《通信原理与应用 教学课件 ppt 作者 肖萍萍 金振坤 周一 第5章 数字基带传输》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理与应用 教学课件 ppt 作者 肖萍萍 金振坤 周一 第5章 数字基带传输（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5章 数字基带传输,51 数字基带传输系统的组成 52 传输线路码型 53 数字基带信号的功率谱密度 54 波形传输的无失真条件 55 部分响应基带传输系统 56 扰码与解扰码 57 眼图 5. 8 时域均衡,5.1 数字基带传输系统的组成,图 数字基带传输系统,（1）基带传输系统的输入是由终端设备或编码器产生的脉冲序列，往往不适合直接送到信道中传输。信道信号形成器的作用就是把原始基带信号变换成适合于信道传输的频带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决； （2）信道是允许基带信号通过的媒质； （3）接收滤波器的主要
2、作用是滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决； （4）抽样判决器是在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。,图 数字基带传输系统各点波形,对比图中波形可以看出，传输过程中第4个码元发生了误码。产生该误码的原因之一是信道加性噪声，之二是传输总特性（包括收、发滤波器和信道的特性）不理想引起的波形畸变，使码元之间相互串扰，从而产生码间串扰。,5.2 传输线路码型,对传输用的基带信号的主要要求有两点： （1）对各种码型的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型； （2）对所选码型的电波形要求，期
3、望电波形适宜于在信道中传输。 在选择传输码型时，主要考虑以下原则： （1）相应的基带信号无直流分量，且低频分量少； （2）便于从信号中提取定时信息； （3）信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰； （4）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化； （5）具有内在的检错能力，传输码型应具有一定规律性，以便利用这一规律 性进行宏观监测； （6）编译码设备要尽可能简单。,5.2.1 二元码,1单极性不归零码 不归零是指脉冲之间无空隙，即脉冲的宽度等于码元宽度，表示一个码元时，电压无需回到零，故称不归零码。 单极性： 脉冲的正、零电平分别对应于二进制代码1、0。 2双极性不归零码
4、双极性：脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码1、0。 3 单极性归零码 单极性归零码的特点是所用脉冲宽度比码元宽度Tb窄，每个电脉冲在小于码元长度内都要回到零电平，故称为归零码。脉冲宽度与码元宽度Tb之比 /Tb叫占空比q。 4双极性归零码 双极性归零码是双极性波形的归零形式，每个码元内的脉冲都回到零电平，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。,图 数字基带信号码型,5双相码 数字双相码又称曼彻斯特（Manchester）码，只有极性相反的两个电平。双相码用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。编码规则之一是：“0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10”两位码表示，例如
5、：,6CMI码 CMI 码称为传号反转码，与数字双相码类似，也是一种双极性二电平码。编码规则是：“1”码交替用“11”和“00”两位码表示；“0”码固定地用“01”表示。 7DMI码 DMI码是差分模式反转（Differential Model Inversion）码。其变换规则：对于输入二元码“0”，若前面变换码为“01”或“11”，DMI码为“01”；若前面变换码为“10”或“00”，DMI码为“10”。对于输入二元码“1”，则DMI码“00”和“11”交替变化。,8. 密勒（Miller）码 密勒码又称延迟调制码，它是双相码的一种变形。编码规则如下： “1”码用“10”或“01”表示。
6、“0”码分两种情形处理：对于单个“0”时，用“11”或“00”表示。要求在码元持续时间内不出现跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变；对于连“0”时，要求在两个“0”码的边界处出现跃变，即“00”与“11”交替。 代码： 1 1 0 1 0 0 1 0 Miller码： 10 01 11 10 00 11 10 00,1. mBnB码 分组码，把原信息码流的m位二进制作为一组，变换为 n位二进制码作为新码组。 光纤数字传输系统中，通常选择n=m+1, 如1B2B码、 5B6B码。 最简单的mBnB码是1B2B码，即曼彻斯特码，这就是把、 原码的“0”变换为“01”， 把“1”变换为“10”。,5.
7、2.2 二元分组码,为了提高线路编码性能，需要某种冗余来确保码型的同步和检错能力，而引入分组码可以在某种程度上达到这两个目的。,2. mB1C码 插入型分组码，在不改变每组时间宽带条件下，每组末尾插入该组内任一码元的补码，称为C码。 特点：码率为源码的(m+1)/m倍；插入最末码元为补码时，最长连“0”或“1”为m+1；可以检测1个相关码元的误码。,例如：,5.2.3 三元码 1 . AMI码 AMI码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息中的代码“0”（空号）和“1”（传号）按如下规则进行编码的码：代码“0”仍为0；代码“1”交替变换为+1、-1、+1、-1。,2. HDB3码（对AMI的改
8、进,解决了连“0”问题） 其编码规则如下： （1）检查信息码中“0”的个数。当连“0”个数不超过3时，仍按AMI码的规则编码，即传号极性交替； （2）当连“0”个数超过3时，将每4个连“0”化作一小节，定义为B00V，称为破坏节，其中V称为破坏脉冲，而B称为调节脉冲； （3）V码必须与前一个非“0”脉冲同极性（这破坏了极性交替的规则，所以V称为破坏脉冲），并且要求相邻的V码之间极性必须交替。V的取值为或； （4）B的取值可选、，以使V同时满足（3）中的两个要求； （5）V码后面的传号码极性也要交替。,例如： 其中的V脉冲和B脉冲与脉冲波形相同，用V和B符号表示的目的是为了示意该非“0”码是由原
9、信码的“0”变换而来的。,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。 译码步骤： 1.由两个相邻同极性码找到V码，即同极性码中后面那个码就是V码； 2. 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； 3. 再将剩下所有的-1、+1变成“1”后便得到原消息代码。,表 ITU-T推荐的数字复接等级和码型,5.2.4 各种传输码型在通信系统中的应用,5.3 数字基带信号的功率谱密度,研究数字基带信号的频谱分析是非常有用的，通过频谱分析可以使我们弄清楚信号传输中一些很重要的问题：信号中有没有直流成分、有没有可供提取同步信
10、号用的离散分量以及根据它的连续谱可以确定基带信号的带宽。 在通信中，除特殊情况（如测试信号）外，数字基带信号通常都是随机脉冲序列，对于随机脉冲序列，由于它是非确知信号，不能用付氏变换法确定其频谱，只能用统计的方法研究其功率谱。,1.数字基带信号的数学描述 设一个二进制的随机脉冲序列如图所示。这里g1(t)代表二进制 符号的“0”，g2(t)代表二进制符号的“1”，码元的间隔为Ts。应当 指出，g1(t)和g2(t)可以是任意的脉冲；图中所示只是一个实现。,图 基带随机脉冲序列及其分解波形,现假设随机脉冲序列在任一码元时间间隔Ts内g1(t)和g2(t) 出现的概率分别为P和1-P，且认为它们的
11、出现是统计独立的，则数字基带信号s(t)可由下式表示：,其中,由于任何波形均可分解为若干个波形的叠加，考虑到要了解基带信号中是否存在离散频谱分量以便提供同步信息，而周期信号的频谱是离散的，所以可以认为s(t)是由一个周期波形v(t)和一个随机交变波形u(t)叠加而成。 即,2. 数字基带信号的功率谱密度 （1）稳态项v(t)的功率谱密度PV(f) 稳态项v(t)是周期为Ts的周期函数，可将其展开成指数形式的傅里叶级数，求出其系数Fn ，然后求得v(t)的功率谱PV(f)。经分析可得：,式中,频域上一系列冲激信号的和，稳态项v(t)的功率谱是一系列的离散谱。,（2）交变项u(t)的功率谱密度Pu
12、(f) 由于u(t)是功率型的随机信号，因此求其功率谱密度Pu(f)时要采用截短函数的方法和求统计平均的方法。经过分析可得,u(t)的功率谱密度与g1(t)和g2(t)的频谱以及出现概率P有关，它是连续谱，由连续谱可以确定信号的带宽。,（3）随机基带序列s(t)的功率谱密度 由于s(t)=v(t)+u(t)，则将Pv(f)与Pu(f)相加，可得到随机序列s(t)的功率谱密度为:,连续谱,离散谱,上式是双边功率谱密度表示式。,第一项是交变项u(t)产生的连续谱，这一项总是存在，连续谱包含无穷多频率成份，主要关心其能量集中在哪一频率范围内，以便能确定带宽。 第二项是由v(t)稳态项产生的直流成分的
13、功率谱密度，不一定都存在直流成分，比如p =0.5的双极性码就没有直流成分。 第三项是由v(t)产生的离散频谱，用于同步，但对于p =0.5双极性码，这一项不存在（此时g1(t)=-g2(t)，即G1(f)=-G2(f)） 。,若用单边功率谱密度表示，则有,连续谱,直流成分,离散谱,1. 码间串扰 数字基带信号通过基带传输系统时，由于系统（主要是信道）传输特性不理想，或者由于信道中加性噪声的影响，使收端脉冲展宽，延伸到邻近码元中去，从而造成对邻近码元的干扰，我们将这种现象称为码间串扰。,图 基带传输中的码间串扰,5.4 波形传输的无失真条件,图 基带传输系统模型,2. 数字基带信号传输的定量分
14、析,输入信号bn一般认为是单极性二进制矩形脉冲序列；a（t）为对应的基带信号，,设发送滤波器的传输特性为T（），信道的传输函数为C（），接收滤波器 的传输函数为R（），则图所示的基带传输系统的总传输特性为：,其对应的单位冲激响应为,在a（t）的作用下，接收滤波器输出信号y（t）表示为：,其中，N（t）为加性噪声n（t）经过接收滤波器后输出的噪声。,抽样判决器对y(t)进行抽样判决。设对第k个码元进行抽样判决，设此时刻为kTs+t0（t0是信道和接收滤波器所造成的延迟）,把t=kTs+t0代入上式得:,第一项是第k个码元本身产生的所需抽样值； 第二项表示除第k个码元以外的其他码元产生的不需要的串
15、扰值，称为码间串扰。 第三项是第k个码元抽样判决时刻噪声的瞬时值，它是一个随机变量，也要影响第k个码元的正确判决。,抽样值,码间串扰,随机干扰,3. 无码间串扰的基带传输特性,若想消除码间串扰，应有 ：,需要对h(t)的波形提出要求，如果相邻码元的前一个码元的波形到达后一个码元抽样判决时刻时已经衰减到0，则这样的波形就能满足要求。但这样的波形不易实现，因为实际中的h(t)波形有很长的“拖尾”，也正是由于每个码元“拖尾”造成对相邻码元的串扰，但只要让它在t0+Ts，t0+2Ts等后面码元抽样判决时刻上正好为0，就能消除码间串扰。,图 消除码间串扰的原理,在假设信道和接收滤波器所造成的延迟t0=0
16、时，无码间串扰的基带系统冲激响应满足下式：,即h(t)的值除t=0时不为零外，在其他所有抽样点均为零。,因为 把上式的积分区间用角频率间隔2/Ts分割，则,寻求满足条件的系统传输特性H(),在无码间串扰时域条件的要求下，得到无码间串扰时的基带传输特性应满足：,或写成,奈奎斯特第一准则,图 频域物理含义,频域条件的物理含义如图，将H（）在轴上以2/Ts为间隔切开，然后分段 沿轴平移到（-/Ts，/Ts）区间内，将它们进行叠加，其结果应当为一常数。,4. 无码间串扰传输特性的设计 符合奈奎斯特第一准则的、最简单的传输特性是理想低通滤波器的传输特性，其传输函数为：,其对应的冲激响应为,图 理想低通系统,截止频率（奈奎斯特带宽）：BN =1/(2 Ts) 奈奎斯特间隔：系统传输无码间串扰的
