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1、2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,1,第5章 数字基带传输系统,5.1 数字基带信号 5.2 数字基带传输系统 5.3 无码间串扰的基带传输系统 5.4 眼图 5.5 时域均衡原理 5.6 部分响应技术,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,2,5.1 数字基带信号,5.1.1 数字基带信号的常用码型,传输码型的选择，主要考虑以下几点： (1) 码型中低频、 高频分量尽量少； (2) 码型中应包含定时信息， 以便定时提取； (3) 码型变换设备要简单可靠； (4) 码型具有一定检错能力，若传输码型有一定的规律性，则就可根据这一规律性来检测传输质量，以便做到自动监测,2020/7
2、/6,第5章 数字基带传输系统,3,(5) 编码方案对发送消息类型不应有任何限制， 适合于所有的二进制信号。这种与信源的统计特性无关的特性称为对信源具有透明性； (6) 低误码增殖； (7) 高的编码效率。,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,4,图 5 1 数字基带信号码型 单极性(NRZ)码 ； (b) 双极性(NRZ)码； (c) 单极性(RZ)码； (d) 双极性(RZ)码； (e) 差分码； (f) 交替极性码(AMI)； (g) 三阶高密度双极性码(HDB3)； (h) 分相码； (i) 信号反转码(CMI),2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,6,2. 双极性不归
3、零(NRZ)码,(1) 从统计平均角度来看，“1”和“0”数目各占一半时无直流分量， 但当“1”和“0”出现概率不相等时，仍有直流成份； (2) 接收端判决门限为0， 容易设置并且稳定， 因此抗干扰能力强； (3) 可以在电缆等无接地线上传输。,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,7,3. 单极性归零(RZ)码 如图 5 - 1(c) 所示。在传送“1”码时发送1个宽度小于码元持续时间的归零脉冲；在传送“0”码时不发送脉冲。其特征是所用脉冲宽度比码元宽度窄，即还没有到一个码元终止时刻就回到零值，因此，称其为单极性归零码。脉冲宽度与码元宽度Tb之比/Tb叫占空比。单极性RZ码与单极性NR
4、Z码比较， 除仍具有单极性码的一般缺点外，主要优点是可以直接提取同步信号。此优点虽不意味着单极性归零码能广泛应用到信道上传输，但它却是其它码型提取同步信号需采用的一个过渡码型。 即它是适合信道传输的，但不能直接提取同步信号的码型， 可先变为单极性归零码，再提取同步信号。,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,8,4. 双极性归零(RZ)码 5. 差分码 6. 交替极性码(AMI),(1) 在“1”、“0”码不等概率情况下， 也无直流成分， 且零频附近低频分量小。 因此，对具有变压器或其它交流耦合的传输信道来说，不易受隔直特性影响。 (2) 若接收端收到的码元极性与发送端完全相反， 也能正
5、确判决。 (3) 只要进行全波整流就可以变为单极性码。,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,9,7. 三阶高密度双极性码(HDB3),当信码序列中加入破坏脉冲以后，信码B和破坏脉冲V的正负必须满足如下两个条件：,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,10,(1) B码和V码各自都应始终保持极性交替变化的规律，以便确保编好的码中没有直流成分。 (2) V码必须与前一个码(信码B)同极性，以便和正常的AMI码区分开来。如果这个条件得不到满足，那么应该在四个连“0”码的第一个“0”码位置上加一个与V码同极性的补信码，用符号B表示。此时B码和B码合起来保持条件(1)中信码极性交替变换的规
6、律。,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,11,8. 分相码 9. 传号反转码(CMI) 10. 多进制码,图 5 2 四进制代码波形,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,12,5.1.2 数字基带信号功率谱,假设随机脉冲序列为,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,13,从(5 - 3)式我们可以得出如下结论：,若假设g1(t)=0,g2(t)为门函数，且p=1/2,则功率谱密度为,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,14,只有连续谱和直流分量。同理，当P=1/2时，图5 - 1(b)双极性信号的谱密度为,单极性归零码谱密度,双极性归零码谱密度,2020/7/6
7、,第5章 数字基带传输系统,15,根据信号功率的90%来定义带宽B， 则有,利用数值积分，由上式可求得双极性归零信号和单极性归零信号的带宽近似为,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,16,5.2 数字基带传输系统,5.2.1 数字基带系统的基本组成,图 5 9 数字基带传输系统方框图,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,17,5.2.2 基带传输系统的数学分析,图 5 12 基带传输系统简化图,假定输入基带信号的基本脉冲为单位冲击(t)，这样发送滤波器的输入信号可以表示为,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,18,其中ak是第k个码元，对于二进制数字信号，ak的取值为0
8、、 1(单极性信号)或-1、+1(双极性信号)。由图5 - 12可以得到,式中h(t)是H()的傅氏反变换，是系统的冲击响应，可表示为,nR(t)是加性噪声n(t)通过接收滤波器后所产生的输出噪声。,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,19,抽样判决器对y(t)进行抽样判决，以确定所传输的数字信息序列ak。为了判定其中第j个码元aj的值，应在t=jTb+t0瞬间对y(t)抽样，这里t0是传输时延，通常取决于系统的传输函数H()。 显然，此抽样值为,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,20,5.2.3 码间串扰的消除,图 5 13 理想的传输波形,2020/7/6,第5章 数字基
9、带传输系统,21,5.3 无码间串扰的基带传输系统,(1) 基带信号经过传输后在抽样点上无码间串扰， 也即瞬时抽样值应满足：,令k=j-k， 并考虑到k也为整数，可用k表示，,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,22,(2) h(t)尾部衰减快。 从理论上讲，以上两条可以通过合理地选择信号的波形和信道的特性达到。下面从研究理想基带传输系统出发，得出奈奎斯特第一定理及无码间串扰传输的频域特性H()满足的条件。,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,23,5.3.1 理想基带传输系统 理想基带传输系统的传输特性具有理想低通特性， 其传输函数为,如图5-14(a)所示，其带宽B=(b/
10、2)/2=fb/2(Hz)，对其进行傅氏反变换得,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,24,图 5 14 理想基带传输系统的H()和h(t),2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,25,如果信号经传输后整个波形发生变化，但只要其特定点的抽样值保持不变，那么用再次抽样的方法(这在抽样判决电路中完成)，仍然可以准确无误地恢复原始信码，这就是奈奎斯特第一准则(又称为第一无失真条件)的本质。 在图5 - 14所表示的理想基带传输系统中，各码元之间的间隔Tb=1/(2B)称为奈奎斯特间隔， 码元的传输速率RB=1/Tb=2B 。 所谓频带利用率是指码元速率RB和带宽B的比值，即单位频带所能
11、传输的码元速率，其表示式为,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,26,图 5-15 H()的分割,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,27,5.3.2 无码间串扰的等效特性,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,28,由于h(t)是必须收敛的，求和与求积可互换，得,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,29,5.3.3 升余弦滚降传输特性,升余弦滚降传输特性H()可表示为,H()是对截止频率b的理想低通特性H0()按H()的滚降特性进行“圆滑”得到的，H1()对于b具有奇对称的幅度特性，其上、下截止角频率分别为b+1、b-1。它的选取可根据需要选择，升余弦滚降传输特
12、性H1()采用余弦函数， 此时H()为,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,30,(1) 当=0，无“滚降”，即为理想基带传输系统，“尾巴”按1/t的规律衰减。当0，即采用升余弦滚降时，对应的h(t)仍旧保持t=Tb开始，向右和向左每隔Tb出现一个零点的特点，满足抽样瞬间无码间串扰的条件， 但式(5-23)中第二个因子对波形的衰减速度是有影响的。在t足够大时，由于分子值只能在+1和-1间变化，而在分母中的1与(2t/Tb)2 比较可忽略。 因此，总体来说， 波形的“尾巴”在t足够大时，将按1/t3的规律衰减，比理想低通的波形小得多。此时，衰减的快慢还与有关，越大，衰减越快， 码间串扰越
13、小，错误判决的可能性越小。,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,31,(2) 输出信号频谱所占据的带宽B=(1+)fb/2，当=0时， B=fb/2，频带利用率为2Baud/Hz，=1时，B=fb，频带利用率为1 Baud/Hz；一般=01时，B=fb/2fb，频带利用率为21 Baud/Hz。可以看出越大，“尾部”衰减越快，但带宽越宽，频带利用率越低。因此，用滚降特性来改善理想低通， 实质上是以牺牲频带利用率为代价换取的。,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,32,(3) 当=1时， 有,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,33,5.4 眼 图,图 5-19 基带信号
14、波形及眼图,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,34,图 5-20 眼图照片,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,35,图 5-21 眼图的模型,2020/7/6,第5章 数字基带传输系统,36,(1) 最佳抽样时刻应选择在眼图中眼睛张开的最大处。 (2) 对定时误差的灵敏度，由斜边斜率决定，斜率越大，对定时误差就越灵敏。 (3) 在抽样时刻上，眼图上下两分支的垂直宽度，都表示了最大信号畸变。 (4) 在抽样时刻上，上、下两分支离门限最近的一根线迹至门限的距离表示各自相应电平的噪声容限，噪声瞬时值超过它就可能发生判决差错。 (5) 对于信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统，眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围， 这个变动范围的大小对提取定时信息有重要影响。,
