通信原理 精品 內部資料數字基帶傳輸系統(tǒng)

1、.,第5章數字基帶傳輸系統(tǒng),現代通信原理（第三版） 宋祖順宋曉勤宋平 電子工業(yè)出版社,.,數字基帶傳輸系統(tǒng),1,數字基帶信號,2,碼間串擾,3,數字基帶系統(tǒng)的理想傳輸特性,4,無碼間串擾時噪聲對傳輸特性的影響,第5章數字基帶傳輸系統(tǒng),眼圖,部分響應技術,.,幾個問題,何謂“數字基帶系統(tǒng)”？ 數字基帶（baseband）信號：沒有經過調制的原始數字信號，如各種文字、數字和圖像的二進制代碼、語聲的PCM及 編碼等，其頻譜是從零頻或很低頻率開始，我們稱為數字基帶信號. 數字數字基帶系統(tǒng)：不經調制而直接傳輸數字基帶信號的系統(tǒng)。,.,為什么要研究數字基帶系統(tǒng)？ 模擬基帶系統(tǒng)通信容量小，抗干擾能力差，不便

2、于多媒體通信和實現通信自動化，目前使用越來越少。 數字基帶傳輸方式在對稱電纜構成的近程數據通信系統(tǒng)中廣泛采用；數字基帶傳輸方式它既可用于低速數據傳輸，也可用于高速數據傳輸。 任何一個采用線性調制的數字傳輸系統(tǒng)，都可以等效為一個基帶傳輸系統(tǒng)來研究（理論意義）。,.,5.1 數字基帶傳輸系統(tǒng),信道信號 發(fā)生器,抽樣 判決器,信道,同步提取,接收 濾波器,數字基帶傳輸系統(tǒng)模型,.,框圖說明： 信道信號形成器：把輸入的數字信號變換成適合于信道傳輸的信號 實現方法：進行碼型、波形變換 目的： 適合于信道傳輸 信道：為電纜、架空明線、電話線等等,.,接收濾波器 ：濾除帶外噪聲，對信道特性進行均衡，提高信噪

3、比，減小碼間串擾 取樣判決器：在有噪聲和干擾條件下，正確恢 復原來的信碼 同步 ：提取碼元頻率信息，為判決電路 提供判決時鐘 數字基帶系統(tǒng)工作原理及工作過程如下圖,.,單極性不歸零信號,進行了碼型、波形變換，適合信道傳輸,進行碼型變換后的波形,信道輸出波形,接收濾波器輸出波形,位定時同步脈沖,恢復出的信號,.,5.2 數字基帶信號,數字基帶信號 ： 數字消息序列的一種電信號表示形式 ； 它是用不同的電位或脈沖來表示數字消息 ； 它的功率譜集中在零頻。,.,5.2.2數字基帶信號的碼型,單極性不歸零碼(單極性全占空電位信號) 雙極性不歸零碼(雙極性全占空電位信號) 單極性歸零碼 雙極性歸零碼 差

4、分碼又稱相對碼（用相鄰碼元的電平的跳變和不變表示消息代碼，而與碼元本身的電位或極性無關）,.,單極性不歸零碼（NRZ),最簡單，但只適用極短距離傳輸，應用很少。,(1) 有直流分量；,(2) 判決電平不能穩(wěn)定在最佳的電平，抗噪聲性能不好；,(3) 不能直接提取定時信號；,(4) 要求一端接地。這樣不能用兩根芯線均不接地的電纜傳輸線；,用高電平和零電平分別表示二進制信息“1”和“0”。,特點：,.,雙極性不歸零碼,特點:,（1）“1”、0”等概時無直流分量為零;,（3）不能提取同步信息; （4）“1”、0”不等概時仍有直流分量。,用正電平和負電平分別表示“1”和“0”,（2）接收端判決電平為0，

5、穩(wěn)定不變，不受信道特性變化的影響，抗干擾能力也較強；,.,單極性歸零碼（RZ）,特點： 具有一般單極性不歸零碼缺點，但可直接提取位同步信息。 是其它波形提取位定時信號時需要采用的一種過渡波形。,信碼“1” 高電平只保持一段時間(T)，其余時間為零電平； 信碼“0” 用零電平表示 占空比= /T，常取=T/2，占空比=1/2稱半占空,.,雙極性歸零碼,特點： 具有雙極性不歸零碼的優(yōu)點，且可方便的提取位同步信息.,有三種電平 ，稱偽三元碼,與雙極性非歸零碼相似，只是脈沖的寬度小于碼元間隔?？煞奖愕淖儞Q為單極性歸零碼提取同步信號，應用比較廣泛。,T,.,差 分 碼,特點：利用前后碼元電平相對極性變化

6、來傳送信息,是一種相對碼；,參考電平為“1”,編碼規(guī)則：“1”變 “0”不變 或“0”變 “1”不變,優(yōu)點:碼元極性相 反時亦可正確輸出。,用電平的跳變或不變來表示“1”和“0”，也稱為相對碼。可以解決起始相位的不確定問題。,.,傳輸碼 傳輸碼的要求： 頻譜中無直流 有利于定時信息提取-不能出現長連零,.,AMI碼（Alternative Mark Inversion） 就是前述的交替極性碼 編碼規(guī)則：將消息碼的“1”碼（傳號）交替地變?yōu)椤?1”和“-1”，而“0”碼（空號）保持電壓為零不變。 HDB3碼 編碼思想： 連零不能多，否則要添加破壞脈沖。 添加的破壞脈沖應便于識別，以便譯碼時剔除。

7、 保證無直流， 破壞脈沖正、負交替。,幾種常用的傳輸碼型,.,HDB3碼編碼規(guī)則： 沒有四個或四個以上連零，按AMI碼編碼。 當出現長連零，在第四、八、十二個連零處要添加破壞脈沖V 。 破壞脈沖V應正、負交替加入。 破壞脈沖V與它前一個緊靠的 “1”碼異極性，則需在四連零的第一個零位加附加脈沖B，B應與該破壞脈沖V同極性 。 在加破壞脈沖后“1”碼的極性要連同破壞脈沖一起考慮交替。,.,HDB3編碼舉例：,(a) 輸入二進制碼元序列 0 10000 1 1 0 0000 1 0 1 0,(e) HDB3碼 0+1000+1-1+1-100-1 0+10 -10,(d) 引入補碼B 0+1000

8、+V1+1-B00-V 0+10 -10,0+1000+V-1+1 000-V0 -1 0+1 0,( 1表示正脈沖， -1表示負脈沖）,(b) AMI碼 0+10000 1+1 0 0000 -10+1 0,注意：任意兩相鄰V脈沖之間信息碼和B脈沖的個數之和應為奇數。,(c)信碼和加上的破壞脈沖V,極性關系不能滿足，需引入B,信息碼極性從B 開始 繼續(xù)交替,.,1.無直流且低 頻少；,2.可提出位同 步信息；,HDB3碼 0 +1000 +V-1+1-B 00-V 0 +10-10,HDB3碼特點,.,（1） -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1,（

9、2） 0 0 0 -V B 0 0 V -B 0 0 -V B 0 0 V,HDB3碼特例：,任意兩個相鄰的V脈沖之間信息碼和B脈沖的個數之和應為奇數。,一個簡單的方法：任意兩個相鄰的V脈沖之間的信息碼個數為偶數時，加入一個B脈沖，為奇數則不加。,全“1”和全“0”的HDB3碼：,.,HDB3碼的譯碼方法：,由相鄰極性相同碼找出V碼，根據向前數第三個是 否為零找出B碼，去掉V、B后其余都是信碼。,HDB3碼 0+1000+1-1+1-100-1 0+10 -10,AMI碼 0+10000 1+1 0 0000 -10+1 0,V B V,.,作業(yè),習題1 ，2,.,5.4 碼間串擾InterS

10、ymbol Interference,ISI,定義： 由于系統(tǒng)總傳輸特性（包括收、發(fā)濾波器 和信道的特性）不理想，導致碼元的波形畸 變，使波形出現展寬、拖尾并蔓延影響到 其它碼元，從而對其它碼元的取樣判決造成 干擾，我們常稱為碼間串擾。,.,數字基帶信號傳輸系統(tǒng)模型：,.,下面我們將分別對碼間串擾和噪聲進行研究。,.,5.5數字基帶系統(tǒng)的理想傳輸特性,5.5.1理想低通濾波器的傳輸特性 帶寬為 的理想低通濾波器的系統(tǒng)函數,.,.,由此可見，理想低通基帶系統(tǒng)是無碼間串擾的。,.,思考： 理想低通為什么能實現無碼間串擾？,.,這是因為帶寬為理想低通濾波器的 沖激響應除t=0外，具有周期為 的零點，

11、 當傳輸速率為時正好巧妙地利用了這 些零點，實現了無碼間串擾傳輸，見下頁圖。 補充：若時有無碼間串擾？,.,.,5.2.2 等效理想低通,.,.,.,的意義：,.,5.5.3實用的無碼間串擾傳輸特性（等效理想低通濾波器）,三角形 升余弦 梯 形 余弦滾降 原理：只要它們的傳遞函數“切段”相加，能構成為矩形，則它們也是無碼間串擾的濾波器,.,兩張圖：,.,.,簡單例題,帶寬均為1kHz的理想低通濾波器和三角形濾波器： 當傳輸速率如下表所示時，請將系統(tǒng)碼間串擾特性填入下表（表示無串擾， 表示有串擾可消除，表示有串擾無法消除）,.,.,答案：,.,習題4，5,作業(yè),.,5.6無碼間串擾時噪聲對傳輸特

12、性的影響,一、基帶單極性信號誤碼率分析,接收濾波器,抽樣判決器,+,A,.,1）發(fā)“0”時，取樣判決器輸入信號與噪聲的概率分布： 發(fā)“0”時，信號為0，因此取樣判決器輸入 = , 就是接收濾波器輸出的噪聲，它是低通型高斯噪聲,其概率 分布零均高斯分布：,.,2）發(fā)“1”時，取樣判決器輸入信號與噪聲的概率分布： 發(fā)“1”時，信號為A，因此取樣判決器輸入y(t) =A+ nR(t) 它是均值為A的低通型高斯噪聲,其概率分布,.,3）誤碼率分析 首先,確定判決電平 （對等概率而言） 誤碼：,.,二、基帶雙極性信號誤碼率分析 1）發(fā)“1”時，取樣判決器輸入的信號與噪聲概率分布與單極性情況相同。 2）發(fā)

13、“0”時，取樣判決器輸入的信號與噪聲概率分布 發(fā)“0”時，信號為-A，因此取樣判決器輸入y(t) =-A+ nR(t) 它是均值為-A的低通型高斯噪聲,其概率分布,.,3)誤碼率分析 首先,確定判決電平：0 (對等概而言),.,誤碼率： 對雙極性系統(tǒng)除誤碼率低外而且判決電平穩(wěn)定。,.,習題6,.,5.7 眼圖(另有錄像片),.,理想低通能實現無碼間串擾，同時頻帶利用率最高（ ） 不利 ：(1)理想低通不易實現 (2)理想低通響應的“尾巴”大 人們希望找到頻帶利用率達最高( )，同時響應的“尾巴”小的濾波器這就是部分響應技術。,5.8 部分響應技術,.,5.8.1 半余弦濾波器,理想低通,半余弦

14、濾波器的頻譜函數,+,.,.,.,圖形如下： 該濾波器的頻譜函數為半個余弦波，因此稱為半余 弦濾波器。,.,半余弦濾波器的 h(t),.,半余弦濾波器的沖激響應如圖。,.,.,5.8.2半余弦濾波器的特點,半余弦濾波器帶寬 半余弦濾波器取樣間隔為 ，碼元速率 半余弦濾波器頻帶利用率 半余弦濾波器“尾巴”小 半余弦濾波器存在有規(guī)律的干擾，它會導致判決模糊,.,上表前兩行 與 2，它對應的 與1； 上表最后兩行 ,但 可能為1，也可能為0, 到底取何值，則要由 的取值決定，如上表所 示。若 誤碼，則會影響到對 的判決，此現象 稱為錯誤傳播。,.,5.8.3 預編碼,為了克服錯誤傳播，必須做到本碼元的判決僅依 據本碼元對應的取值唯一確定。,.,這說明：對ak先進行預編碼得到bk，然后將bk 加到半余弦濾波器，則半余弦濾波器輸出ck ，并對 ck模2運算，便得到ak,.,物理解釋： ck= ak+ ak-1它說明ck不是獨立的，具有相