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1、2019/5/24,1,通信原理,作者：鲍卫兵,责任编辑：樊晓燕 出版日期：2009年6月 IDPN：308-2009-013 课件章数：8,5/24/2019,2,第四章 数字信号基带传输系统,4.1 基带信号及基带传输 4.2 数字基带信号码波形及传输码型 4.3 数字基带信号的功率谱 4.4 基带传输系统及码间干扰 4.5 无码间串扰的基带传输系统 4.6 部分响应系统 4.7 无码间干扰基带传输系统的抗噪声性能 4.8 眼图 4.9 时域均衡器,通信原理,5/24/2019,3,第四章 数字信号基带传输系统,本章要点： 在了解基带信号的特性（基带信号的波形、码型和谱特性）的基础上，重点
2、研究如何设计基带传输总特性，以消除码间干扰和如何有效地减少信道加性噪声的影响，以提高系统的抗噪声性能，然后介绍一种利用实验手段方便地估计系统性能的方法眼图，并提出改善措施部分响应和时域均衡。,通信原理,5/24/2019,4,4.1 基带信号及基带传输,一、基带信号？ 是指来自计算机、数据终端等信源输出的低频信号,信号不经过调制直接送到信道上的传输方法。如市区内利用电传机直接进行电报通信。,二、基带传输？,三、基带传输系统模型？,H(w)=GT(w) C(w) GR(w),四、基带传输的基本思想？ 是基带信号与信道匹配,两个重要问题：,基带脉冲(信号波形)的选择,传输码型的选择,5/24/20
3、19,5,一. 数字基带信号码波形,4.2 数字基带信号码波形及传输码型,1. 矩形脉冲,2. 升余弦脉冲,3. 高斯脉冲,4. 三角波,占空比 为脉冲宽度与码元宽度Ts之比(/Ts),如图3-6所示。,单个码元波形，有：,码型：占空比为1 数据信息10000110000010,编码规则：“1”码发正脉冲（或负脉冲） “0”码不发脉冲（或0电平）.,特点：,1. 简单、易实现.,2. 有直流分量.,3. 接收端不能直接提取码元同步信息.,1.单极性NRZ（NonReturn-to-Zero）码,5/24/2019,6, 单极性RZ(Return-to-zero)码,码型：占空比为/Ts，小于1
4、， 数据信息1000011000001,特点：有直流分量，能直接提取同步信号.,编码规则：,“1”码发正脉冲（或相反）后回到0电平；,“0”码不发脉冲, 双极性NRZ码,码型：占空比为1， 数据信息10000110000010,编码规则：,“1”码发正脉冲（或相反）,“0”码发负脉冲（或相反）,特点：1、0等概时，无直流分量 抗干扰能力强., 双极性归零RZ码,码型：占空比为s, 数据信息10000110000010,编码规则：,“1”码发正脉冲（或负脉冲）后发后回到电平,“0”码发负脉冲（或正脉冲）后回到电平,特点：自同步方式，抗干扰强，不含直流成份.,5/24/2019,7, 差分码,码型
5、：占空比为1，数据信息10000110000010,应用：PSK调制中消除相位模糊,编码规则：,“”差分码：相邻码之间电平变 相邻码之间电平不变,“”差分码：相邻码之间电平变 1相邻码之间电平不变,6. 多进制码 编码规则：如四进制的数字基带信号的波形 （a）只有正电平（0V、1V、2V和3V四种电平） （b）既有正电平（+3V，+1V）又有负电平（-1V，-3V） 码型：占空比为1，数据信息10000110000010,5/24/2019,8,1、传号交替反转AMI(Alternative Mark Inverse)码,码型：占空比为1，数据信息10000110000010,应用：北美系列的
6、一、二、三次群接口码均使用经扰码后的AMI码,缺点：出现长“0”串时，收端难提取定时信号,优点：, 无直流成分，很少的低频成份, 收与发的码元极性完全相反，也能正确判决., 全波整流后就可以变为单极性归零码 提取同步信息,编码规则：,“0”码仍与零电平对应 “1”码发送极性交替的正负电平,二进制 =三电平（伪三元 序列）.,二. 基带传输常用码型,对基带传输码型的要求：, 不含直流分量，很小的低频成分., 足够的位同步信息., 检错能力和抗噪声能力., 透明传输特性., 尽可能提高传输码型的传输效率., 较小或没有误码扩散.,5/24/2019,9,2、三阶高密度双极性码HDB3 ( 3rd
7、Order High Density Bipolar ),码型：占空比为1，数据信息10000110000010,编码规则：, 连“0”数3个, 按AMI编码., 若连“0”数3，则按“0000”分节 ，第4个“0”变为“1”码，发“V”脉冲 破坏节，V脉冲的极性与前一个“1”码相同., 相邻的V脉冲要极性相反, 补奇变“1”，当V脉冲之间为偶数个“1”时，在后一个破坏节中的第一个“0”变为“1” B脉冲，且B脉冲的极性与后一个破坏节的V脉冲极性一致。,优点：无直流分量 低频成分少 长连“0”串时也能提取位同步信号,缺点：编码电路比较复杂.,应用：欧洲系列一、二、三次群的接口码型.,5/24/
8、2019,10,3、PST (2B2T)码,码型： 数据信息10000110000010,编码规则：,“1”码 正、负脉冲表示 “1”“10”,“0”码 负、正脉冲表示 “0”“01”,优点：无直流分量，最长连“0” 连“1”数为2 =定时信息丰富 编、译码电路简单.,缺点：码元速率为输入的码元速率的2倍.,应用：DTE中速、短距离上传输 如以太网,极性反转时会引起译码错误,4、曼彻斯特(Manchester)码：双相码(Biphase Code),编码规则：把两位二进制码变成两位三进制码，有+模式和-模式，且当一个码组中只有一个脉冲时，两模式交替使用。,码型：数据信息100001100000
9、10,5/24/2019,11,5. 差分曼彻斯特码：绝对码相对码曼彻斯特码,应用：数据通信的令牌网、本地局域网 .,6. Miller码,7. CMI(Coded Mark Inverse)码: 传号反转码,编码规则：“1”码交替用“11”和“00”表示；“0”码用“01”表示,应用：CCITT推荐为PCM四次群的接口码型、光纤传输,应用：气象卫星和磁记录，低速基带数传机,编码规则：“1”-“10”或“01”表示；“0”单个零时，在码元持续时间及在相邻码元的边界均不跃变；连零时，两个零码的边界处出现跃变，分别用“00”和“11”交替,8. nBmB码,编码规则：把n位二进制码组编为m为二进制
10、码组，mn，多余（2m-2n）个作为禁用码组，获得好的编码特性。光纤通信中常用,应用：CCITT推荐为PCM四次群的接口码型、光纤传输,5/24/2019,12,单极性不归零NRZ码 单极性归零码 双极性非归零码 双极性归零码 Manchester码 AMI码 HDB3,请同学们判别以下各属何种波形,5/24/2019,13,【例4.2-1】 已知信息代码为11000011000011 , 试求相应的AMI 码和HDB3 码。,解：信息码： 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1,AMI 码：+1-1 0 0 0 0 0 +1 -1 0 0 0 0 +1 -1,HDB3码：
11、+1-1 0 0 0-V O +1 -1 +B 0 0 +V O 1 +1,【例4.2-2】 已知信息代码为10100000000011 , 试求相应的AMI 码和HDB3 码。,解：信息码： 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1,AMI 码：+1 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 O +1 -1,HDB3码：+1 0 -1 0 0 0 -V +B 0 0 +V 0 -1 +1,CMI编/译码器及各点波形,(a)CMI码编码器电路,(b) CMI码译码器电路,(c) 各点波形,5/24/2019,15,4.3 数字基带信号的功率谱,基带信号的时域表达式？,假定条件：
12、（二进制为例）,基带脉冲序列都是一个平稳的随机过程,0、1出现的概率分别为P和1-P，且统计独立,5/24/2019,16,一、时域表达式,二进制序列：任意随机序列的一个样本如图,1、一般表达式：,2、截短函数：,3、用稳态波和交变波表示：,稳态波,交变波,截短长度：T=(2N+1)Ts,N足够大,5/24/2019,17,4.3 数字基带信号的功率谱,二、基带信号的功率谱密度,1、计算稳态波的功率谱密度,离散谱,5/24/2019,18,4.3 数字基带信号的功率谱,2、计算交变波的功率谱密度,连续谱,5/24/2019,19,4.3 数字基带信号的功率谱,3、计算功率谱密度,单边表示：,5
13、/24/2019,20,4.3 数字基带信号的功率谱,1、单极性信号功率谱密度,三、基带信号的功率谱密度举例,假定g1(t)=0，g2(t)=g(t)，P=1/2,2、双极性信号功率谱密度,假定g1(t)=-g2(t)=g(t),5/24/2019,21,4.3 数字基带信号的功率谱,三、基带信号的功率谱密度举例,【例4.3-1】设某二进制数字基带信号的基本脉冲为三角形脉冲，如图所示。图中Ts 为码元间隔，数字信息“1” 和“0 ”分别用g ( t )的有无表示，且“1 ”和“0”出现的概率相等： ( 1 )求该数字基带信号的功率谱密度，并画出功率谱密度图； ( 2 )能否从该数字基带信号中提
14、取码元同步所需的频率 的分量？若能，试计算该分量的功率。,5/24/2019,22,一. 基带传输系统的组成:,把数据脉冲序列基带信号,限制信号的频带,噪声n(t),接收传输的信号限制带外噪声,把带有噪声的数据波形恢复成标准的基带信号,D T E,D T E,信道 C(w),接受滤波 器GR(w),发送滤波 器GT(w),抽样 判决,d(t),an,y(t),CP,4.4 数字基带传输系统与码间干扰,本节主要解决两个问题： 基带信号的传输过程; (2) 码间干扰的概念及产生机理。,二、基带信号的传输过程,1、传输系统各点波形,2、数学分析,5/24/2019,23,4.4 数字基带传输系统与码
15、间干扰,2、数学分析,信号,码间干扰,噪声,返回,5/24/2019,24,传输系统各点波形：,返回,DTE输出：,输入滤波器输出：,接收滤波器输出：,CP同步脉冲：,抽样判决输出：,5/24/2019,25,4.4 数字基带传输系统与码间干扰,2、码间干扰示意图：,三. 码间干扰ISI(Inter System Interference)的概念:,1、码间干扰：由于系统信道带宽的限制，码脉冲在传输中引起了变形，使前后码元之间造成干扰,3、判决规则：先确定判决门限为Vo 当y(jTsto)Vo时，则判aK 为“1” 当y(jTsto)Vo时，则判aK 为“0” 当码间干扰和噪声都较大时,就可能
16、将“1“错判为“0“或将“0“错判为“1“。,5/24/2019,26,5/24/2019,27,5/24/2019,28,5/24/2019,29,1. 理想低通滤波特性,三、两种无码间干扰基带传输系统,基带系统的传输带宽B 1/2Ts (Hz)；传码率RB 1/Ts (波特) ；频带利用率2(Baud/Hz),结论：能够实现无码间干扰，且能够达到性能极限。 缺点：系统响应h(t)有“拖尾”，衰减慢，定时有偏差即产生码间干扰。 H()特性实现困难。,其冲激响应：,5/24/2019,30,5/24/2019,31,【例4.5-1】某基带系统的传输函数是截止频率为1MHz 、幅度为1V 的理想低通滤 (1)试根据系统无码间干扰的时域条件求此基带系统无码间干扰的码元速率。
