通信技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）課件 第5章 基帶傳輸

5.1數(shù)字基帶信號(hào)概述5.2基帶傳輸常用線路碼型5.3基帶傳輸與碼間干擾5.4再生中繼傳輸5.5眼圖5.1數(shù)字基帶信號(hào)概述數(shù)字基帶信號(hào)是指未經(jīng)調(diào)制變換的信號(hào),它的頻譜一般從零開(kāi)始。自然界存在大量的原本是數(shù)字形式的數(shù)據(jù)信息,如計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)代碼,各業(yè)務(wù)領(lǐng)域涉及的測(cè)試、檢測(cè)開(kāi)關(guān)量等。如果將數(shù)字基帶信號(hào)直接送入信道中傳輸,則稱(chēng)之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸。5.1.1數(shù)字基帶信號(hào)的一般表示形式一般基帶數(shù)據(jù)信號(hào)序列為隨機(jī)信號(hào),若令g1(t)代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)符號(hào)“0”,g2(t)代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)符號(hào)“1”,碼元的寬度為T(mén),則單極性全占空基帶數(shù)據(jù)序列波形如圖51所示。數(shù)據(jù)信號(hào)序列可表示為其中:設(shè)數(shù)據(jù)序列出現(xiàn)“0”的概率為P,則出現(xiàn)“1”的概率為1-P。5.1.2常見(jiàn)數(shù)字基帶信號(hào)的波形數(shù)字基帶信號(hào)是數(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)表示相應(yīng)的數(shù)字消息的,其主要特點(diǎn)是功率譜集中在零頻率附近。數(shù)字基帶信號(hào)的波形和碼型有很多,但是它們的基本信號(hào)單元都采用矩形脈沖?，F(xiàn)在我們以矩形脈沖組成的基帶信號(hào)為例,介紹幾種最基本的基帶信號(hào)碼波形。1.單極性不歸零碼單極性不歸零碼(NRZ碼)如圖52所示,它用高電平表示二進(jìn)制符號(hào)“1”,用低電平表示二進(jìn)制符號(hào)“0”,在一個(gè)碼元時(shí)隙內(nèi)電平維持不變,即占空比

。2.單極性歸零碼單極性歸零碼(RZ碼)如圖53所示,代表二進(jìn)制符號(hào)“1”的高電平在整個(gè)碼元時(shí)隙持續(xù)一段時(shí)間后要回到低電平,即占空比

,通常占空比取50%。3.雙極性不歸零碼雙極性不歸零碼(BNRZ碼)如圖54所示,它用正電平代表二進(jìn)制符號(hào)“1”,用負(fù)電平代表二進(jìn)制符號(hào)“0”,在整個(gè)碼元時(shí)隙內(nèi)電平維持不變。4.雙極性歸零碼雙極性歸零碼(BRZ碼)如圖55所示,代表二進(jìn)制符號(hào)“1”和“0”的正、負(fù)電平在整個(gè)碼元時(shí)隙持續(xù)一段時(shí)間之后都要回到0電平,同單極性歸零碼一樣,可用占空比也小于1。5.1.3常見(jiàn)數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜特性和特點(diǎn)隨機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)的功率譜可能包括兩個(gè)部分:連續(xù)譜和離散譜。連續(xù)譜總是存在的,而離散譜在某些情況下可能沒(méi)有。圖56畫(huà)出了幾種常見(jiàn)數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜密度,圖中用箭頭表示離散線譜?？梢?jiàn),脈沖寬度越寬,其能量集中的范圍就越小;反之,能量集中的范圍就越大。圖5-6(a)為單極性全占空脈沖序列功率譜,對(duì)應(yīng)單極性不歸零碼。由功率譜可知單極性不歸零碼的特點(diǎn):(1)含有直流成分,低頻成分豐富。(2)功率譜中不含時(shí)鐘成分,不能提取時(shí)鐘信號(hào)。(3)該碼流無(wú)規(guī)律,無(wú)誤碼自動(dòng)檢測(cè)能力。圖5=6(b)為單極性半占空脈沖序列功率譜,對(duì)應(yīng)單極性歸零碼。由功率譜可知單極性歸零碼中含有時(shí)鐘信息,其他特性與單極性不歸零碼相同。圖5-6(c)為雙極性全占空脈沖序列功率譜,對(duì)應(yīng)雙極性不歸零碼。由功率譜可知雙極性不歸零碼的特點(diǎn):(1)當(dāng)二進(jìn)制符號(hào)序列中的“1”和“0”等概率出現(xiàn)時(shí),序列中無(wú)直流分量。(2)判決電平為0,其容易設(shè)置且穩(wěn)定,抗噪聲性能好。(3)序列中不含位同步信息。(4)碼流無(wú)規(guī)律,無(wú)誤碼自動(dòng)檢測(cè)能力。圖5-6(d)為雙極性半占空脈沖序列功率譜,對(duì)應(yīng)雙極性歸零碼。雙極性歸零碼的優(yōu)缺點(diǎn)與雙極性不歸零碼相近,但應(yīng)用時(shí)只要在接收端加一級(jí)整流電路就可將序列變換為單極性歸零碼,相當(dāng)于包含了位同步信息。5.2基帶傳輸常用線路碼型5.2.1基帶傳輸對(duì)線路碼型的要求基帶信號(hào)是代碼的一種電的表示形式,在實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)中,并不是所有的基帶波形都能在信道中傳輸。例如,含有豐富直流和低頻成分的基帶信號(hào)就不適合在信道中傳輸,因?yàn)樗锌赡茉斐尚盘?hào)嚴(yán)重畸變,前面介紹的單極性基帶波形就是一個(gè)典型例子。再例如,一般基帶傳輸系統(tǒng)都從接收到的基帶信號(hào)流中提取定時(shí)信息,而定時(shí)信息又依賴(lài)于代碼的碼型,如果代碼出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)符號(hào),則基帶信號(hào)可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)0電位,從而影響定時(shí)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。線路碼型取決于實(shí)際信道的特性和系統(tǒng)工作的條件,在較為復(fù)雜的基帶傳輸系統(tǒng)中,線路碼型應(yīng)具有下列主要特性:(1)對(duì)直流或低頻受限信道,無(wú)直流分量,且低頻分量少。(2)便于從接收碼流中提取定時(shí)信號(hào)。(3)信號(hào)中高頻分量盡量少,以節(jié)省傳輸頻帶并減少碼間串?dāng)_。(4)碼型具有一定的檢錯(cuò)能力。(5)不受信息源統(tǒng)計(jì)特性的影響,即能適應(yīng)信息源的變化。(6)編譯碼設(shè)備要盡可能簡(jiǎn)單。5.2.2常見(jiàn)基帶傳輸碼型1.傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼(AMI)碼的編碼規(guī)則是:編碼時(shí)將原二進(jìn)制信息碼流中的“1”用交替出現(xiàn)的正、負(fù)電平(+1碼、-1碼)表示,“0”用0電平表示。在AMI碼的輸出碼流中總共有三種電平出現(xiàn),但并不代表三進(jìn)制,它又可歸類(lèi)為偽三元碼,占空比AMI碼編碼示意圖如圖5-7所示。AMI碼的優(yōu)點(diǎn)主要有以下兩點(diǎn):(1)功率譜中無(wú)直流分量,低頻分量較小。(2)利用傳號(hào)時(shí)是否符合極性交替的原則來(lái)檢測(cè)誤碼。AMI碼的主要缺點(diǎn)是:當(dāng)信息流中出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”碼時(shí),AMI碼中無(wú)電平跳變,會(huì)丟失定時(shí)信息。2.三階高密度雙極性碼三階高密度雙極性碼(HDB3)碼保持了AMI碼的優(yōu)點(diǎn)并克服了AMI碼的缺點(diǎn),也稱(chēng)作偽三元碼。HDB3碼中“3”階的含義是:限制連“0”的個(gè)數(shù)不超過(guò)3位。如果原二進(jìn)制信息碼流中連“0”的數(shù)目小于4,那么編碼后的HDB3碼與AMI碼完全一樣。當(dāng)信息碼流中連“0”數(shù)目等于或大于4時(shí),這個(gè)位置稱(chēng)為長(zhǎng)連“0”位置。HDB3碼的編碼規(guī)則如下:(1)找到碼流中長(zhǎng)連“0”的位置,從長(zhǎng)連“0”的第一個(gè)0開(kāi)始,連續(xù)四個(gè)“0”分為一組,稱(chēng)為四連零碼組。(2)用取代節(jié)代替四連零碼組,取代節(jié)有“000V”和“B00V”,分兩步完成。第一步:用“V”碼代替四連“0”中的第四個(gè)“0”。第二步:若兩個(gè)相鄰的“V”碼間“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù),則后一組四連“0”碼組中的第一個(gè)“0”保持不變;若為偶數(shù),則后一組四連“0”碼組中的第一個(gè)“0”用“B”碼代替。其中“B”和“V”都是傳號(hào)。(3)進(jìn)行極性變換:①除“V”外傳號(hào)極性交替變換;②“V”碼與前面相鄰的傳號(hào)極性相同;③V碼極性交替變換。其中,“B”碼沒(méi)有破壞極性交替原則,稱(chēng)為非破壞碼;“V”碼破壞了極性交替原則,稱(chēng)為破壞碼。HDB3碼的優(yōu)點(diǎn)主要有以下三點(diǎn):(1)無(wú)直流,低頻成分少。(2)頻帶較窄,可打破長(zhǎng)連“0”,提取同步方便。(3)碼型有規(guī)律,可以檢測(cè)誤碼。HDB3碼在接收后,進(jìn)行解碼,解碼規(guī)則如下:(1)找出取代節(jié)的位置,即找出碼流中極性相同的“1”碼位置,這個(gè)位置可能是取代節(jié)。因?yàn)榘l(fā)送端編碼時(shí),V碼與前一個(gè)相鄰的傳號(hào)極性相同。(2)扣除取代節(jié)中的B和V,若極性相同的兩個(gè)1碼間有兩個(gè)連0,則認(rèn)為該位置為取代節(jié)B00V,那么將這兩個(gè)極性相同的1碼改為0,即扣除了B和V。若極性相同的兩個(gè)1間有三個(gè)連0,則認(rèn)為該位置為取代節(jié)000V,那么將這兩個(gè)極性相同的1碼中后一個(gè)1碼改為0,即扣除了V碼。(3)將V與B均去掉(改為0碼后),得到AMI碼,再進(jìn)行全波整流,得單極性碼,即原碼序列。雖然HDB3碼有些復(fù)雜,但鑒于其具有明顯的優(yōu)點(diǎn),34Mb/s以下速率的系統(tǒng)中常采用HDB3碼作為接口碼型。3.傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼(CMI碼)傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼(CMI碼)的編碼規(guī)則是:將原來(lái)二進(jìn)制碼流中的“0”碼編為“01”,將“1”碼編為“00”或“11”,“00”和“11”交替出現(xiàn)。這樣編碼的結(jié)果使碼流中的“0”“1”出現(xiàn)的概率均等?！?0”作為禁字,不允許出現(xiàn)。如果接收端碼流中一旦出現(xiàn)“10”組合的碼,即可判為誤碼,以此監(jiān)測(cè)誤碼。CMI編碼后碼流中最多連“0”、連“1”個(gè)數(shù)為3,有利于時(shí)鐘提取,CMI碼編碼示意圖如圖5-9所示。4.曼徹斯特碼曼徹斯特碼又稱(chēng)為數(shù)字雙相碼,它用一個(gè)周期的正負(fù)對(duì)稱(chēng)方波表示“0”,而用其反相波形表示“1”。編碼規(guī)則是:“0”碼用“01”兩位碼表示,“1”碼用“10”兩位碼表示,如圖5-10所示。5.密勒碼密勒(Miller)碼又稱(chēng)延遲調(diào)制碼,它是雙向碼的另一種變形。它的編碼規(guī)則如下:“1”碼用碼元間隔中心點(diǎn)出現(xiàn)躍變來(lái)表示,即用“10”或“01”表示。具體在選擇“10”或“01”編碼時(shí)需要考慮前一個(gè)碼元編碼的情況,如果前一個(gè)碼元為“1”,則選擇和這個(gè)“1”碼相同的編碼值;如果前一個(gè)碼元為“0”,則編碼以邊界不出現(xiàn)跳變?yōu)闇?zhǔn)則。如果“0”碼編碼為“00”,則緊跟的“1”碼編碼為“01”;如果“0”碼編碼為“11”,則緊跟的“1”碼編碼為“10”?！?”碼則根據(jù)情況選擇用“00”或“11”表示。具體在選擇“00”或“11”編碼時(shí)需要考慮前一個(gè)碼元編碼的情況,如果前一個(gè)碼元為“0”,則選擇和這個(gè)“0”碼不同的編碼值;如果前一個(gè)碼元為“1”,則編碼以邊界不出現(xiàn)跳變?yōu)闇?zhǔn)則。如果“1”碼編碼為“01”,則緊跟的“0”碼編碼為“11”;如果“1”碼編碼為“10”,則緊跟的“0”碼編碼為“00”,如圖5-11所示。5.3基帶傳輸與碼間干擾5.3.1基帶傳輸系統(tǒng)模型在基帶傳輸系統(tǒng)中,一系列的基帶信號(hào)波形被變換成相應(yīng)的發(fā)送基帶波形后,就被送入信道。信號(hào)通過(guò)信道傳輸,一方面要受到信道特性的影響,使信號(hào)產(chǎn)生畸變;另一方面,信號(hào)被信道中的加性噪聲所疊加,造成信號(hào)的隨機(jī)畸變。因此,到達(dá)接收端的基帶脈沖信號(hào)已經(jīng)發(fā)生了失真。為此,在接收端首先要安裝一個(gè)接收濾波器,使噪聲盡量得到抑制,從而使信號(hào)順利通過(guò)。但是,在接收濾波器的輸出信號(hào)里,仍然存在畸變并混有噪聲。因此,為了提高接收系統(tǒng)的可靠性,通常要在接收濾波器的輸出端安排一個(gè)識(shí)別電路,常用的識(shí)別電路是抽樣判決器,它是在每一個(gè)接收基帶波形的中心附近對(duì)信號(hào)進(jìn)行抽樣,然后將抽樣值與判決門(mén)限進(jìn)行比較,若抽樣值大于門(mén)限值,則判為“高”電平,反之,則判為“低”電平。這樣就可以獲得一系列新的基帶波形,即再生的基帶信號(hào),如圖512所示。不難看出,抽樣判決有進(jìn)一步排除噪聲干擾和提取有用信號(hào)的作用,只要信號(hào)畸變不大且噪聲影響較小,我們就可以獲得與發(fā)送端幾乎一樣的基帶信號(hào)。當(dāng)然,基帶信號(hào)的恢復(fù)或再生總是要求有一良好的同步系統(tǒng)。單個(gè)矩形脈沖及其頻譜如圖5-13所示。從圖5-13中可以看出,矩形脈沖信號(hào)的頻譜函數(shù)分布于整個(gè)頻率軸上,而其能量主要集中在直流和低頻段。

當(dāng)信道的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碼元傳輸速率時(shí),可采用矩形脈沖。當(dāng)信道帶寬有限時(shí),為合理利用頻帶資源,在發(fā)送端常用低通濾波器來(lái)限制發(fā)送信號(hào)的帶寬，在接收端用低通濾波器來(lái)濾除噪聲的干擾。典型的數(shù)字基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)模型如圖5-14所示。基帶碼型編碼電路將數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合于基帶信道傳輸?shù)臎_激脈沖或窄脈沖序列。發(fā)送濾波器又稱(chēng)信道信號(hào)形成網(wǎng)絡(luò),它限制發(fā)送信號(hào)的頻帶,同時(shí)將編碼后的波形轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)幕鶐Рㄐ?。信道可以是電纜等狹義信道,也可以是帶調(diào)制器的廣義信道,信道中的窄帶高斯噪聲會(huì)給傳輸波形造成隨機(jī)畸變。接收濾波器的作用是濾除混在接收信號(hào)中的帶外噪聲和由信道引入的噪聲,對(duì)失真波形進(jìn)行盡可能的補(bǔ)償(均衡)。抽樣判決器是一個(gè)識(shí)別電路,它把接收濾波器輸出的信號(hào)波形放大、限幅、整形后再加以識(shí)別,可進(jìn)一步提高信噪比?；鶐Тa型譯碼電路是將抽樣判決器送出的信號(hào)還原成原始信號(hào)。5.3.2碼間串?dāng)_數(shù)字通信的主要質(zhì)量指標(biāo)是傳輸速率和誤碼率,二者之間密切相關(guān)、相互影響。當(dāng)信道一定時(shí),傳輸速率越高,誤碼率越大。如果傳輸速率一定,那么誤碼率就成為數(shù)字信號(hào)傳輸中最主要的性能指標(biāo)。從數(shù)字基帶信號(hào)傳輸?shù)奈锢磉^(guò)程看,誤碼是由接收機(jī)抽樣判決器錯(cuò)誤判決所致,而造成誤判的主要原因是碼間串?dāng)_和信道噪聲。顧名思義,碼間串?dāng)_是傳輸過(guò)程中各碼元間的相互干擾。由于系統(tǒng)的濾波作用或者信道不理想,當(dāng)基帶數(shù)字脈沖序列通過(guò)系統(tǒng)時(shí),脈沖會(huì)被展寬,甚至重疊(串?dāng)_)到鄰近時(shí)隙中而成為干擾,這樣就產(chǎn)生了碼間串?dāng)_。例如,圖5-15(a)所示發(fā)送序列中的單個(gè)“1”碼,經(jīng)過(guò)發(fā)送濾波器后,變成正的升余弦波形,如圖5-15(b)所示。此波形經(jīng)信道傳輸產(chǎn)生了延遲和失真,如圖5-15(c)所示。這個(gè)“1”碼的拖尾延伸到了下一碼元時(shí)隙內(nèi),并且抽樣判決時(shí)刻也相應(yīng)向后推移至波形出現(xiàn)最高峰處(設(shè)為t1)假如傳輸一組雙極性碼碼元1110,經(jīng)發(fā)送濾波器后變?yōu)樯嘞也ㄐ?如圖5-16(a)所示。經(jīng)過(guò)信道后產(chǎn)生碼間串?dāng)_,前三個(gè)“1”碼的拖尾相繼侵入到第四個(gè)“0”碼的時(shí)隙中,如圖5-16(b)所示。圖5-16(b)中a1、a2、a3分別為第一、二、三個(gè)碼元在3Ts+t1時(shí)刻對(duì)第四個(gè)碼元產(chǎn)生的碼間串?dāng)_值,a4為第四個(gè)碼元在抽樣判決時(shí)刻的幅度值。當(dāng)a1+a2+a3<|a4|時(shí),判決正確;當(dāng)a1+a2+a3>|a4時(shí),發(fā)生錯(cuò)判,造成誤碼。5.3.3無(wú)碼間串?dāng)_的基帶傳輸特性在數(shù)字信號(hào)的傳輸中,碼元波形是按一定的時(shí)間間隔發(fā)送的,波形幅度攜帶信息。接端經(jīng)再生判決后,若能準(zhǔn)確地恢復(fù)出幅度信息,則原始信息就能無(wú)誤地傳送。因此,只需要討論特定時(shí)刻的抽樣值有無(wú)串?dāng)_,而波形是否在時(shí)間上延伸則無(wú)關(guān)緊要。換句話說(shuō),即使經(jīng)傳輸后的整個(gè)波形發(fā)生了變化,但只要在特定時(shí)刻的抽樣值能反映其攜帶的幅度信息,再經(jīng)過(guò)抽樣處理,仍能準(zhǔn)確無(wú)誤地恢復(fù)原始信息。1.理想低通濾波器的波形形成1)理想低通濾波器的傳輸特性理想低通濾波器的傳輸特性如圖517所示,其傳遞函數(shù)為其中,fN為截止頻率,td為固定時(shí)延。2)理想低通濾波器的沖激響應(yīng)根據(jù)信號(hào)與傳輸理論可知,一個(gè)沖激脈沖信號(hào)δ(t)在t=0時(shí)經(jīng)過(guò)理想低通濾波器后,可以得到如圖518所示的響應(yīng)波形,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為由圖518可見(jiàn),理想低通濾波器的沖激響應(yīng)具有以下特點(diǎn):(1)在t=td處有最大值(2fN),通?？闪顃d=0。(2)響應(yīng)波形在最大值兩邊做均勻間隔的衰減波動(dòng)。(3)響應(yīng)值有很多零點(diǎn),以t=td為中心,每隔1/(2fN)秒有一個(gè)零點(diǎn)。3)無(wú)碼間干擾的概念一個(gè)沖激信號(hào)經(jīng)過(guò)理想低通信道后,其脈沖被展寬,除了在t=td處有最大值外,在其他時(shí)刻,雖然沒(méi)有信號(hào)輸入,但仍有輸出,若此時(shí)有其他脈沖輸入,就會(huì)受到當(dāng)前脈沖的影響。T=1/(2fN)和T≠1/(2fN)時(shí)的輸入響應(yīng)如圖5-19所示,TB為相鄰碼元間隔時(shí)間。如圖5-19(a)所示,當(dāng)TB=1/(2fN)且抽樣周期T=TB,接收端在該時(shí)刻抽樣時(shí),抽樣值不受其他輸入脈沖的影響。如圖5-19(b)所示,當(dāng)T≠1/(2fN)且T=TB,接收端在該時(shí)刻抽樣時(shí),抽樣值是多個(gè)碼元在該抽樣時(shí)刻的疊加值,受到其他輸入脈沖的影響。對(duì)于一個(gè)碼元信號(hào)來(lái)說(shuō),其他碼元信號(hào)在其抽樣判決時(shí)刻的疊加值就稱(chēng)為碼間干擾或碼間串?dāng)_。碼間干擾是由于傳輸頻帶受限使輸出波形產(chǎn)生拖尾所致。因此,基帶數(shù)據(jù)傳輸時(shí)總希望碼間干擾越小越好。4)奈氏第一準(zhǔn)則(無(wú)碼間干擾的條件)若系統(tǒng)等效網(wǎng)絡(luò)具有理想低通特性,且截止頻率為fN,則該系統(tǒng)中允許的最高碼元(符號(hào))速率為2fN,這時(shí)系統(tǒng)輸出波形在峰值點(diǎn)上不產(chǎn)生前后符號(hào)間干擾。常用的重要參量有:B=fN(奈氏頻帶),fs=2fN(奈氏速率),T=1/(2fN)(奈氏間隔)。2.具有滾降特性的低通濾波器1)具有幅頻滾降特性的低通網(wǎng)絡(luò)的提出(1)理想的低通濾波特性很難實(shí)現(xiàn)。(2)響應(yīng)波形h(t)的“尾巴”———衰減振蕩幅度較大,對(duì)接收端時(shí)鐘信號(hào)準(zhǔn)確度要求極高。2)幅頻滾降特性的傳遞函數(shù)(1)滾降特性。相對(duì)于理想低通特性的幅頻特性,滾降低通濾波器的幅頻特性在fN處不是垂直截止特性,而是有一定的緩變過(guò)渡特性(或圓滑),這種緩變過(guò)渡特性稱(chēng)為滾降特性,一般要求系統(tǒng)的幅頻特性在(fN,1/2)點(diǎn)奇對(duì)稱(chēng),如圖5-20所示。(2)滾降系數(shù)。滾降低通濾波器的滾降系數(shù)為式中,α為滾降系數(shù),fα為截止頻率所增加的頻帶。fα的取值應(yīng)在0~fN內(nèi),因此α的取值應(yīng)在0~1的范圍內(nèi)。(3)頻帶。滾降低通濾波器的頻帶為α取值不同,滾降特性不同,如圖5-21所示。幅頻滾降特性網(wǎng)絡(luò)沖激響應(yīng)h(t)的曲線如圖5-22所示。由圖522可見(jiàn),α值越大,其沖激響應(yīng)的尾巴衰減越快,因此允許取樣定時(shí)相位有較大的偏移。然而,α值越大,頻帶利用率就越小,因?yàn)檫@時(shí)頻帶利用率為當(dāng)α=1時(shí),頻帶傳輸效率為1Bd/Hz;當(dāng)α=0時(shí),頻帶傳輸效率為2Bd/Hz。5.4再生中繼傳輸5.4.1再生中繼傳輸?shù)淖饔脗鬏斝诺朗峭ㄐ畔到y(tǒng)必不可少的組成部分,而信道中又不可避免地存在噪聲與干擾,因此基帶傳輸信號(hào)在信道中傳輸時(shí)將受到衰減和噪聲干擾的影響。隨著信道長(zhǎng)度的增加,接收信噪比將下降,誤碼增加,導(dǎo)致通信質(zhì)量下降。信道傳輸特性對(duì)信號(hào)的傳輸是有影響的。由傳輸線基本理論可知,傳輸線衰減頻率特性是與

成正比變化的(f是傳輸信號(hào)的頻率)。圖5-23所示為三種不同電纜的傳輸衰減特性?？梢?jiàn),衰減是與頻率有關(guān)的。具有較寬頻譜的數(shù)字信號(hào)通過(guò)電纜傳輸后,會(huì)改變信號(hào)頻譜幅度的比例關(guān)系。一個(gè)脈寬為0.4μs、幅度為1V的矩形脈沖(實(shí)際上它代表1個(gè)“1”碼)通過(guò)不同長(zhǎng)度的電纜傳輸后的波形示意圖如圖5-24所示。由圖524可見(jiàn),這種矩形脈沖信號(hào)經(jīng)信道傳輸后,波形產(chǎn)生失真,其失真主要反映在以下幾個(gè)方面:(1)接收到的信號(hào)波形幅度變小。這是由于傳輸線存在衰減造成的。傳輸距離越長(zhǎng),衰減越大,幅度降低越明顯。(2)波峰延后。這反映了傳輸線的延遲特性。(3)脈沖寬度大大增加。這是由于傳輸線有頻率特性,使波形產(chǎn)生嚴(yán)重的失真而造成的。波形失真最嚴(yán)重的后果是產(chǎn)生拖尾,這種拖尾失真將會(huì)造成數(shù)字信號(hào)序列的碼間干擾。假設(shè)一個(gè)雙極性半占空數(shù)字信號(hào)序列如圖5-25(a)所示,則它經(jīng)電纜信道傳輸后的波形如圖5-25(b)所示。由于數(shù)字信號(hào)序列經(jīng)過(guò)電纜信道傳輸后會(huì)產(chǎn)生波形失真,而且傳輸距離越長(zhǎng),波形失真越嚴(yán)重,當(dāng)傳輸距離增加到某一長(zhǎng)度時(shí),接收到的信號(hào)將很難識(shí)別,因此,PCM信號(hào)傳輸距離將受到限制。為了延長(zhǎng)通信距離,在傳輸通路的適當(dāng)位置處應(yīng)設(shè)置再生中繼裝置,即每隔一定的距離加一個(gè)再生中繼器,使已失真的信號(hào)經(jīng)過(guò)整形后再向更遠(yuǎn)的距離傳送。5.4.2再生中繼傳輸系統(tǒng)的特點(diǎn)再生中繼系統(tǒng)中,由于每隔一定的距離加一個(gè)再生中繼器,因此它有以下兩方面的特點(diǎn):1.無(wú)噪聲積累我們知道數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)受到噪聲的影響,噪聲主要會(huì)導(dǎo)致信號(hào)幅度的失真。模擬信號(hào)傳送一定的距離后也要用增音設(shè)備對(duì)衰耗失真的信號(hào)加以放大,這時(shí)噪聲也會(huì)被放大,噪聲的干擾無(wú)法去掉。因此隨著通信距離的增加,噪聲會(huì)積累。而數(shù)字通信中的中繼傳輸系統(tǒng),由于噪聲干擾可以通過(guò)對(duì)信號(hào)的均衡放大、再生判決來(lái)去掉,因此理想的中繼傳輸系統(tǒng)是不存在噪聲積累的。2.有誤碼積累所謂誤碼,就是指信息碼在中繼器再生判決過(guò)程中因存在各種干擾(碼間干擾、噪聲干擾等),會(huì)導(dǎo)致判決電路的錯(cuò)誤判決,即將“1”碼誤判成“0”碼,或?qū)ⅰ?”碼誤判成“1”碼。這種誤碼現(xiàn)象無(wú)法消除,反而隨通信距離的增長(zhǎng)而積累。因?yàn)楦鱾€(gè)再生中繼器都有可能產(chǎn)生誤碼,所以通信距離越長(zhǎng),中繼站越多,誤碼積累也越多。5.4.3再生中繼器再生中繼器主要由三部分基本電路組成,即均衡放大電路、定時(shí)時(shí)鐘提取電路和判決再生電路。1.均衡放大電路均衡放大電路的作用是將接收的失真信號(hào)均衡放大成適于抽樣判決的波形(均衡波形)。再生中繼器不是對(duì)經(jīng)線路傳輸后的波形(稱(chēng)為接收波形)直接進(jìn)行判決再生,而是先將其均衡放大成均衡波形,再進(jìn)行判決再生。識(shí)別點(diǎn)波形的好壞直接影響判決再生的質(zhì)量,它是再生中繼系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題。而數(shù)字信號(hào)序列經(jīng)線路傳輸后波形嚴(yán)重失真,不僅波形幅度下降,而且關(guān)鍵的是出現(xiàn)拖尾。如果直接對(duì)這種失真的波形進(jìn)行抽樣判決,會(huì)產(chǎn)生碼間干擾,容易造成誤判。所以,不宜直接對(duì)這種失真波形進(jìn)行抽樣判決,而是要將它均衡放大成適合于抽樣判決的均衡波形。這就是加均衡放大器(接收濾波器)的目的。2.定時(shí)時(shí)鐘提取電路定時(shí)時(shí)鐘提取電路從接收信號(hào)碼流中提取定時(shí)時(shí)鐘頻率成分,以獲得再生判決電路的定時(shí)脈沖,其目的是為在正確的時(shí)刻識(shí)別判決均衡波對(duì)應(yīng)的是“1”碼還是“0”碼,并把它恢復(fù)成一定寬度和幅度的脈沖,各再生中繼器必須具有與發(fā)送定時(shí)時(shí)鐘同步的定時(shí)電路。3.判決再生電路判決再生(即抽樣判決與碼形成)電路對(duì)均衡波形進(jìn)行抽樣判決,并進(jìn)行脈沖整形,形成與發(fā)送端一樣的脈沖形狀。判決再生又稱(chēng)識(shí)別再生,識(shí)別是指從已經(jīng)均衡的均衡波形中識(shí)別出“1”碼或“0”碼。為了做到正確地識(shí)別,識(shí)別應(yīng)該在最佳時(shí)刻進(jìn)行,即在均衡波的峰值處進(jìn)行識(shí)別,因此采用抽樣判決的方法進(jìn)行識(shí)別。當(dāng)然,在識(shí)別時(shí)要有一個(gè)依據(jù),就是判決門(mén)限電平,通常取判決門(mén)限電平為均衡波峰值的一半(有碼間干擾時(shí),可酌情考慮)。所謂再生,就是將判決出來(lái)的碼元進(jìn)行整形與變換,對(duì)信號(hào)的衰減進(jìn)行補(bǔ)償,形成半占空的雙極性碼。因此,再生電路也稱(chēng)為碼形成電路。5.5眼圖在整個(gè)通信系統(tǒng)中,通常利用眼圖方法來(lái)估計(jì)和改善(通過(guò)調(diào)整)傳輸系統(tǒng)的性能。我們知道,在實(shí)際的通信系統(tǒng)中,數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)非理想的傳輸系統(tǒng)必定要產(chǎn)生畸變,也會(huì)引入噪聲和干擾,也就是說(shuō),傳輸系統(tǒng)中總是在不同程度上存在碼間串?dāng)_。在碼間串?dāng)_和噪聲同時(shí)存在的情況下,系統(tǒng)性能很難進(jìn)行定量的分析,甚至得不到近似結(jié)果。為了便于評(píng)價(jià)實(shí)際系統(tǒng)的性能,常用眼圖進(jìn)行分析。眼圖可以直觀地評(píng)價(jià)碼間干擾和噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響,是一種常用的測(cè)試手段。1.眼圖的概念所謂眼圖,就是將解調(diào)后經(jīng)過(guò)接收濾