《数字基带传输》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字基带传输（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、6.0 引言,数字基带传输系统和数字频带传输系统,1. 在利用对称电缆构成的近程数据通信系统中广泛采用了这 种传输方式； 2. 频带传输系统中同样存在着基带信号传输问题； 3. 如果把调制与解调过程看作是广义信道的一部分，则任何 数字传输系统均可等效为基带传输系统。,研究的意义：,数字信号的传输方式：,第六章 数字信号的基带传输,信道信号形成器: 亦即发端滤波器，用于把发端的信号转换为 适合在信道中传输的基带信号。 信道：允许基带信号通过的媒质。信号的通道。 接收滤波器：通过信号，尽可能地抑制噪声和干扰。 抽样判决：在噪声背景下判定与再生基带信号。 抽样：用位同步信号对接收信号进行逐个抽样。
2、判决：消除噪声积累，根据门限电平再生基带信号。,一 、基带传输系统模型：,6.1 数字基带信号形式,数字基带信号就是消息代码的电压或电流表示形式,单极性不归零码 双极性不归零码 单极性归零码 双极性归零码,(5) 差分波形(相对码波形) -利用相邻码元的电平变化传递信息。,规则： 遇“1”相邻码元电平变化； 遇“0”相邻码元电平不变化。 （反之亦可）,特点：波形在形式上与单极性或双极性波形相同，但代表的信息 符号与码元本身电位或极性无关，而仅与相邻码元的电位 变化有关。,(6) 多电平波形,如：四电平波形(与两个二进制符号对应) 00+3E 01+E 10-E 11-3E,以上都是一个二进制符
3、号对应一个脉冲。实际上还存在多于一个的二进制符号对应一个脉冲的情形，称这种波形为多值波形或者多电平波形。,好处：？ 代价：？,二、 基带传输的常用码型,（1）能从其相应的基带信号中获取定时信息； （2）其相应的基带波形无直流分量和只有很小的低频分量； （3）能适应信息源的变化-不受信息源统计特性的影响； （4）传输效率要高； （5）具有内在的检错能力。,对传输码型的要求：,例： 信码an： 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 AMI: +1 0 -1 0 0 +1 0 0 0 0 0 -1 0 +1,特点： (1) 无直流分量和仅有小的低频分量； (2) 二电平三电平1B/
4、1T码(一个二进制符号变换成一 个三进制符号所构成的码)； (3) 易于检错(极性交替否？)； (4) 编、译码简单； (5) 当出现长的连0串时，不利于定时信息的提取。,1. AMI码（传号交替反转码),编码规则：传号(“1”)极性交替，空号(“0”)不变,（1）先把消息代码变成AMI码，当无4个或4个以上连“0”码时，则该AMI码就是HDB3码。 （2）当出现4个或4个以上连0码时，则将每4个连“0”小段的第4个“0”变换成“非0”码的极性破坏符号V，当信码序列中加入破坏符号以后，非零符号和V符号各自极性交替； （3） 若V符号不极性交替，则在四个连“0”码的第一个“0”码位置上加一个与前
5、面非零码极性相反的符号B ； （4）将B符号以后的非零符号的极性从V符号以后极性极性交替。,例 (a) 代码： 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 (b) AMI码： 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 0 -1 0 +1 (c) 加V： 0 +1 0 0 0 +V -1 +1 0 0 0 +V 0 -1 0 +1 (d) 插B符号 0 +1 0 0 0 +V -1 +1 B 0 0 -V 0 -1 0 +1 (e) 调整 0 +1 0 0 0 +V -1 +1 -B 0 0 -V 0 +1 0 -1 (f) HDB3： 0 +1 0 0 0 +1
6、 -1 +1 -1 0 0 -1 0 +1 0 -1,2 HDB3码,编码规则：,编码规则： 先分组，再编码。先将二进制代码划分成2个码元一组的码组 序列，再把每一码组编成两个三进制数字（+ - 0）。 因两位三进制数字共有9种状态，故可灵活选择其中的4种状态。下表列出了其中使用最广的格式。,3. PST码 -成对选择三进码,编码步骤：1）先分组； 2）对01、10进行“+”、“-”模式交替以避免直流漂移； 3）编码。,例： an：0 0 ，1 0 ，1 1 ，0 1 ，1 0 ，1 1 ，0 0 ，1 0 + - + - PST：- + + 0 + - 0 - + 0 + - - + - 0
7、,特点：1）无直流分量； 2）连0不超过2个，能提供足够的定时信息； 3）编码简单，但在识别时需提供“分组”信息，即需要 建立帧同步 4）三电平。,4. Manchester码 又称双相码、分相码。是对每个二进制代码分别利用两个具有2个不同相位的二进制新码去取代的码。 1B2B 编码规则： 1 1 0 (相位的一个周期方波) 0 0 1 ( 0 相位的一个周期方波),例: an： 1 0 1 1 0 0 1 双相码：1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0,特点：1）无直流分量； 2）连0串最多为2个； 3）只使用两个电平； 4）编、解码简单； 5）占用带宽宽； 6）含足够的定时
8、信息。,特点: (1) 无直流分量； (2) 连0串最多为3个（1.5个Ts）； (3) 二电平。跃变多，含丰富的定时信息。,5. CMI码-传号反转码的简称。,编码规则：1 1 1或0 0，要交替 0 0 1 固定（一个周期的方波） 不同于AMI（传号交替反转）:用双码表示“1”、“0”；二电平。,6. 5B6B码：用6位2进制码表示5位2进制码。,6位2进制码，平衡码字（3个1，3个0）有20个，其余为非平衡码,5位2进制码，共32个，其中20个用平衡码字表示，剩余的12个用非平衡码字表示，交替用正负模式表示。,举例：,光纤传输码型,补充作业： 1、设二进制序列为110010001110，
9、试画出单极性归零码， 差分码，八电平码，和CMI码波形； 2、设二进制序列为1000000000101写出AMI码和HDB3码。,三、数字基带信号的功率谱,波形 g1(t)“0”；波形g2(t)“1”; 码元间隔为Tb(或Ts)码元宽度，,实际上基带信号通常 都是一个随机的脉冲序列,2. 数字基带信号的双边功率谱P s( )：,(1) 由g1(t)、g2(t) 、p及Tb 就可确定随机脉冲序列功率谱了； (2) 随机脉冲序列功率谱包括两部分：连续谱和离散谱。 连续谱确定带宽；离散谱确定是否能直接提取码元同步信息;,(3) 连续谱始终存在g1(t) g2(t)； 离散谱不一定存在，例：双极性、等
10、概； (4) 上述公式并未约束g1(t) 、 g2(t)波形。有、无某个波形；三角波、升余弦波；也可以不是基带波形，而是数字调制波形。 -上述分析方法同样可确定调制波形的功率谱密度。,以矩形脉冲构成的基带信号为例， 例1 单极性NRZ信号的功率谱，假定 p=1/2。,对于单极性NRZ信号，有:,则：,结论: （1）单极性NRZ信号的功率谱只有连续谱和直流分量。 （2）由离散谱仅含直流分量可知，单极性NRZ信号的功率谱不含可用于提取同步信息的 fb 分量。 （3）由连续分量可方便求出单极性NRZ信号的功率谱的带宽近似为（Sa函数第一零点）：B1/Tb,(4) p1/2时，上述结论依然成立。,零点
11、带宽或主瓣带宽:,例2 求双极性NRZ信号的功率谱，假定 p=1/2。 解： 对于双极性NRZ信号，有：,则,当p=1/2 ，得双极性NRZ信号的功率谱密度为,结论： (1)双极性NRZ信号的功率谱只有连续谱，不含任何离散分量。特别是不含可用于提取同步信息的 fb 分量。,(3) p1/2时，双极性NRZ信号的功率谱将含有直流分量，其特点与单极性NRZ信号的功率谱相似。Why？,(2)双极性NRZ信号的功率谱的带宽同于单极性NRZ信号，为 ：,零点带宽或主瓣带宽:,例3 求单极性RZ信号的功率谱，假定p=1/2。 对于单极性RZ信号，有,(2) 由连续谱可求出单极性RZ信号的功率谱的带宽近似为
12、：,结论: (1)单极性RZ信号的功率谱不但有连续谱，而且在还存在离散谱。可直接可用于提取同步信息的分量。,(3) p1/2时，上述结论依然成立。,例4 求双极性RZ信号的功率谱，假定p=1/2。 对于双极性RZ信号，有,则：,结论： (1) 双极性RZ信号的功率谱只有连续谱，不含任何离散分量。 特别是不含可用于提取同步信息的 fb 分量。 (2) 双极性NRZ信号的功率谱的带宽同于单极性RZ信号，为 ：,(3) p1/2时，双极性RZ信号的功率谱将含有离散分量，其特点与单极性RZ信号的功率谱相似。,零点带宽或主瓣带宽:,作业：64、66,6.2 基带脉冲传输与码间干扰,一、基带传输系统模型,
13、图 基带信号识别过程,二 码间干扰及其抑制,码间干扰产生的原因 数字信号是一个时间的受限的信号，当它通过一个带宽有限的系统后，其时间变得无限时间弥散效应，从而对其它码元的判决产生影响。,1、系统的带宽有限 2、多径效应 3、传输速率的增加,分析-码间干扰,设与输入码元序列an对应的基带信号为d(t)，则,H ()=GT () C () GR (),为做原理分析，将其视作冲激序列。其中符号an取值为0、1或-1、+1。总的传输函数-基带传输系统的传输总特性：,GT()、C()、GR()是发送滤波器、信道、接收滤波器的传输函数。,冲激响应：,则接收滤波器的输出(识别点的波形)：,式中n R (t)
14、为加性噪声n(t)通过接收滤波器后的波形。,对r (t)的第k个码元进行抽样抽样时刻t k= kTs：,第一项第K个接收波形在抽样时刻t k上的取值，是确定码元a k信息的依据;,第二项为第k个之外的所有其它的基本波形在第k个抽样时刻上的总合（代数和），由于an是以某种概率出现的，故该值通常是一个随机变量-其表征除a k之外其它码元的干扰-码间干扰； 第三项为因噪声引起的干扰-随机干扰。 显然，后两项-码间干扰、随机干扰将影响第k个码元的判决。,当传码率为f b，即码元间隔T b，可实现判决时刻的无码间干扰传输,无码间干扰的奈奎斯特准则,1 、理想低通系统,在理想低通条件下实现无码间干扰的最大
15、传输速率：,或者说当信号的传输速率一定时，它在信道中的最小传输带宽为,最小理论传输带宽：,先看两个例子,理想低通系统的特点：,4、频带利用率：,1、具有理想低通传输特性的系统能够实现无码间干扰，且能够达到 性能极限； 2、理想低通物理是不可实现； 3、系统响应h (t)有“拖尾”，衰减慢，定时稍有偏差即会产生 严重的码间干扰。,为二进制基带传输的最高频带利用率！,注意带宽的定义：,最小传输带宽（奈奎斯特带宽）：,2. 主瓣带宽（零点带宽）：,2 升余弦滚降低通特性,频域特性,时域特性,1. 升余弦波形在抽样点处码间干扰为0，可实现无码间干扰的传输 2. 波形的拖尾振荡起伏减小，因定时引起的码间干扰降低； 3. 频带利用率下降。,传输带宽：W c hW2 W1 f b /2,升余弦滚降特性,频带利用率：,抽样点无码间干扰的条件时域条件：,为其它整数,即 的值除 时不为零外,在其他所有抽样点上的值均为零,把上式的积分区间用频率间隔 分割，可得:,奈奎斯特准则的推导:,抽样点上无码间串扰，就是对于 在时刻 抽样值应满足:,可以看出 是 的指数型傅里叶级数的系数,即:,有:,频域傅里叶级数展开式:,时域傅里叶级数展开式:,附：,或,其中H e q ()为等效理想低通,令,无码干扰 的频域条件,无码间干扰的奈奎
