼元波形和碼流的相關(guān)特性，一般需通過(guò)相關(guān)函數(shù)求功率譜密度函數(shù)；（3）數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)通過(guò)碼元的波形設(shè)計(jì)來(lái)消除碼間串?dāng)_的影響，升余弦信號(hào)是最常用的基帶信號(hào)之一；（4）部分響應(yīng)基帶傳輸可以使傳輸速率高于奈奎斯特極限，目前在有線通信中還未見(jiàn)采用，但在頻帶受限的無(wú)線通信系統(tǒng)中有應(yīng)用；（5）信道均衡是通信系統(tǒng)中廣泛采用的技術(shù)，橫向?yàn)V波器均衡應(yīng)用廣泛；（6）誤碼率是一切數(shù)字通信系統(tǒng)的重要指標(biāo)，Q函數(shù)是在高斯噪聲干擾下計(jì)算差錯(cuò)率的公式，其值由數(shù)值解求得。非高斯噪聲干擾下不能用Q函數(shù)計(jì)算誤碼?；鶐鬏斠徽陆Y(jié)束習(xí)題：6.1，6.2，6.3，6.5，6.6，6.10，6.17，6.21，6.25ThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7J7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#