ch4 數(shù)字信號(hào)基帶傳輸系統(tǒng)

第4章數(shù)字信號(hào)基帶傳輸系統(tǒng)內(nèi)容4.1數(shù)字基帶信號(hào)的波形4.2數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸碼型4.3數(shù)字基帶信號(hào)功率譜分析4.4數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸及碼間干擾4.5眼圖4.6均衡4.7基帶通信系統(tǒng)仿真實(shí)例

基帶傳輸系統(tǒng)噪聲源信源信道編碼信源編碼調(diào)制器信道解調(diào)器信宿信道譯碼信源譯碼數(shù)字基帶信號(hào)來(lái)自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號(hào)，或者模擬信號(hào)經(jīng)數(shù)字化處理后的數(shù)字信號(hào)頻譜都是從零頻或零頻附近開始，其功率主要集中在一個(gè)有限的頻帶范圍內(nèi)基帶傳輸頻帶傳輸

不經(jīng)過(guò)調(diào)制直接進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的傳輸稱為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸。數(shù)字基帶信號(hào)含有大量的低頻分量以及直流分量。數(shù)字基帶傳輸和數(shù)字頻帶傳輸基帶傳輸頻帶傳輸經(jīng)過(guò)調(diào)制，利用載波傳輸調(diào)制后的頻帶信號(hào)的傳輸方式稱為數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸。數(shù)字基帶傳輸和數(shù)字頻帶傳輸脈沖形成器輸入發(fā)送濾波器定時(shí)脈沖輸出信道信號(hào)形成器信道接收濾波器抽樣判決器同步提取恢復(fù)原來(lái)基帶信號(hào)

三、基帶傳輸系統(tǒng)將原始二進(jìn)制序列變換成比較適合信道傳輸?shù)拇a型，并提供同步定時(shí)信息將輸入的矩形脈沖變換成適合信道傳輸?shù)牟ㄐ?/p>

常為有線信道會(huì)引入噪聲濾除帶外噪聲，對(duì)信道特性進(jìn)行均衡4.1數(shù)字基帶信號(hào)的波形圖5-3數(shù)字基帶信號(hào)的常用碼型單極性NRZ

雙極性NRZ

單極性RZ

雙極性RZ

差分碼

4.2數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸碼型AMI碼

HDB3碼用“000V”或“B00V”代替“四連0”B碼和V碼各自都應(yīng)始終保持極性交替變化的規(guī)律，以便確保輸出碼中沒(méi)有直流成分。V碼必須與前一個(gè)信碼同極性，以便和正常的AMI碼區(qū)分開來(lái)。HDB3碼編碼規(guī)則：CMI碼密勒碼

雙相碼

DMI碼編碼規(guī)則：對(duì)于輸入二元碼“0”，若前面變換碼為01或11，則DMI碼為01；若前面變換碼為10或00，則DMI碼為10。對(duì)于輸入二元碼“1”，則DMI碼00和11交替變化。密勒碼編碼規(guī)則：“1”碼用碼元持續(xù)中心點(diǎn)出現(xiàn)躍變來(lái)表示，即用10或01來(lái)表示，如果是連“1”時(shí)則須交替?！?”碼有兩種情況，單個(gè)“0”時(shí)，在碼元持續(xù)時(shí)間內(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(shí)，在兩個(gè)“0”碼的邊界處出現(xiàn)電平躍變，即00和11交替。

4.2數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸碼型DMI碼多進(jìn)制碼

“0”碼用01表示，“1”碼用00和11交替表示。

CMI碼編碼規(guī)則：4.3數(shù)字基帶信號(hào)功率譜分析一、數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜密度

數(shù)字基帶信號(hào)的表示其中：其中：v(t)的功率譜密度

一、數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜密度

u(t)的功率譜密度

一、數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜密度

s(t)的功率譜密度

一、數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜密度

單邊帶雙邊帶

二、功率譜密度計(jì)算舉例

1．單極性不歸零碼當(dāng)P=0.5時(shí)二、功率譜密度計(jì)算舉例

2．單極性歸零碼當(dāng)P=0.5時(shí)m為奇數(shù)：

m=0：m為偶數(shù)：

有直流有離散譜無(wú)離散譜二、功率譜密度計(jì)算舉例

3．雙極性碼

不歸零時(shí)：歸零時(shí)：無(wú)直流無(wú)離散譜演示4.4數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸及碼間干擾一、碼間串?dāng)_的概念

發(fā)送濾波器信道接收濾波器抽樣判決噪聲GR(f)C(f)GT(f)二、碼間串?dāng)_的數(shù)學(xué)分析

基帶傳輸抽樣判決H(f)其中：

可得：

二、碼間串?dāng)_的數(shù)學(xué)分析

第j個(gè)碼元的值其他碼元值總和—碼間干擾噪聲三、碼間串?dāng)_的消除

要消除碼間串?dāng)_

求和湊零無(wú)法實(shí)現(xiàn)波形截?cái)嗬щy抽樣點(diǎn)為零四、奈圭斯特準(zhǔn)則1、無(wú)碼間串?dāng)_基帶傳輸系統(tǒng)的要求

兩條要求

抽樣點(diǎn)上無(wú)碼間串?dāng)_或

h(t)尾部衰減快2、理想基帶傳輸系統(tǒng)

T為碼元持續(xù)時(shí)間102、理想基帶傳輸系統(tǒng)h(t)的零點(diǎn)間隔等于T，在理論上，可以用持續(xù)時(shí)間為T的碼元進(jìn)行傳輸而無(wú)碼間串?dāng)_。傳輸帶寬：B=1/(2T)Hz傳輸速率:RS=(1/T)波特速率帶寬比:RS/B＝2Baud/Hz理想低通濾波器在實(shí)際中是不可能存在的

why?3、無(wú)碼間串?dāng)_的等效特性

思考：什么樣的濾波器可以滿足無(wú)串繞要求，而且又能實(shí)現(xiàn)呢？頻域上無(wú)法實(shí)現(xiàn)矩形幅度特性濾波器。即使能實(shí)現(xiàn)，也要求有一個(gè)非常精確的抽樣點(diǎn)，如果稍微偏離，碼間干擾將急劇增加。

答案：就是一些有過(guò)渡特性的濾波器。

3、無(wú)碼間串?dāng)_的等效特性

奈奎斯特1928年給出了一條解決途徑，他證明了為得到無(wú)碼間串?dāng)_的傳輸特性，系統(tǒng)傳輸函數(shù)不必為矩形，而容許是具有緩慢下降邊沿的任何形狀。

－－稱為奈奎斯特準(zhǔn)則。要求：即：在（，）區(qū)間內(nèi)能疊加成一個(gè)矩形頻率特性，演示4、升余弦滾降傳輸特性

1滾降系數(shù)：升余弦滾降：4、升余弦滾降傳輸特性

【例4-1】某基帶系統(tǒng)的頻率特性是截止頻率為1MHz、幅度為1的理想低通濾波器。求此基帶系統(tǒng)無(wú)碼間串?dāng)_的碼速率。設(shè)此系統(tǒng)傳輸信息速率為3Mbps，能否無(wú)碼間串?dāng)_傳輸？（2）設(shè)傳輸M進(jìn)制信號(hào)，則（1）即當(dāng)采用8n進(jìn)制信號(hào)時(shí)，碼速率，可以【例4-2】

11設(shè)某數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的傳輸特性如下

檢驗(yàn)該系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間干擾傳輸？試求該系統(tǒng)的最大碼元傳輸速率為多少？這時(shí)系統(tǒng)的頻帶利用率為多少？可以4.5眼圖

演示

眼圖模型

最佳判決時(shí)刻最佳判決門限電平過(guò)零點(diǎn)失真信號(hào)失真斜率噪聲容限4.6均衡

一、概述1、均衡器的用途

--減小碼間串?dāng)_2、均衡器的種類：

頻域均衡器：使系統(tǒng)總傳輸特性滿足奈奎斯特準(zhǔn)則；時(shí)域均衡器：橫向?yàn)V波器。二、時(shí)域均衡1、概念二、時(shí)域均衡1、實(shí)現(xiàn)可用矩陣形式表示為：

其中：

三抽頭橫向?yàn)V波器，輸入序列輸出序列?！纠?-3】

4.7基帶通信系統(tǒng)仿真實(shí)例

一、仿真目的(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步掌握、了解數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理。(2)觀察數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)接收端的眼圖，掌握眼圖的主要性能指標(biāo)。二、仿真原理圖5.7基帶通信系統(tǒng)仿真實(shí)例

三、仿真參數(shù)基帶信號(hào)速率：128波特；采樣頻率：10240Hz；每碼元采樣點(diǎn)數(shù)：80；仿真點(diǎn)數(shù)：5000；仿真時(shí)間：0~488.18359375e-3s；采樣間隔：97.65625e-6s；脈沖波形：RootCosine型，脈沖寬度，7.8125e-3s；四、仿真模型五、仿真結(jié)果成形濾波前后信號(hào)波形圖SystemView00100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-31500e-30-500e-3-1AmplitudeTimeinSecondsSink1400100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-31500e-30-500e-3-1AmplitudeTimeinSecondsSink15001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-50-100-150-200-250-300-350-400PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpectrum001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-20-40-60-80PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpectrum五、仿真結(jié)果加噪前后波形時(shí)域頻域?qū)Ρ葓DSystemView00100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-33210-1-2-3AmplitudeTimeinSecondsSink1200100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-31500e-30-500e-3-1AmplitudeTimeinSecondsSink15001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-20-40-60-80PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpectrum001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-20-40-60PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpectrumofSink12(dBm50ohms)MixedRadix五、仿真結(jié)果接收端濾波前后信號(hào)波形時(shí)域、頻域?qū)Ρ葓DSystemView00100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-31.51500e-30-500e-3-1-1.5AmplitudeTimeinSecondsSink1100100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-33210-1-2-3AmplitudeTimeinSecondsSink12001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-20-40-60PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpectrum001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-20-40-60PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpect五、仿真結(jié)果接收信號(hào)眼圖五、仿真結(jié)果接收信號(hào)與原始信號(hào)對(duì)比圖小結(jié)

1．碼型編碼①最基本二元碼的數(shù)字基帶波形最基本的數(shù)字基帶波形分別是單極性NRZ、雙極性NRZ、單極性RZ、雙極性RZ和差分碼。單極性波形有直流，且接收端判決電平不固定，因而應(yīng)用受限。雙極性波形等概時(shí)無(wú)直流，且接收端判決電平固定為零，因而應(yīng)用廣泛。與NRZ相比，RZ碼波形的主要缺點(diǎn)是帶寬大，主要優(yōu)點(diǎn)是位與位之間易于分清，尤其是單極性RZ碼波形存在fs離散分量，可用于位定時(shí)。差分碼的特點(diǎn)是，即使接收端收到的碼元極性與發(fā)送端完全相反，也能正確進(jìn)行判決。

②常用的1B/1T碼常用的1B/1T碼有AMI碼、HDB3碼、PST碼，它們都是把1位二進(jìn)制信碼變換成1位三電平取值的碼。這三種碼型都有無(wú)直流的特點(diǎn)，而且同步信息豐富，但AMI的缺點(diǎn)是連“0”碼過(guò)多時(shí)提取定時(shí)信息困難，HDB3碼的缺點(diǎn)是編碼比較復(fù)雜，而PST碼的缺點(diǎn)是在識(shí)別時(shí)需要提供“分組”信息，即需要建立幀同步。

③常用的1B2B碼常用的1B2B碼有Manchester碼、Miller碼、CMI碼、DMI碼，它們都是把1位二進(jìn)制碼變換成2位二進(jìn)制碼。它們都有無(wú)直流、同步信息豐富等優(yōu)點(diǎn)，但它們的缺點(diǎn)是碼元傳輸速率增加一倍，因此所需信道帶寬也要增大。④多進(jìn)制碼多進(jìn)制碼是用一個(gè)碼元去代表一組二進(jìn)制碼，在碼元速率相同，即其傳輸帶寬相同的情況下，可提高信息傳輸速率小結(jié)

2．基帶信號(hào)功率譜。二進(jìn)制基帶信號(hào)功率譜包括連續(xù)譜和離散譜兩部分：連續(xù)譜可用于決定帶寬，離散譜用于查看是否存在直流和其他單頻分量，尤其是位定時(shí)分量3．無(wú)碼間干擾時(shí)域條件頻域條件三類系統(tǒng)：①理想LPF系統(tǒng)②滾降系統(tǒng)③部分響應(yīng)系統(tǒng)小結(jié)

4．信道噪聲的影響單極性情況:雙極性情況:【習(xí)題與作業(yè)】1.設(shè)基帶傳輸系統(tǒng)的發(fā)送濾波器