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1、数字基带传输第第66章章数字基带信号的特性波形波形频谱频谱码型码型如何设计传输总特性以消除码间干扰以消除码间干扰如何提高抗噪声性能以减小噪声影响以减小噪声影响眼图估计系统性能的实验手段估计系统性能的实验手段部分响应时域均衡改善系统性能的两个措施改善系统性能的两个措施本章内容:第第66章章数字基带数字基带引言n基带传输系统组成：信道：给给基带信号提供传输通道。引言引言引言输入信号码型变换传输波形信道输出接收滤波输出位定时脉冲恢复的信息错错误误码码元元n基带传输系统各点波形：基带传输系统各点波形：引言10数字基带信号及其频谱特性66.1.1单个序列六种基本信号波形6.1.1数字基带信号（a）（d）
2、的共性？QQAA四电电平波形：00+3E01+E10-E11-3E若各码元波形相同而取值不同波形相同而取值不同，则可表示为：第n个码码元的电电平取值值随机量TB码码元持续时间续时间g(t)某种脉冲波形一般情况下：随机脉冲序列数字基带信号的表示式方法方法：相关函数相关函数功率谱密度功率谱密度由由功率谱密度的定义式功率谱密度的定义式目的目的：信号带宽信号带宽位定时分量、位定时分量、直流分量直流分量等等思路思路：分解交变波稳态波6.1.2基带信号的频谱特性-PSDPSD推导推导：设二进制的随机脉冲序列：“0”-g1(t)-P“1”-g2(t)-1-PTB-TBg2(t-2TB)g2(t-TB)g1(
3、t-2TB)g1(t+2TB)g2(t+TB)g1(t)nn稳态波稳态波v(t)和交变波交变波u(t)v(t)：随机序列s(t)的统计平均分量，每个码元统计平均波形相同：周期性信号u(t)：随机脉冲序列周期TB可展成傅里叶级数式中1v(t)的功率谱密度-Pv(f)在（-TB2，TB2）内：只存在(-TB2TB2)内故有积分限可改为-到根据周期信号的功率谱密度与傅里叶系数的关系可得：其中22即u(t)的截短函数：取截短时间:2u(t)的功率谱密度-Pu(f)其中其中mn：m=n：双边谱单边谱3s(t)=u(t)+v(t)的功率谱密度-Ps(f)u连续谱带宽Bu离散谱定时分量（m=1)等uu连续谱
4、能否消失？u离散谱消失的条件？QQAA讨论：例参见教材P137139自行推导示意图：解谱零点带宽：归纳：l从以上两例可以看出：l(1)二进制基带信号的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数G1(f)和G2(f)。时间波形的占空比越小，占用频带越宽。若以谱的第1个零点计算，NRZ(=Ts)基带信号的带宽为BS=1=fs；RZ(=Ts2)基带信号的带宽为BS=1=2fs。其中fs=1Ts，是位定时信号的频率，它在数值上与码元速率RB相等。l(2)单极性基带信号是否存在离散线谱取决于矩形脉冲的占空比。单极性NRZ信号中没有定时分量，若想获取定时分量，要进行波形变换；单极性RZ信号中含有定时分量，可以直接
5、提取它。“0”、“1”等概的双极性信号没有离散谱，也就是说没有直流分量和定时分量。基带传输de常用码型66.2.2无直流分量，且低频分量小无直流分量，且低频分量小；定时信息丰富；定时信息丰富；高频分量小；高频分量小；不受信源统计特性的影响；不受信源统计特性的影响；有自检能力，有自检能力，编、译码简单编、译码简单。uAMI码、HDB3-1B1T码u双相码、CMI码-1B2B码u块编码6.2.1选码原则6.2.2几种常用的传输码型编码规则：“1”+1、-1交替“0”0特点：信码有长连0串时，难以获取定时信息。缺点：1AMIAMI码传号极性交替码信码：100110000000110011AMI码：+
6、100-1+100000001+1001+1应用：PCM24路基群（北美系列）1.544Mbs的线路码型。举例：2HDBHDB33码3阶高密度双极性码编码规则：u连“0”个数不超过3个时，遵循AMI的编码规则；u连“0”个数超过3个时，将第4个“0”改为非“0”脉冲，记为V+或V-，称为破坏脉冲。u相邻V码的极性必须交替出现（确保无直流）；uV码的极性应与前一个非“0”脉冲的极性相同，否则，将0000更改为B+00V+或B-00V-。B称为调节脉冲。uV码之后的传号码极性也要交替。例如：代码：1000010000110000l1AMI码：-10000+10000-1+10000-1+1HDB3
7、码：-1000-V+100+V-1+1-B00-V+1-1其中的V脉冲和B脉冲与1脉冲波形相同，用V或B符号的目的是为了示意是将原信码的“0”变换成“1”码。虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从上述原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性(包括B在内)。+110+1000+V00-100+1B00-V0+111010000001001000001二进制码AMI码HDB3码信码1000100100001000011000011HDB3码-1000+100-1000V-+1000V+-1+1B-00V-+1-1除保持了AMI码的特点之外，还将连“0”码限制在3个以内，有
8、利于位定时信号的提取。应用：A律PCM四次群以下的线路接口码型。100011001特点：举例：译码：这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连0码，再将所有-1变成+1后便得到原消息代码。HDB3码保持了AMI码的优点外，同时还将连“0”码限制在3个以内，故有利于位定时信号的提取。HDB3码是应用最为广泛的码型，A律PCM四次群以下的接口码型均为HDB3码。“0”01；“1”10带宽比原信码大1倍。3双相码曼彻斯特码（Manchester）信码11010010双相码1010011001011001局域网中的传输码型。编码规
9、则：特点：缺点：应用：4CMICMI码传号反转码特点：双极性二电平码，连码个数不超过3个。编码规则：“1”11、00交替“0”01应用：A律PCM四次群的接口码型；速率低于8.448Mbs的光缆传输系统中。5nBmB码(mn)m位二进制码（新码组）n位二进制码（原信码组）2n种组合2m种组合从2m种中选择许用码组，其余为禁用码组u例如：4B3T码，把4个二进制码变换成3个三元码，1B1T码的改进型。u在相同的码速率下，4B3T码的信息容量大于1B1T，因而可提高频带利用率。u4B3T码、8B6T码等适用于高速数据传输系统，如高次群同轴电缆传输系统。6nBmT码(mn)m位二进制码（新码组）n位
10、二进制码（原信码组）数字基带信号传输与码间串扰66.3.3基带传输系统基带传输系统组成组成基带传输系统基带传输系统模型模型6.3.1系统组成与传输模型输入信号码型变换传输波形信道输出接收滤波输出位定时脉冲恢复的信息错错误误码码元元何谓何谓ISIISI？产生产生ISIISI的原因的原因？误码原因nn系统传输总特性不理想。an对应的基带信号基带传输总特性6.3.2定量分析接收滤波器输出信号：设抽样时刻，则抽样值为：ISI值噪声研究的问题：延时无码间串扰de基带传输特性66.4.4若能使:则无ISI怎么做？做不到关注抽样时刻等TB的零点6.4.1消除码间串扰的设计思想含义：含义：本码元抽样时刻有值；
11、其他码元抽样时刻均为0。6.4.2无码间串扰的条件n时域条件根据根据，并利用时域条件：并利用时域条件：分段积分求和n频域条件则则有=1令1利用时时域条件：TB即得即得频域频域条件频域条件：检验或设计HH()能否消除码间串扰的理论依据。含义含义示例：注：TS=TB6.4.3H()的设计1理想低通特性奈奎斯特带宽（最窄带宽）奈奎斯特速率（无ISI的最高波特率）u存在问题:特性陡峭不易实现；响应曲线尾部收敛慢，摆幅大，对定时要求严格。2余弦滚降特性fN奈奎斯特带宽f超出fN的扩展量越大，h(t)的拖尾衰减越快，但Bu几种滚降特性和响应曲线：各抽样值之间增加一个零点尾部衰减较快u升升余弦滚降余弦滚降：
12、归纳QQAA部分响应技术部分响应技术（见6.7）滚降系数系统带宽无ISI的最高频带利用率无ISI的最高码元速率Baud=1(BaudHz）例（1）H(f)满满足无码间码间串扰扰的频频域条件（2）（3）解基带传输系统的抗噪声性能66.5.5研究：在无ISI条件下，噪声n(t)引起的误码率PPee高斯高斯EnR(t)=0高斯高斯白噪白噪En(t)=0nnR(t)特性x(t)=s(t)+nR(t)PenR(t)6.5.1二进制双极性基带系统的Pen分析模型nR(t)的一维概率密度函数为可简记为：对于双极性基带信号，其抽样值为（+A-A），则合成波x(t)=s(t)+nR(t)在抽样时刻的取值为:高斯
13、nx(t)特性x(kTB)Vd判为“1”码x(kTB)Vd判为“0”码设判决门限为Vd，判决规则:VdP(01)P(10)=P(xVd)=P(xVd)“1”正确错误“0”错误正确n误码率PeuP(01)发1错判为0的概率:P(01)uP(10)发0错判为1的概率:P(10)Pe的值取决于P(1)、P(0)、A(信号峰值)、和Vdu双极性基带系统的总误码率:QQAA可见使Pe最小的判决门限电平P(01)P(10)P(1)=P(0)时时:P(01)=P(10)Pe=n最佳门限电平6.5.2二进制单极性基带系统的Pe对于单极性基带信号，其抽样值为（+A0），则合成波x(t)=s(t)+nR(t)在抽
14、样时刻的取值为:对比：双极性基带信号，其抽样值为（+A-A）只需将的分布中心由-A移到0即可：Vdn归纳对比：等概时：等概时：讨论:l1、比值An越大，Pe就越小。l2、等概时，双极性的最佳判决门限电平为0，与信号幅度无关，因而不受信道特性变化的影响；而单极性的最佳判决门限电平为A2(信号峰值A)，易受信道特性变化的影响，从而导致误码率增大。眼图66.6.6估计和调整系统性能的一种实验方法n何谓眼图？n观察方法Tc=TB成因成因(a)无ISI的情况大“眼睛”(c)，线迹细而清晰；(b)有ISI的情况小“眼睛”(d)，且线迹杂乱。n眼图示例TBu存在噪声时，眼图线迹变成了模糊的带状线；u噪声越大
15、，线条越宽、越模糊，“眼睛”张开的越小，甚至闭合。n眼图模型(1)最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻；(2)眼图斜边的斜率决定了系统对抽样定时误差的灵敏程度：斜率越大，对定时误差越灵敏；(3)图的阴影区的垂直高度表示信号的畸变范围；(4)图中央的横轴位置对应于判决门限电平；(5)抽样时刻上上下两阴影区的间隔距离之半为噪声的容限噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决；(6)图中倾斜阴影带与横轴相交的区间表示了接收波形零点位置的变化范围，即过零点畸变，它对于利用信号零交点的平均位置来提取定时信息的接收系统有很大影响。n眼图照片(a)无ISI和n(t)的情况(b)有一定ISI和n(t)的情况u二进进制双极性升余弦信号u三电电平部分响应应信号部分响应和时域均衡66.7.7改善系统性能的两种措施一、部分响应（一）、问题的引出1、理想低通信道的频带利用率高，=2BHz“尾巴”衰减慢，对定时要求高2、等效理想低通“尾巴”衰减快，对定时要求低信道的频带利用率高2BHz3、可见高的频带利用率与低的定时要求（尾巴衰减快）是互相矛盾的。那么，能否找到频率利用率既高又使”尾巴”衰减大、收敛快的传输波形呢？奈奎斯特第二准则回答了这个问题。4、奈奎斯特第二准则：有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间干扰，而在其余码元的抽样时刻无码间干扰
