第5章-數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)

第5章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)5.1引言5.2數(shù)字基帶信號及其頻譜特性5.3常用基帶傳輸碼型5.4基帶脈沖傳輸與碼間干擾5.5無碼間干擾的基帶傳輸特性5.6基帶傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能5.7眼圖1－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.1 數(shù)字基帶傳輸概述數(shù)字基帶信號------來自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號。計算機輸出的二進制序列電傳機輸出的代碼PCM碼組，ΔM序列這些信號往往包含豐富的低頻分量，甚至直流分量。在具有低通特性的有線信道中，特別是傳輸距離不太遠的情況下，它們可以直接傳輸，故稱為數(shù)字基帶傳輸。2－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.1數(shù)字基帶傳輸概述

而大多數(shù)信道，如各種無線信道和光信道，則是帶通型的，數(shù)字基帶信號必須經(jīng)過載波調(diào)制，把頻譜搬移到高載處才能在信道中傳輸，這被稱為數(shù)字頻帶（調(diào)制或載波）傳輸

基帶傳輸系統(tǒng)的研究在利用對稱電纜構(gòu)成的近程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)廣泛采用了這種傳輸方式基帶傳輸系統(tǒng)的許多問題也是頻帶傳輸系統(tǒng)必須考慮的問題任何一個采用線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)可等效為基帶傳輸系統(tǒng)來研究3－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－圖5.1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)主要由信道信號形成器、信道、接收濾波器和抽樣判決器組成。為了保證系統(tǒng)可靠有序地工作，還應(yīng)有同步系統(tǒng)。

5.1數(shù)字基帶傳輸概述4－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－信道它是允許基帶信號通過的媒質(zhì)，通常為有線信道，如市話電纜、架空明線等。信道的傳輸特性通常不滿足無失真?zhèn)鬏敆l件，甚至是隨機變化的。另外信道還會進入噪聲。在通信系統(tǒng)的分析中，常常把噪聲n(t)等效，集中在信道中引入。

信道信號形成器把原始基帶信號變換成適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘枺@種變換主要是通過碼型變換和波形變換來實現(xiàn)的，其目的是與信道匹配，便于傳輸，減小碼間串擾，利于同步提取和抽樣判決。5.1數(shù)字基帶傳輸概述5－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－抽樣判決器在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時刻（由位定時脈沖控制）對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號。而用來抽樣的位定時脈沖則依靠同步提取電路從接收信號中提取，位定時的準確與否將直接影響判決效果。接收濾波器濾除帶外噪聲，對信道特性均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。5.1數(shù)字基帶傳輸概述6－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.1數(shù)字基帶傳輸概述10011τm/(t)m(t)m1(t)Tsm2(t)r(t)cp(t)m3(t)7－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－碼間串擾m(t)r(t)cp(t)碼間串擾5.1數(shù)字基帶傳輸概述碼元發(fā)生誤碼的原因之一是信道加性噪聲，之二是傳輸總特性（包括收、發(fā)濾波器和信道的特性）不理想引起的波形延遲、展寬、拖尾等畸變，使碼元之間相互串擾。此時，實際抽樣判決值不僅有本碼元的值，還有其他碼元在該碼元抽樣時刻的串擾值及噪聲。顯然，接收端能否正確恢復(fù)信息，在于能否有效地抑制噪聲和減小碼間串擾。8－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－信源信源編碼信道編碼脈沖調(diào)制信宿信源譯碼信道譯碼檢測解調(diào)帶通調(diào)制信道比特流數(shù)字基帶信號數(shù)字帶通信號干擾與噪聲波形或數(shù)據(jù)脈沖調(diào)制檢測數(shù)字通信系統(tǒng)一般模型信道9－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－AWGN(加性高斯白噪聲)對基帶傳輸信號的影響

11101001-AA-AA11111001BACK10－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.2 數(shù)字基帶信號及其頻譜特性5.2.1數(shù)字基帶信號

數(shù)字基帶信號是指消息代碼的電波形，它是用不同的電平或脈沖來表示相應(yīng)的消息代碼。數(shù)字基帶信號(以下簡稱為基帶信號)的類型有很多，常見的有矩形脈沖、三角波、高斯脈沖和升余弦脈沖等。最常用的是矩形脈沖，因為矩形脈沖易于形成和變換。11－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－1.單極性不歸零波形特點是極性單一，有直流分量，脈沖之間無間隔。另外位同步信息包含在電平的轉(zhuǎn)換之中，當出現(xiàn)連0序列時沒有位同步信息。2.雙極性不歸零波形特點是無直流分量。這樣，恢復(fù)信號的判決電平為0，因而不受信道特性變化的影響，抗干擾能力也較強。故雙極性波形有利于在信道中傳輸。3.單極性歸零波形單極性歸零波形可以直接提取定時信息，是其他波形提取位定時信號時需要采用的一種過渡波形。5.2.1 數(shù)字基帶信號12－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－4.

雙極性歸零波形除了具有雙極性不歸零波形的特點外，還有利于同步脈沖的提取。5.

差分波形是以相鄰脈沖電平的相對變化來表示代碼，因此稱它為相對碼波形，而相應(yīng)地稱前面的單極性或雙極性波形為絕對碼波形。用差分波形傳送代碼可以消除設(shè)備初始狀態(tài)的影響，特別是在相位調(diào)制系統(tǒng)中用于解決載波相位模糊問題。6.

多電平波形是多于一個二進制符號對應(yīng)一個脈沖的情形，適合于高數(shù)據(jù)速率傳輸系統(tǒng)。5.2.1 數(shù)字基帶信號13－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－圖5.3幾種常見的基帶信號波形5.2.1 數(shù)字基帶信號14－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－數(shù)字基帶信號產(chǎn)生模型波形成形濾波器線路編碼窄脈沖生成器脈沖調(diào)制5.2A數(shù)字基帶信號15－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－11101001-AA+1+1+1+1+1-1-1-1g(t)tTs/2A-Ts/2Ts/2-Ts/23Ts/25Ts/27Ts/216－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－11101001-AA+1+1+1+1+1-1-1-1Ts/2-Ts/23Ts/25Ts/27Ts/2g(t)tA-A-Ts/2Ts/217－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－11101001-AA+1+1-1-1+1-1+1-1-1+1+1-1+1-1-1+1g(t)tTs18－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.2B基帶信號的頻譜特性隨機脈沖序列表征Tss(t)t19－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－隨機脈沖序列示意波形20－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－穩(wěn)態(tài)波和交變波穩(wěn)態(tài)波交變波21－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－22－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－穩(wěn)態(tài)波的功率譜密度交變波的功率譜密度(5.2-14)(5.2-24)23－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－隨機序列s(t)的雙邊功率譜密度(5.2-25)24－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－(5.2-3)(5.2-4)5.2.2 基帶信號的頻譜特性25－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.2.2 基帶信號的頻譜特性穩(wěn)態(tài)波v(t)是隨機序列s(t)的統(tǒng)計平均分量，它取決于每個碼元內(nèi)出現(xiàn)g1(t)、g2(t)的概率加權(quán)平均，且每個碼元統(tǒng)計平均波形相同。(5.2-5)26－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－(5.2–11)1.v(t)的功率譜密度Pv(f)(5.2-12)(5.2-5)5.2.2 基帶信號的頻譜特性27－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－(5.2-13)5.2.2 基帶信號的頻譜特性28－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.2.2 基帶信號的頻譜特性根據(jù)離散譜可以確定隨機序列是否包含直流分量(m=0)和定時分量(m=1)

(5.2-14)29－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－2.u(t)的功率譜密度Pu(f)(5.2-15)(5.2-16)(5.2-17)5.2.2 基帶信號的頻譜特性30－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.2.2 基帶信號的頻譜特性(5.2-18)(5.2-19)31－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－(5.2-20)(5.2-21)(5.2-22)(5.2-23)5.2.2 基帶信號的頻譜特性32－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－交變波的的功率譜Pu(f)是連續(xù)譜，它與g1(t)和g2(t)的頻譜以及出現(xiàn)概率P有關(guān)。根據(jù)連續(xù)譜可以確定隨機序列的帶寬。(5.2-24)5.2.2 基帶信號的頻譜特性33－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.2.2 基帶信號的頻譜特性3.s(t)=u(t)+v(t)的功率譜密度Ps(f)

(5.2-25)34－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－(5.2-26)5.2.2 基帶信號的頻譜特性35－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.2.2 基帶信號的頻譜特性隨機脈沖序列的功率譜密度可能包含連續(xù)譜Pu(f)和離散譜Pv(f)。對于連續(xù)譜而言，由于代表數(shù)字信息的g1(t)及g2(t)不能完全相同，故G1(f)≠G2(f)，因而Pu(f)總是存在的；而離散譜是否存在，取決g1(t)和g2(t)的波形及其出現(xiàn)的概率P。36－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－`[例5–1]對于單極性波形：若設(shè)(5.2-27)P=1/2時(5.2-28)5.2.2 基帶信號的頻譜特性37－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－(1)為單極性不歸零矩形脈沖5.2.2 基帶信號的頻譜特性38－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－離散譜中有直流分量5.2.2 基帶信號的頻譜特性39－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－圖5–5二進制基帶信號的功率譜密度帶寬取決于連續(xù)譜，由單個碼元的G(f)決定，第一個零點在f=fs，因此帶寬為Bs=fs。5.2.2 基帶信號的頻譜特性40－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－(2)為半占空歸零矩形脈沖5.2.2 基帶信號的頻譜特性41－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.2.2 基帶信號的頻譜特性無離散譜離散譜中有直流分量有離散譜42－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.2.2 基帶信號的頻譜特性單極性半占空歸零信號的帶寬為Bs=2fs單極性不歸零矩形脈沖信號的帶寬為Bs=fs43－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－(5.2–30)[例5–2]對于雙極性波形：若設(shè)(5.2–31)P=1/2(5.2-32)若為高為1，脈寬等于碼元周期的矩形脈沖，則(5.2-33)5.2.2 基帶信號的頻譜特性44－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－隨機序列的帶寬主要依賴單個碼元波形的頻譜函數(shù)G1(f)或G2(f)，兩者之中應(yīng)取較大帶寬的一個作為序列帶寬。時間波形的占空比越小，頻帶越寬。通常以譜的第一個零點作為矩形脈沖的近似帶寬，它等于脈寬τ的倒數(shù)，即Bs=1/τ。不歸零脈沖的τ=Ts，則Bs=fs；半占空歸零脈沖的τ=Ts/2，則Bs=1/τ=2fs。單極性基帶信號是否存在離散線譜取決于矩形脈沖的占空比，單極性歸零信號中有定時分量，可直接提取。單極性不歸零信號中無定時分量，若想獲取定時分量，要進行波形變換。0、1等概的雙極性信號沒有離散譜，也就是說無直流分量和定時分量。5.2.2 基帶信號的頻譜特性45－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－研究隨機脈沖序列功率譜的意義：可以根據(jù)它的連續(xù)譜來確定序列的帶寬；可以根據(jù)它的離散譜是否存在這一特點，明確能否從脈沖序列中直接提取定時分量，以及采用怎樣的方法可以從基帶脈沖序列中獲得所需的離散分量。這一點，在研究位同步、載波同步等問題時將是十分重要的。由于沒有限定g1(t)和g2(t)的波形，因此式(5.2-25)不僅適用于計算數(shù)字基帶信號的功率譜，也可以用來計算數(shù)字調(diào)制信號的功率譜。事實上由式(5.2–25)很容易得到二進制幅度鍵控(ASK)、相位鍵控(PSK)和移頻鍵控(FSK)的功率譜。5.2.2 基帶信號的頻譜特性46－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.3基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型

在實際的基帶傳輸系統(tǒng)中，并不是所有代碼的電波形都能在信道中傳輸。例如，前面介紹的含有直流分量和較豐富低頻分量的單極性基帶波形就不適宜在低頻傳輸特性差的信道中傳輸，因為它有可能造成信號嚴重畸變。又如，當消息代碼中包含長串的連續(xù)“1”或“0”符號時，非歸零波形呈現(xiàn)出連續(xù)的固定電平，因而無法獲取定時信息。單極性歸零碼在傳送連“0”時，存在同樣的問題。47－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－

因此，對傳輸用的基帶信號主要有兩個方面的要求：對代碼的要求，原始消息代碼必須編成適合于傳輸用的碼型；對所選碼型的電波形要求，電波形應(yīng)適合于基帶系統(tǒng)的傳輸。前者屬于傳輸碼型的選擇，后者是基帶脈沖的選擇。這是兩個既獨立又有聯(lián)系的問題。5.3基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型48－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.3基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型傳輸碼（線路碼）型的設(shè)計原則相應(yīng)的基帶信號無直流成分和只有很小的低頻成分；盡量減少基帶信號中的高頻分量；碼型變換對任何信源具有透明性；能從其相應(yīng)的基帶信號中獲取定時信息；具有內(nèi)在檢錯能力，傳輸碼型應(yīng)具有一定規(guī)律性，以便利用這種規(guī)律性進行宏觀檢錯；編譯碼設(shè)備要盡可能簡單，等等EXP49－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－〔note〕為方便起見，下面在介紹常用的碼形時脈沖的波形我們都采用方波表示。然而，脈沖的波形可以是方波，升余弦、三角波等，取決于成形濾波器的沖激響應(yīng)1101010ANRZ(雙極性）Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Tst-A50－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－1101010ANRZ(單極性）Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6TstPs(f)f單極性不歸零碼51－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－雙極性不歸零碼1101010ANRZ(雙極性）Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Tst-APs(f)f52－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－單極性歸零碼1101010ARZ(單極性）Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6TstPs(f)f占空比：1/253－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－Ps(f)fPs(f)f占空比：1/3Ps(f)f單極性不歸零碼雙極性不歸零碼單極性歸零碼54－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－以上三種最簡單二元碼存在如下問題有豐富的低頻乃至直流分量不歸零碼沒有位定時信號，單極性歸零碼出現(xiàn)長“0”時，電平固定不變，不能提取位定時信息。每個“1”和“0”相互獨立，無錯誤檢測能力通常只用于機內(nèi)或很近距離（如計算機中央處理機與外設(shè)之間）的信息傳遞。55－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－NRZ(M)：傳號差分，1——相鄰碼元電平極性改變；0——相鄰碼元電平極性不改變NRZ(M)(單極性）1101010ATs2Ts3Ts4Ts5Ts6Tst差分碼“1”、“0”分別用電平跳變或者不跳變來表示。56－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－NRZ(S)：空號差分，0——相鄰碼元電平極性改變；1——相鄰碼元電平極性不改變差分碼差分碼并未解決三種簡單二元碼的問題，但它可以用來解決數(shù)字信號相位鍵控同步解調(diào)時因接收端本地載波相位倒置而引起的倒“”現(xiàn)象。NRZ(S)(單極性）1101010ATs2Ts3Ts4Ts5Ts6Tst57－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－發(fā)送端載波：本地乘法器輸出信號：本地載波：倒“”現(xiàn)象58－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－發(fā)送端數(shù)字基帶信號：低通濾波器輸出信號：倒“”現(xiàn)象01100001101001111001101000101101000101絕對碼相對碼59－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－1——正負脈沖表示（10）0——負正脈沖表示（01）0——正負脈沖表示（10）1——負正脈沖表示（01）或111010曼徹斯特碼Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts用一個周期的方波表示“1”，而用它的反相波形表示“0”數(shù)字雙相碼（曼徹斯特碼）60－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－111010曼徹斯特碼Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts111010單極性不歸零碼Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts111010時鐘信號Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts61－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－1——碼元周期中點出現(xiàn)電平跳變表示0——單個0：在碼元周期中點不出現(xiàn)跳變且與相鄰碼元邊界處也不出現(xiàn)躍變連0：在前一個0結(jié)束時刻出現(xiàn)跳變密勒碼(Miler)11010011Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts7Ts2Ts電平無跳變的最大間隔為2個碼元周期（101），最小一個碼元周期，這個特點可以用于檢錯。密勒碼(延遲調(diào)制碼)62－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－密勒碼(Miler)11010011Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts7Ts2Ts111010曼徹斯特碼Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts63－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－密勒碼編碼規(guī)則： 消息碼“1”用中點處電壓的突跳表示，或者說用“01”或 “10”表示； 消息碼“0”單個消息碼“0”不產(chǎn)生電位變化， 連“0”消息碼則在邊界使電平突變，或者說用 “11”或“00”表示特點：當“1”之間有一個“0”時，碼元寬度最長（等于兩倍消息碼的長度）。這一性質(zhì)也可以用來檢測誤碼。產(chǎn)生：雙相碼的下降沿正好對應(yīng)密勒碼的突變沿。因此，用雙相碼的下降沿觸發(fā)雙穩(wěn)觸發(fā)器就可以得到密勒碼。00消息碼：10110001雙相碼：10011010 01010110雙相碼波形：雙相碼相位：0 00

0密勒碼：64－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－1——交替變化的持續(xù)一個周期的正負電平表示0——分別持續(xù)半個碼元的負正電平組合表示傳號反轉(zhuǎn)碼(CMI)1101001Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts7Ts傳號反轉(zhuǎn)碼（CMI碼）65－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－無直流分量位定時信息豐富具有檢錯能力：因為1交替用00、11表示，0固定用01表示，因此，波形中不會出現(xiàn)“10”，不會出現(xiàn)三個以上的連碼，因此可作為宏觀檢錯。用作高次群脈沖編碼終端設(shè)備中的接口碼型，光纖中有時用作線路傳輸碼型。66－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－數(shù)字雙相碼密勒碼傳號反轉(zhuǎn)碼1B2B碼：每個原二進制信碼都用一組2位的二進碼來表示nBmB碼：把原信息碼流的n位二進制碼作為一組，編成m位二進制碼的信碼組。光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，通常選擇m=n+167－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－1——交替的用+1，-1的歸零碼表示0——用0電平表示傳號交替反轉(zhuǎn)碼（AMI碼）10110000000111000000+10-1+10000000-1+1-1000000+10-1+1000+1000-1+1+1000000二進制信息發(fā)送AMI碼接收AMI碼破壞極性交替規(guī)律68－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－有檢測錯誤的能力：傳號交替反轉(zhuǎn)的規(guī)則無直流分量，低頻分量較小,能量中在fs/2處位定時分量為0，但將其經(jīng)過全波整流變?yōu)閱螛O性歸零碼時，就可以提取位定時信息當出現(xiàn)長零時，提取位定時信息困難69－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－10110000000111000000B+B-0B+000V+000B-B+B-00V-00B+1——交替變換為+1，-10——連0小于等于3,則用0電平表示連0大于3,則用特定碼組替換B00V或000V任意兩個V之間B的個數(shù)為奇數(shù)。HDB3碼（3階高密度雙極性碼）70－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－10110000000111000000信息序列前一破壞點為V-，且它至第一個連0串前有奇數(shù)個B。10110000000111000000B+B-0B+000V+000B-B+B-00V-00B+B+B-0B+00B-V-000B+B-B+00V+00B-信息序列前一破壞點為V+，且它至第一個連0串前有偶數(shù)個B。71－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－保持了AMI碼的優(yōu)點將“0”碼限制在3個以內(nèi)，有利于位定時信號的提取編碼規(guī)則復(fù)雜，但是譯碼簡單72－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－HDB3碼－3階高密度雙極性碼編碼規(guī)則：首先，將消息碼變換成AMI碼，然后，檢查AMI碼中連“0”的情況：當沒有發(fā)現(xiàn)4個以上（包括4個）連“0”時，則不作改變，AMI碼就是HDB3碼。當發(fā)現(xiàn)4個或4個以上連“0”的碼元串時，就將第4個“0”變成與其前一個非“0”碼元（“＋1”或“－1”）同極性的碼元。將這個碼元稱為“破壞碼元”，并用符號“V”表示，即用“+V”表示“＋1”，用“－V”表示“－1”。為了保證相鄰“V”的符號也是極性交替：*當相鄰“V”之間有奇數(shù)個非“0”碼元時，這是能夠保證的。*當相鄰“V”之間有偶數(shù)個非“0”碼元時，不符合此“極性交替”要求。這時，需將這個連“0”碼元串的第1個“0”變成“＋B”或“－B”。B的符號與前一個非“0”碼元的符號相反；并且讓后面的非“0”碼元符號從V碼元開始再交替變化。73－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－例：消息碼:100001000011000011AMI碼:-10000+10000-1+10000-1+1HDB3碼:-1000-V+1000+V-1+1-B00-V+1-1

-1000-1+1000

+1

-1+1

-1

00

-1

+1-1

譯碼：-10000+1

0000

-1+1

0000

+1-1

100001000011000011譯碼：發(fā)現(xiàn)相連的兩個同符號的“1”時，后面的“1”及其前面的3個符號都譯為“0”。然后，將“+1”和“-1”都譯為“1”，其它為“0”。優(yōu)點：除了具有AMI碼的優(yōu)點外，還可以使連“0”碼元串中“0”的數(shù)目不多于3個，而且與信源的統(tǒng)計特性無關(guān)。74－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－+10-1000-1+1000+1-1+1-100-1+10-1`破壞脈沖00000000000011111101075－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－多元碼111001+A-A4電平波形+3A-3A10000101多個二進制符號對應(yīng)一個脈沖碼元波形與二元碼傳輸相比，在碼元速率相同的情況下，多元碼的信息傳輸速率是二元碼的log2M倍。76－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.4基帶脈沖傳輸與碼間干擾775.1引言信源信源編碼信道編碼脈沖調(diào)制信宿信源譯碼信道譯碼檢測解調(diào)帶通調(diào)制信道比特流數(shù)字基帶信號數(shù)字帶通信號干擾與噪聲波形或數(shù)據(jù)脈沖調(diào)制檢測數(shù)字通信系統(tǒng)一般模型信道78－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－基帶成形網(wǎng)絡(luò)碼間干擾分析模型

檢測脈沖調(diào)制信道抽樣器判決器窄脈沖生成器發(fā)送濾波器線路編碼接收濾波器79－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－有用信號碼間串擾隨機噪聲80－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－第k個碼元波形的抽樣值，它是確定ak的依據(jù)。為了使誤碼率盡可能的小，必須最大限度的減小碼間串擾和隨機噪聲的影響。除第k個碼元以外的其他碼元波形在第k個抽樣時刻上的總和，它對當前碼元ak的判決起著干擾的作用，所以稱為碼間串擾值。由于an是以概率出現(xiàn)的，故碼間串擾值通常是一個隨機變量。輸出噪聲在抽樣瞬間的值，它是一種隨機干擾，也要影響對第k個碼元的正確判決。5.4基帶脈沖傳輸與碼間串擾81－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－帶限信道對基帶傳輸信號的影響

11101001碼間串擾隨機噪聲+1+1+1+1+1-1-1-1h(t)t0-AA82－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－+1+1+1+1+1-1-1-111101001h(t)tTs0-Ts2Ts-2Ts83－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.5無碼間串擾的基帶傳輸特性因為an是隨機的，所以h(t)的碼元波形要盡快衰減到0，但實現(xiàn)不易，可只要讓它在t0+Ts，t0+2Ts等后面碼元抽樣判決時刻上正好為0，就能消除碼間串擾。84－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－假設(shè)信道和接收濾波器所造成的延遲t0=0時，無碼間串擾的基帶系統(tǒng)沖激響應(yīng)應(yīng)滿足下式:在不考慮噪聲時，根據(jù)h(t)去設(shè)計H(ω)特性。(5.5-1)(5.5-2)(5.5-3)5.5無碼間串擾的基帶傳輸特性85－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－作變量代換則有(5.5-4)5.5無碼間串擾的基帶傳輸特性86－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－當上式之和一致收斂時，求和與積分的次序可以互換。(5.5-5)5.5無碼間串擾的基帶傳輸特性若F(ω)是周期為2π/Ts的頻率函數(shù)，則可用指數(shù)型傅里葉級數(shù)表示(5.5-6)87－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.5無碼間干擾的基帶傳輸特性抽樣判決基帶信號波形取決于基帶傳輸系統(tǒng)沖激響應(yīng)h(t)

什么樣的h(t)或者H()能夠形成最小碼間干擾？88－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－89－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－由傅立葉級數(shù)可知，若F()是周期為0的頻率函數(shù),則其中傅立葉級數(shù)的系數(shù)為90－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－顯然：因此：周期函數(shù)周期函數(shù)的傅立葉級數(shù)傅立葉系數(shù)91－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－由于：因此：或者時沒有碼間干擾。奈奎斯特第一準則92－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－對照(5.5-5)，并代入(5.5-1)，可得(5.5-7)(5.5-8)Nyquist’sFirstmethodNyquist第一準則5.5無碼間串擾的基帶傳輸特性93－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－第一準則的物理解釋H()0是H()移位2i/Ts再相加而成的，只要檢查在區(qū)間（-/Ts，

/Ts）上能否疊加出一根水平直線即可判斷有無碼間干擾。94－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－95－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－等效理想低通(5.5-10)滿足上式的系統(tǒng)并不是惟一的。若取為一理想低通濾波器。，則有5.5無碼間串擾的基帶傳輸特性96－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－圖5-11理想低通系統(tǒng)

(a)傳輸特性；(b)沖激響應(yīng)(5.5-11)(5.5-12)周期性零點5.5無碼間串擾的基帶傳輸特性理想低通濾波器97－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－

若輸入序列的傳輸速率為則最小傳輸帶寬為Nyquist帶寬最高頻帶利用率為最高傳輸速率為Nyquist速率理想低通系統(tǒng)在實際應(yīng)用中存在兩個問題：物理實現(xiàn)極為困難；h(t)的“尾巴”很長，衰減很慢，當定時存在偏差時，可能出現(xiàn)嚴重的碼間串擾。5.5無碼間串擾的基帶傳輸特性98－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－判斷下列系統(tǒng)是否滿足抽樣點無碼間干擾的條件0P()0P()rs=1/Ts?rs=2/Ts?rs=1/Ts?0P()rs=1/Ts?rs=1/(2Ts)?0P()rs=1/Ts?YesNoNoYesYesNo99－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－奈奎斯特第一準則討論假定基帶傳輸系統(tǒng)帶寬為B，符號傳輸速率為rs，分三種情況討論如下：情況1：rs>2B無法選擇H(f)確保Heq(f)=T!100－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－情況2：rs=2B,只有一種H(f)能導致Heq(f)=T!對應(yīng)傳輸帶寬最小的情況！101－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－情況3：rs<2B,有無數(shù)種H(f)的選擇能導致Heq(f)=T!最重要的B>rs/2的基帶傳輸系統(tǒng)為升余弦滾降特性102－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－傳輸帶寬奈奎斯特帶寬:碼元傳輸速率一定時的最窄傳輸帶寬奈奎斯特速率:信道頻帶一定時的最大傳輸速率奈奎斯特間隔:信道頻帶一定時的最小碼元間隔頻帶利用率103－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－信號帶寬最小的波形—f0H(f)t0h(t)104－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－最小帶寬波形的主要缺點理想低通特性物理不可實現(xiàn)；沖激響應(yīng)h(t)波形收斂速度較慢，拖尾以1/t速率衰減，當存在定時誤差時會帶來比較大的干擾+1+1+1+1+1-1-1-1h(t)tTs0-Ts2Ts-2Ts需要對低通濾波器的“銳截止”特性進行適當?shù)貓A滑！105－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－f0Heq(f)f0H

(f)f0Y(f)-f1f1f2TsTs/2106－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.5無碼間串擾的基帶傳輸特性滾降濾波器圖5-12滾降特性構(gòu)成107－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.5無碼間串擾的基帶傳輸特性：理想低通108－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－：升余弦(RaisedCosine-RolloffFiltering)(5.5-15)(5.5-16)5.5無碼間串擾的基帶傳輸特性109－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－升余弦滾降系統(tǒng)的h(t)滿足抽樣值上無串擾的傳輸條件，且各抽樣值之間又增加了一個零點，其尾部衰減較快(與t2成反比)，這有利于減小碼間串擾和位定時誤差的影響。這種系統(tǒng)的頻譜寬度是α=0的2倍，因而頻帶利用率為1波特/赫，是最高利用率的一半。若0＜α＜1時，帶寬B=(1+α)/2Ts赫，頻帶利用率η=2/(1+α)波特/赫。

H(ω)的相移特性實際上需加以考慮。然而，在推導式(5.5-9)的過程中，我們并沒有指定H(ω)是實函數(shù)，所以，式(5.5-9)對于一般特性的H(ω)均適用。5.5無碼間串擾的基帶傳輸特性110－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－升余弦譜及其波形TsTs/2111－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－升余弦譜及其波形112－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－=1=0.5=0th(t)H()=1=0.5=000113－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－傳輸帶寬頻帶利用率全升余弦系統(tǒng)犧牲頻帶利用率換取頻譜的滾降特性和時域更大的拖尾衰減速率！

114－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－〔例5-1〕設(shè)某碼組由7位二進制碼構(gòu)成，傳碼率rs=50MBd，求：1）系統(tǒng)在無碼間干擾下所需的最小傳輸帶寬；2）若采用全升余弦系統(tǒng)所需的傳輸帶寬。解：

(1)B=rs/2=25MHz(2)B=rs=50MHz115－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－〔例5-2〕計算機輸出二元碼的數(shù)據(jù)速率為56kbit/s，且采用基帶信道傳輸，若按照以下幾種滾降系數(shù)設(shè)計實際升余弦信道，求信道帶寬。

(1)α=0.25(2)α=0.5解：升余弦信道帶寬

(1)W=1.25×28KHz=35KHz(2)W=1.5×28KHz=42KHz116－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－為了傳送碼元速率Rs=103Baud的數(shù)字基帶信號，試問系統(tǒng)采用下圖中所畫的哪一種傳輸特性比較好？并簡要說明理由。

117－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－為了傳送碼元速率Rs=103Baud的數(shù)字基帶信號，試問系統(tǒng)采用下圖中所畫的哪一種傳輸特性比較好？并簡要說明理由。

118－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－為了傳送碼元速率Rs=103Baud的數(shù)字基帶信號，試問系統(tǒng)采用下圖中所畫的哪一種傳輸特性比較好？并簡要說明理由。

119－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－為了傳送碼元速率Rs=103Baud的數(shù)字基帶信號，試問系統(tǒng)采用下圖中所畫的哪一種傳輸特性比較好？并簡要說明理由。

120－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－f0Heq(f)f0H

(f)f0Y(f)-f1f1f2TsTs/2fN-fN判斷無碼間串擾傳輸?shù)牧硪环N方法121－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－122－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－123－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－5.6無碼間串擾基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能碼間串擾和信道噪聲是影響接收端正確判斷而造成誤碼的兩個因素。上節(jié)討論了不考慮噪聲影響時，能夠消除碼間串擾的基帶傳輸特性。本節(jié)來討論在無碼間串擾的條件下，噪聲對基帶信號傳輸?shù)挠绊?，即計算噪聲引起的誤碼率。(5.4-7)124－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－圖5–14抗噪聲性能分析模型5.6無碼間串擾基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能125－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－設(shè)判決門限為Vd,則判決規(guī)則為雙極性信號的取樣值為(5.6-1)5.6無碼間串擾基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能126－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－圖5–15判決電路的典型輸入波形無噪聲時有噪聲時誤碼誤碼127－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－由信道加性噪聲引起的誤碼概率Pe，簡稱誤碼率。信道加性噪聲n(t)通常被假設(shè)為均值為0、雙邊功率譜密度n0/2的平穩(wěn)高斯白噪聲，而接收濾波器又是一個線性網(wǎng)絡(luò)，故決電路輸入噪聲nR(t)也是均值為0的平穩(wěn)高斯噪聲。功率譜密度方差(噪聲平均功率)(5.6-2)一維概率密度函數(shù)(5.6-3)5.6無碼間串擾基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能128－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－圖5-16x(t)的概率密度曲線發(fā)送“0”時發(fā)送“1”時(5.6-4)(5.6-5)5.6無碼間串擾基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能129－第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)－選