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1、1,第5章 数字信号基带传输系统,2,基带传输系统,3,内 容,5.1 概 述 5.2 数字基带信号常用码型 5.3 数字基带脉冲序列的功率谱 5.4 数字基带传输中的码间串扰 5.5 无码间串扰基带传输系统 5.6 噪声对传输性能的影响 5.7 眼 图 5.8 时 域 均 衡 5.9 部分响应系统,4,数字基带信号 数字基带传输和数字频带传输 基带传输系统,5.1 概 述,5,一、数字基带信号,来自数据终端的原始数据信号，或者模拟信号经数字化处理后的数字信号 频谱都是从零频或零频附近开始 ，其功率主要集中在一个有限的频带范围内,6,基带传输 频带传输,不经过调制直接进行数字信号的传输称为数字
2、信号的基带传输。 数字基带信号含有大量的低频分量以及直流分量。,二、数字基带传输和数字频带传输,7,基带传输 频带传输,经过调制，利用载波传输调制后的频带信号的传输方式称为数字信号的频带传输。,二、数字基带传输和数字频带传输,8,恢复原来基带信号,三、基带传输系统,将原始二进制序列变换成比较适合信道传输的码型，并提供同步定时信息,将输入的矩形脉冲变换成适合信道传输的波形,常为有线信道 会引入噪声,滤除带外噪声，对信道特性进行均衡,9,5.2 数字基带信号常用码型,一、数字基带信号码型设计原则,码型中低频、高频分量尽量少。 码型中应包含定时信息，以便定时提取。 码型变换设备要简单可靠。 码型具有
3、一定检错能力，若传输码型有一定的规律性，就可根据这一规律性来检测传输质量，以便做到自动检测。 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。 低误码增殖，误码增殖是指单个数字传输错误在接收端解码时，造成错误码元的平均个数增加。从传输质量要求出发，希望它越小越好。 高的编码效率,10,二、数字基带信号常用码型,图5-3 数字基带信号的常用码型,单极性NRZ,双极性NRZ,单极性RZ,双极性RZ,差 分 码,11,二、数字基带信号常用码型,AMI码,HDB3码,用“000V”或“B00V”代替“四连0” B码和V码各自都应始终保持
4、极性交替变化的规律，以便确保输出码中没有直流成分。 V码必须与前一个信码同极性，以便和正常的AMI码区分开来。,HDB3码编码规则：,12,PST码编码规则：,二、数字基带信号常用码型,PST码编码举例：,13,CMI 码,密勒码,双相码,二、数字基带信号常用码型,DMI 码,多进制码,14,5.3 数字基带脉冲序列的功率谱,一、数字基带信号的功率谱密度,数字基带信号的表示,其中：,其中：,15,v(t)的功率谱密度,一、数字基带信号的功率谱密度,16,u(t)的功率谱密度,一、数字基带信号的功率谱密度,17,s(t)的功率谱密度,一、数字基带信号的功率谱密度,单边带,双边带,18,二、功率谱
5、密度计算举例,1单极性不归零码,当P=0.5时,19,二、功率谱密度计算举例,2单极性归零码,当P=0.5时,m为奇数：,m= 0：,m为偶数：,有直流,有离散谱,无离散谱,20,二、功率谱密度计算举例,3双极性码,不归零时：,归零时：,无直流 无离散谱,21,5.4 数字基带传输中的码间串扰,一、码间串扰的概念,22,二、码间串扰的数学分析,其中：,可得：,23,二、码间串扰的数学分析,第j个 码元的值,其他码元值 总和码间干扰,噪 声,24,三、码间串扰的消除,要消除码间串扰,求和凑零 无法实现,波形截断 困 难,抽样点 为 零,25,实验安排：,周一晚上 6：30 周三下午 6、7节 周
6、三下午 8、9节,26,5.5 无码间串扰基带传输系统,一、无码间串扰基带传输系统的要求,两条要求,抽样点上无码间串扰,或,h(t)尾部衰减快,27,二、理想基带传输系统,T为码元持续时间,T为码元持续时间,28,二、理想基带传输系统,h(t)的零点间隔等于T，在理论上，可以用持续时间为T 的码元进行传输而无码间串扰。,传输带宽： B =1/(2T ) Hz 传输速率: RS =(1/T ) 波特 速率带宽比: RS /B2 Baud/Hz,29,理想低通滤波器在实际中是不可能存在的 why?,三、无码间串扰的等效特性,思考：什么样的滤波器可以满足无串绕 要求，而且又能实现呢？,频域上无法实现
7、矩形幅度特性滤波器。 即使能实现，也要求有一个非常精确的抽样 点，如果稍微偏离，码间干扰将急剧增加。,答案：就是一些有过渡特性的滤波器。,30,三、无码间串扰的等效特性,奈奎斯特1928年给出了一条解决途径，他证明了为得到无码间串扰的传输特性，系统传输函数不必为矩形，而容许是具有缓慢下降边沿的任何形状。,称为奈奎斯特准则。,要求：,即：,在（ ， ）区间内能叠加成一个矩形频率特性，,31,四、升余弦滚降传输特性,滚降系数：,升余弦滚降：,32,四、升余弦滚降传输特性,33,【例5-1】,某基带系统的频率特性是截止频率为1MHz、幅度为1的理想低通滤波器。 求此基带系统无码间串扰的码速率。 设此
8、系统传输信息速率为3Mbps，能否无码间串扰传输？,（2）设传输M进制信号，则,（1）,34,【例5-2】,设某数字基带传输系统的传输特性如下,检验该系统能否实现无码间干扰传输？ 试求该系统的最大码元传输速率为多少？这时系统的频带利用率为多少？,可以,35,作业：（151）,2，3，5，7，10，11，13，15,36,5.6 噪声对传输性能的影响,设二进制信号波形为双极性:,一、发“0”码时判决器输入端信号x(t)分布,其中: 是零均值的高斯噪声，概率分布为：,37,二、发“1”码时判决器输入端信号x(t)分布,在发“0”码时误判为“1”码，P(1/0)；,误码的两种情况：,在发“1”码时误
9、判为“0”码，P(0/1) ；,38,三、误码率计算,39,四、单极性情况时的误码率,比较：,40,【例5-3】,某二进制数字基带系统所传送的是单极性基带信号，且数字信息“1”和“0”出现概率相等。,若数字信息为“1”时，接收滤波器输出信号在抽样判决时刻的值A=1V，且接收滤波器输出噪声是均值为0，均方根值为0.2V的高斯噪声，试求这时的误码率Pe 若要求误码率Pe不大于10-5，试确定A至少应该是多少？,41,5.7 眼 图,42,眼 图 模 型,最佳判决时刻,最佳判决门限电平,过零点失真,信号失真,斜率,噪声 容限,43,5.8 时 域 均 衡,一、概述,1、均衡器的用途 -减小码间串扰
10、2、均衡器的种类： 频域均衡器：使系统总传输特性满足奈奎斯特准则； 时域均衡器：横向滤波器。,44,二、时域均衡,1、概念,45,二、时域均衡,1、实现,可用矩阵形式表示为：,其中：,46,【例5-4】,47,5.9 部分响应系统,部分响应系统解决的问题： 理想矩形传输特性：最高频带利用率（带宽最小），但不能物理实现，输出波形“尾巴”振荡过大、过长； 滚降特性：可以实现，输出波形“尾巴”减小，但带宽增大，频带利用率降低了 部分响应特性：可以解决上述矛盾。,48,二、理想基带传输系统,T为码元持续时间,49,四、升余弦滚降传输特性,50,一、第I类部分响应系统原理,51,一、第I类部分响应系统原
11、理,由图可知：则在抽样时刻上会发生串扰，当前码元的样值将受到前一码元的相同幅度样值的串扰，但与其它码元间不发生串扰，,设输入的序列为,52,一、第I类部分响应系统原理,产生的问题：误码扩散,53,二、实用的第I类部分响应系统,预编码：,相关编码：,收端解码：,与 无关,54,二、实用的第I类部分响应系统,原理图：,组成框图：,55,三、部分响应的一般形式,无预编码,56,有预编码,三、部分响应的一般形式,57,小 结,1码型编码, 最基本二元码的数字基带波形 最基本的数字基带波形分别是单极性NRZ、双极性NRZ、单极性RZ、双极性RZ和差分码。单极性波形有直流，且接收端判决电平不固定，因而应用
12、受限。双极性波形等概时无直流，且接收端判决电平固定为零，因而应用广泛。与NRZ相比，RZ码波形的主要缺点是带宽大，主要优点是位与位之间易于分清，尤其是单极性RZ码波形存在fs离散分量，可用于位定时。差分码的特点是，即使接收端收到的码元极性与发送端完全相反，也能正确进行判决。, 常用的1B/1T码 常用的1B/1T码有AMI码、HDB3码、PST码，它们都是把1位二进制信码变换成1位三电平取值的码。这三种码型都有无直流的特点，而且同步信息丰富，但AMI的缺点是连“0”码过多时提取定时信息困难，HDB3码的缺点是编码比较复杂，而PST码的缺点是在识别时需要提供“分组”信息，即需要建立帧同步。, 常
13、用的1B2B码 常用的1B2B码有Manchester码、Miller码、CMI码、DMI码，它们都是把1位二进制码变换成2位二进制码。它们都有无直流、同步信息丰富等优点，但它们的缺点是码元传输速率增加一倍，因此所需信道带宽也要增大。, 多进制码 多进制码是用一个码元去代表一组二进制码，在码元速率相同，即其传输带宽相同的情况下，可提高信息传输速率,58,小 结,2基带信号功率谱,。,二进制基带信号功率谱包括连续谱和离散谱两部分：连续谱可用于决定带宽，离散谱用于查看是否存在直流和其他单频分量，尤其是位定时分量,3无码间干扰,时域条件,频域条件,三类系统：, 理想LPF系统 滚降系统 部分响应系统,59,小 结,4信道噪声的影响,单极性情况:,双极性情况:,
