第六章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)1

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第六章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)

學(xué)習(xí)目標(biāo)

通過對(duì)本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)當(dāng)把握以下要點(diǎn)：

?數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各部件作用；?6種基帶信號(hào)波形和頻譜特性；?基帶傳輸碼型的編譯及其特點(diǎn)；?碼間串?dāng)_和奈奎斯特第一準(zhǔn)則；?理想低通傳輸特性和奈奎斯特帶寬；?余弦滾降特性???及關(guān)系；?第I類和第IV類部分響應(yīng)系統(tǒng)；?無碼間串?dāng)_基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能；

?眼圖和均衡的概念。

6.1內(nèi)容提要

6.1.1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)

(1)數(shù)字基帶信號(hào)：基頻、取值離散的信號(hào)，如來自計(jì)算機(jī)、電傳機(jī)等數(shù)據(jù)終端的信號(hào)，或者是模擬信號(hào)經(jīng)數(shù)字化處理后的PCM信號(hào)等。

(2)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)：不經(jīng)載波調(diào)制而直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)的系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。

圖6-1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)框圖

圖6-1中各部件的功能如下：

發(fā)送濾波器：即信道信號(hào)信道形成器，產(chǎn)生適合于信道中傳輸?shù)幕鶐盘?hào)波形。信道：基帶信號(hào)傳輸媒介（尋常為有線信道）。介入的噪聲n(t)是均值為零的高斯白噪聲。

接收濾波器：接收有用信號(hào)，濾除帶外噪聲，對(duì)信道特性均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。

抽樣判決器：對(duì)接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣、判決和再生（恢復(fù)基帶信號(hào)）。同步提?。簭慕邮招盘?hào)中提取用來抽樣的未定時(shí)脈沖。

6.1.2數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性

1.數(shù)字基帶信號(hào)

與消息代碼相對(duì)應(yīng)的電波形（多種）。圖6-2給出了幾種基本的基帶信號(hào)波形。

圖6-2幾種基本信號(hào)波形

圖6-2（a）單極性波形：用正和零電平脈沖分別表示代碼“0〞和“1〞。特點(diǎn)：極性單一，易于產(chǎn)生。缺點(diǎn)：有直流和豐富的低頻分量，不適應(yīng)有交流耦合的遠(yuǎn)距離傳輸；且抽樣判決電平與信號(hào)幅度有關(guān)，且易受信道特性變化的影響。

圖6-2（b）雙極性波形：用正、負(fù)電平脈沖分別表示代碼“1〞和“0〞。特點(diǎn)：等概時(shí)無直流，有利于傳輸，且判決電平為零值，不受信道特性變化的影響。

圖6-2（c）單極性歸零波形：?jiǎn)螛O性波形的歸零形式。它含有豐富的位定時(shí)信息，因而是其他碼型提取位同步信息時(shí)常采用的一種過渡波形。

圖6-2（d）雙極性歸零波形：兼有雙極性和歸零波形的特點(diǎn)。注①歸零（RZ）：脈沖寬度<碼元寬度

。當(dāng)占空比（

）為50%時(shí)，信號(hào)帶寬加倍。

）為100%，如圖6-2

②非歸零（NRZ）波形：脈沖寬度=碼元寬度（a）和（b）所示。

，即占空比（

③圖6-2（a）、（b）（c）和（d）中4種波形均屬于絕對(duì)碼波形，它們的消息代碼與本碼元的電位或極性一一對(duì)應(yīng)。

圖6-2（e）差分波形：以相鄰脈沖電平的相對(duì)變化來表示代碼，因而也稱相對(duì)碼波行。特點(diǎn)：可以消除設(shè)備初始狀態(tài)的影響，特別是在相位調(diào)制系統(tǒng)中（參見第七章）可用于解決載波相位模糊問題。

差分波形可分為：傳號(hào)差分波（“1〞表示相鄰電平跳變，而“0〞不變），如圖6-2（e）所示；空號(hào)差分波（“0〞表示相鄰電平跳變，而“1〞不變）。

圖6-2（f）多電平波形。多電平波形的一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)多個(gè)二進(jìn)制碼，故在波特率（傳輸帶寬）一定時(shí)，比特率提高了，如四進(jìn)制碼的比特率是二進(jìn)制碼的2倍。

數(shù)字基帶信號(hào)尋常是一個(gè)隨機(jī)的脈沖序列。若其各碼元波形一致而電平取值不同，則可表示為

s(t)?式中，

ang(t?n?????nTs)（6.1-1）

是第n個(gè)碼元所對(duì)應(yīng)的電平值（隨機(jī)量）；為碼元持續(xù)時(shí)間；g(t)為某種脈沖波

形。一般狀況下，數(shù)字基地信號(hào)可表示為s(t)?sn(t)（6.1-2）?n????

2.基帶信號(hào)的頻譜特性

數(shù)字基帶信號(hào)s(t)的頻譜特性可以用功率譜密度來描述。

設(shè)二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)為s(t)?sn(t)(6.1-3)?n????其中=

則s(t)的功率譜密度為()=+

(6.1-4)

式中，

為碼元速率；

和

分別為

(t)和

(t)的傅里葉變換。

式(6.1-4)告訴我們以下結(jié)論：

（1）二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)的功率譜密度包括連續(xù)譜（第一項(xiàng)）和離散譜（其次項(xiàng)）。（2）連續(xù)譜總是存在的，由于實(shí)際中頻譜及概率p。

（3）離散譜尋常也存在，但對(duì)于雙極性信號(hào)

(t)=-(t)，且等概（P=1/2）時(shí)離散譜消

≠

。譜的外形取決于

(t)和

(t)的

失。

（4）尋常，根據(jù)連續(xù)譜可以確定信號(hào)的帶寬；根據(jù)離散譜可以確定隨即序列是否有直流分量和位定時(shí)分量。這也正是我們分析頻譜的目的。應(yīng)當(dāng)指出，在以上的分析中沒有限定

(t)和

(t)的波形。因此，式(6.1-4)也可用來計(jì)算

數(shù)字調(diào)制信號(hào)的功率譜。

作為例如，圖6-3中畫了圖6-2中4種波形在等概率（P=1/2）條件下的功率譜密度。

圖6-3二進(jìn)制基帶信號(hào)的功率譜密度

探討：

（1）方波譜（第1個(gè)零點(diǎn)）帶寬等于脈沖寬度的倒數(shù)1/。NRZ（==1/=2

。其中=1/

，是位定時(shí)信號(hào)的頻譜，它在數(shù)值上與碼元速率

）信號(hào)帶寬為相等。

（2）單極性NRZ信號(hào)沒有定時(shí)分量，只有直流分量；單極性RZ信號(hào)含有直流、以及的基次諧波項(xiàng)。等概的雙極性信號(hào)沒有離散譜。

6.1.3基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型

1.選碼原則

（1）不含直流，且低頻分量少；（2）含有豐富的定時(shí)信息；

（3）功率譜主瓣寬度窄，以節(jié)省傳輸頻帶；（4）不受信源統(tǒng)計(jì)特性的影響；（5）具有宏觀自檢能力；

（6）編譯碼簡(jiǎn)單，以降低通信延時(shí)和成本。滿足或部分滿足以上特性的傳輸碼型種類好多。2.幾種常用的傳輸碼型

1）AMI碼（傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼）

編碼規(guī)矩：輸入消息碼為“1〞（傳號(hào)）時(shí)，AMI碼交替地變換為“+1〞和“-1〞；輸入信息碼為“0〞（空號(hào)）時(shí)，AMI碼為“0〞。例如：

消息碼：0110000000110011‥‥AMI碼：0-1+10000000-1+100-1+1‥‥

特點(diǎn)：無直流，且高、低頻分量??；編譯碼簡(jiǎn)單；具有宏觀檢錯(cuò)能力（利用傳號(hào)極性交替這一規(guī)律）；以三電平（正、負(fù)、零）波形傳輸。

缺點(diǎn)：長(zhǎng)連“0〞時(shí)難以獲取定時(shí)信號(hào)。2）HD

碼（3階高密度雙極型碼）

它是AMI碼的一種改進(jìn)，改進(jìn)的目的是為了保持AMI碼的優(yōu)點(diǎn)而戰(zhàn)勝其缺點(diǎn)，使連“0〞個(gè)數(shù)不超過3個(gè)。例如：

消息碼：1000010000110000000011HD

碼：-1000

+1000

-1+1

00

00

-1+1

特點(diǎn)：保存了AMI碼的優(yōu)點(diǎn)，且連“0〞個(gè)數(shù)不超過3，有利于定時(shí)信息的提取。應(yīng)用：A律PCM四次群以下的接口碼型為HD3）雙相碼（Manchester碼）

編碼規(guī)矩：“0〞→“01〞，“1〞→“10〞。例如：消息碼：1100101雙相碼：10100101100110

特點(diǎn)：無直流；位定時(shí)信息豐富（由于每個(gè)碼元的中心點(diǎn)都存在電平跳變）；可宏觀檢錯(cuò)（利用連碼個(gè)數(shù)不超過2這一規(guī)律）；以雙極性NRZ波形傳輸。

缺點(diǎn)：占用帶寬加倍，使頻帶利用率降低。

應(yīng)用：數(shù)據(jù)終端設(shè)備近距離傳輸，局域網(wǎng)中的傳輸碼型。4）密勒碼（Miller碼）

密勒碼又稱延遲調(diào)制碼，它是雙相碼的一種變形。

編碼規(guī)矩：“1〞→“10〞或“01〞（應(yīng)使相鄰信碼之間的電平不跳變）；“0〞→“00〞或“11〞（應(yīng)使兩個(gè)“0〞信碼之間的電平跳變）。

特點(diǎn)：二電平，連“0〞或連“1〞個(gè)數(shù)不超過4個(gè)（兩個(gè)碼元周期）應(yīng)用：氣象衛(wèi)星、磁記錄和低速基帶數(shù)傳機(jī)中。5）CMI碼（傳好反轉(zhuǎn)碼）

編碼規(guī)矩：“1〞→“11〞或“00〞（交替反轉(zhuǎn)），“0〞→“01〞。

特點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)；無直流；富含定時(shí)信息；不會(huì)出現(xiàn)3個(gè)以上的連碼（這個(gè)規(guī)律可用來實(shí)現(xiàn)宏觀檢錯(cuò)）。

應(yīng)用：PCM四次群的接口碼型，速率低于8.448Mb