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1、第三章 数字信号的基带传输,学习目标,基带传输系统组成及各部分功能 基带信号的波形、码型（时域）和频谱特征 数字基带传输系统的基本模型 码间干扰,噪声,信道,噪声,调制,解调,信道,基带脉冲输入,基带脉冲输出,编码,解码,信源,信宿,基带脉冲输出,基带脉冲输入,编码,信源,解码,信宿,噪声,信道信号形成器,接收滤波器,信道,噪声,调制,解调,信道,基带脉冲输入,抽样判决器,基带脉冲输出,基带脉冲输入,基带脉冲输出,3.1 数字基带系统的组成,信 源,编 码 器,信道信号 形成器,信 道,检 测 器,噪声,解 码 器,同步器,信 宿,再生判决,位同步,帧同步,信号形成器对基带信号进行必要的处理，
2、使其与信道特性相适应 均衡器对输入信号作某些处理，以消除或减弱信道所引入的畸变。 过滤器滤除加性干扰 检测器对多畸变的信号进行观察，并根据事先确定的规律进行判决，变换成规则信号 同步器同步换取装置，向检测器提供位同步脉冲，向解码器提供帧同步信号。,3.2 数字基带信号及频谱特性,数字基带信号 单极性波形 双极性波形 单极性归零波形 双极性归零波形 差分波形 多值波形（多电平波形） 基带信号的频谱特性 随机序列的谱分析问题,3.2.1 数字基带信号,数字基带信号 是数字信息序列的一种由信号表示的形式，它是用不同的电平或脉冲来表示相应的数字消息的 特点：功率谱集中在零点频率附近,码型设计的目标,信
3、号频谱,时钟同步,差错检测,信号干扰和抗噪声度,费用和复杂性,3.2.2基带传输的常用码型,复习几个概念 信息量 信息速率、比特率、数据率 码元、码元宽度 码元速率 调制速率,3.2.2基带传输的常用码型,在实际的基带传输系统中，并不是所有代码的电波形都能在信道中传输。例如：含有直流分量和较丰富低频分量的单极性基带波形就不适宜在低频传输特性差的信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。又如，当消息代码中包含长串的连续1或0时，非归零波形呈现出连续的固定电平，因而无法获取定时信息。,3.2.2基带传输的常用码型,传输用的基带信号的主要要求 对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的
4、码型称为传输码型的选择 对所选码型的电波形要求，期望电波形适宜于在信道中传输称为基带脉冲的选择 传输码的结构应考虑主要特性 信号频谱：相应的基带信号无直流成分和只有很小的低频成分时钟同步;能从其相应的基带信号中获取定时信息 不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化 尽可能地提高传输码型的传输效率 差错检测：具有内在的检错能力能 信号干扰和抗噪声度 费用和复杂性,NRZ-L(单极性)NRZ-L(双极性)RZ-L(单极性)RZ-L(双极性)NRZI(单极性)同步时钟,1 0 1 1 0 1 0 0,1 0,1 0 -1,1 0,1 0 -1,1 0,双相位,曼彻斯特码0=在间隔的中间位置从
5、高向低跳变1=在间隔的中间位置从低向高跳变,差分曼彻斯特码在间隔的中间位置总是有一个跳变0=在间隔的起始位置跳变1=在间隔的起始位置没有跳变,曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码同步时钟,特点,不归零码与归零码 前者的脉冲宽度大，信号的能量大，可提高信噪比，但不含时钟信息； 后者包含时钟信息，但脉冲宽度窄，占用较宽的频带，信道利用率低。 双极性码与单极性码 前者直流输出很少，有利于传输，而后者含直流分量，不宜在线路上传输，通常用于设备内部传输 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特码 自含时钟，能进行差错检测，且没有直流输出，便于传输。但是，他要求比数据率更高的信号传输速率，和NRZ相比，需要更大的带宽。不适合远
6、距离传输。,双极性AMI 0=没有线路信号 1=交替的变换为正电平和负电平 伪三进制 0=交替的变换为正电平和负电平 1=没有线路信号 8零替换码（B8ZS） 先进行双极性AMI编码，连续8个零的比特串被另一个比特串取代，这个比特串中有两个码是违反编码规则的。 双极性3零码（HDB3） 先进行双极性AMI编码，连续4个零的比特串被另一个比特串取代，这个比特串中有一个码是违反编码规则的。,扰码技术 替换可能导致线路上产生恒定电平的比特序列，填入足够多的跳变，以满足接受器时钟保持同步的需要。接收器必须能识别。优点： 没有直流成分 没有较长的零电平线路信号序列 提供定时同步 不会增加数据率 可提供差
7、错检测能力 8零替换码（B8ZS） 双极性3零码（HDB3）,HDB3和AMI码的功率谱密度,AMI码 不含直流成分 高低频分量少 能量集中在频率为1/2码速处 位定时频率分量虽然为0，但只要将基带信号经全波整流变成单极性归零波形，便可提取位定时信号。,提供一定程度的定时同步能力,优点,三元码及多元码与二元码性能比较,不存在静直流成分，信号带宽较窄,一个信号元素只代表一个比特三进制log23 = 1.58 bits,接收器必须区分三个电平（+1，-1，0），在信噪比一定的情况下，差错率要高得多,没有二元码效率高,差分编码,概念 差分编码中，被传输的信息是由两个连续信号之间是否发生变化而不是信号
8、元素本身的大小决定的 优点 在有噪声的情况下，比起将信号值与门限值直接比较，检测信号的跳变更为可靠 在复杂的传输结构中，信号的正负极很容易变得不具有任何意义,单极性不归零码用脉冲宽度等于码元间隔的矩形脉冲的有无表示码元。直流分量不为0 双极性不归零码用宽度等于码元间隔的两个幅度相同但极性相反的举行脉冲表示码元。直流分量近似为0 单极性归零码与单极性不归零码相似，只是脉冲的宽度小于码元间隔 双极性归零码与双极性不归零码相似，只是脉冲的宽度小于码元间隔,交替极性码用无脉冲表示码元0，而码元1则交替的用正极性脉冲和负极性脉冲表示 差分码用相邻脉冲极性的改变表示1，用极性不改变表示0 多电平信号（多元
9、码）用幅度能取多个值的脉冲表示多进制的码元,3.2.3数字基带信号的频谱特性,研究基带信号的频谱结构是十分必要的，通过谱分析，我们可以了解信号需要占据的频带宽度，所包含的频谱分量，有无直流分量，有无定时分量等。这样才能针对信号谱的特点来选择相匹配的信道，并确定是否能从信号中提取定时信号。 频谱分析方法： 傅里叶变换？ 随机信号的分析理论,1、基带信号的时域表达方式,一般令 代表二进制数据符号0， 代表1，码元的时间间隔为T。假设数据序列出现0、1的概率分别为P和1-P，且认为他们的出现彼此统计独立，则基带数据信号可表示为：,2、基带信号的功率谱密度,利用随机信号的分析方法可得信号序列的功率谱密
10、度表达式为：,连续谱：始终存在 离散谱：与1、0出现的概率和信号脉冲的宽度有关，在某些情况下可能没有离散谱分量。,3、几种基带数字序列的功率谱密度,双极性归零序列 设1、0出现的概率各为1/2，脉冲宽度为 幅度为A，则 ，矩形脉冲,其功率谱密度为,双极性不归零序列 设1、0出现的概率各为1/2，矩形脉冲脉冲宽度为 幅度为A，,单极性归零序列 设1、0出现的概率各为1/2，0码发 1码发0，矩形脉冲为,其功率谱密度为,单极性不归零序列,离散谱：提供定时信息 连续谱：有效带宽 连续谱的第一个过零点 脉冲宽度的倒数,4、功率谱特点,（1） 单极性码既有连续谱，又有离散谱，但单极性不归零码，虽有离散谱
11、，但无f=fs的谱线，无法提取定时信息 双极性码只有连续谱，没有离散谱 （2） 不归零码连续谱第一个零点为归零码连续谱第一个零点为,根据功率谱，可知道信号的功率主要集中在哪个频率范围内，这样就可以考虑系统应有过的传输带宽。 可以了解如何从接收数据信号序列中提取接收端需要的码元定时信息,3.3 码间干扰,基带通信系统的一般模型,再生判决器对该信号进行抽样判决，以确定所传送的数字消息序列an。为判定的ai值，应在t=iTS+td,第一项 是输出基带信号的第i个码元在抽样瞬间所取的值，它是确定ai的依据 第二项 是除第i个码元外的其他所有码元脉冲在该抽样瞬间对ai的干扰，称为码间干扰或符号间干扰。 第三项 输出噪声在抽样瞬间的值,消除码间干扰：使第二项为0.只要在码元抽样判决时刻上正好为0，就能消除码间串扰。,
