5.1 引言,5.2 数字基带信号及其频谱特性,5.3 基带传输的常用码型,5.4 基带脉冲传输与码间干扰,5.5 无码间干扰的基带传输特性,5.6 部分响应系统,5.7 无码间干扰基带系统的抗噪声性能,5.9 时 域 均 衡,第 五 章 数 字 基 带 传 输 系 统,5.1 引 言,基带信号定义：未经调制处理的数字信号,基带系统的任务：将原始基带信号变换成有效的信道基带信号，完成无失真传输信道信号形成器,接收滤波器,抽样判决器,,,,,信 道,原生基带脉冲,,再生基带脉冲,,基带系统框图：,5.2 数字基带信号及其频谱特性,5.2.1 基带信号波形,5.2.2 基带信号表达式,5.2.3 基带信号频谱,5.2.1 基带信号波形 （电气特征）,,单极性非归零,单极性归零,双极性非归零,双极性归零,：码元宽度,,特征：非归零和归零信号的码元宽度相同，但占空比τ不同，导致信号频谱不同原始波形,差分波形,差分波形 每个码元的电平不由自身状态决定，而与相邻码元电平值有关 规则： “1” --- 相邻码元电平值 跳变 “0” --- 相邻码元电平值 保持,多值波形,0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1,,,,,,,异或,,,,,保持,,5.2.2 基带信号的数学表达式,由于二进制数字基带信号是随机脉冲信号，且码元波形可任意，需采用随机信号分析法。
设 码元宽度为Ts ，则基带信号 S( t ) 可表示成,,,以概率 p，1码,以概率 （1-p），0码,其中：,,,0,t,0 1 0 0 1,,,T = (2N+1)Ts N 足够大,5.2.3 基带信号的频谱,随机序列的谱分析 法一：由随机过程的相关函数着手，得功率谱 法二：用脉冲出现概率描述∵ 基带信号,取,随机过程的数字特征,法二：,∴,令 ST ( t ) = 稳态波 ＋ 交变波 （等效为广义直流和交流） = vT ( t ) + uT ( t ),∴ vT ( t ) 是 ST ( t ) 的统计平均分量,= an[ g1 ( t-nTs) - g2( t-nTs ) ],∴ 对ST ( t )的谱分析又转化为对 vT ( t ) , uT ( t )的谱分析结论：,,又∵ v( t ) = v( t+Ts ) 是周期信号,由傅氏变换,其中,v ( t ) 的功率谱,因为周期信号对应离散谱，根据频移特性,∵,为离散谱,幅度谱,功率谱,结论1：,u ( t ) 的功率谱,②代入①,①,②,时移特性,又∵ | UT ( f ) |2 = UT ( f ) · UT*( f ),③,E [ an2] = p(1 - p) 2 + ( 1 – p )p 2 = p( 1 – p ) 代入③得,当 m = n 时,当 m≠n 时,E [ am an ] = p2 (1- p2 ) + (1- p)2 p2 + 2 p (1- p) (- p ) (1- p) = 0,讨论 E(aman),∴ PUT ( f ) = E [ |UT ( f )|2 ] 截短交变的功率谱,为连续谱,交变波的功率谱与g1(t),g2(t)的频谱出现概率有关，是连续谱。
稳态波的功率谱与g1(t),g2(t)的频谱出现概率有关，是离散谱特征：,结论2：,T = (2N+1)Ts N 足够大,∵ ST ( t ) = vT ( t ) + uT ( t ),∴ Ps(ω) = Pv(ω) + Pu(ω),单边谱：,S( t ) 的功率谱,双边谱：,Sa (πm fsTs ) 在 f = m fs 处为零点( m≠0 ),∵ g1( t ) = 0 g2( t ) = g( t ) ∴ G 1( f ) = 0 G 2( f ) = G( f ) g( t ),设 g( t ) 为矩形脉冲，且 p = 1/ 2 ∴ G( f ) = Ts Sa (π f Ts ),单极性非归零信号功率谱,特征：包含离散谱和连续谱,令 g1( t ) = - g2( t ) = g( t ) 双极性矩形脉冲,结论：随机脉冲序列的功率谱包括:1）连续谱Pu( f ) 2）离散谱Pv( f ) 无论 g1( t ) 与 g2( t ) 的形式， Pu( f ) 总是存在 ( ∵G1( f )≠G2 ( f ) ) 当g1(t)与g2(t)为双极性脉冲时 Pv( f ) = 0 ( p = 1/2 ),双极性非归零信号功率谱,特征：只有连续谱,同步定时,5.3 基带传输的常用码型,传输码的功率谱结构特性：,2、便于提取定时时钟 以便接收机实现同步控制,1、无直流、很少的低频分量和高频分量 1） 以便实现远端供电 2） 信道为低频型带通,3、不受信息源统计特性的影响,4、易于实现,5、具有一定的检错能力,不同的码型具有不同的功率谱结构，须根据信道的传输特性来选择,密勒码（Miller）,AMI码,HDB3码,PST码,CMI码,曼彻斯特码（Manchester）,AMI 码：传号交替反转码,规则： 代码 “1”（传号） ---- 传输码 交替为 “+1”、“-1” “0”（空号） ---- 传输码 “0”,例：消息代码： 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 AMI 码： +1 0 0 –1 +1 0 0 0 –1 +1,特点：,1）无直流分量，低频成分很小。
2）当出现长串连 “0” 时，提取定时时钟困难AMI 波形,代码 波形,3）三进制码，实现简单,HDB3 码：三阶高密度双极性码（改进的 AMI 码）,规则：代码 “1”（传号）--- 传输码 交替为“+1”、“-1” “0”（空号）--- 传输码 “0” ；破坏点V 处为“+1” 或 “-1”,破坏点 V 的规则：1）每 4 个连 “0” 小段的第4 位是破坏点 V 2） V 的极性与连 “0” 串前的非 0 符号的极性相同 3） +V、- V 交替出现 当相邻 V 符号之间有偶数个非 0 符号时，必须将后面连 “0” 小段 的第一位换成 B ，B 符号的极性与相邻前一非 0 符号的极性相反，后V 的极性同 B ， V 后面的非 0 符号极性从 V 开始调整例,AMI 波形,代码波形,HDB3 波形,特点：,1）每一个破坏点V 的极性总是与前一个非 0 符号的极性相同B 也视为非 0 符号2）只要找到破坏点V ，就可判断其前面必为3 个连 0 符号。
3）利于提取定时时钟PST 码： 成对选择三进码,规则：,1）将二进制代码分组，2 个码元为一组，共 4 种状态 2）每组用选定的两位三进制数字表示 （三进制数字为 +、-、0 ，两两组合共 9 种状态， 选其中4 种有电位变化的状态 ）,例：,代码 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0,＋ 模式 0 + - + + - - 0 + 0 + - - +,－ 模式 0 - - + + - + 0 – 0 + - - +,＋、－ 模式交替使用以使直流分量为0特点：,1）无直流分量，提供定时时钟,2）需建立帧同步，以提供分组信息,曼彻斯特码：双向码 （Manchester）,,例：,消息代码 1 1 0 0 1 0,双向码 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1,特点： 1） 提供定时分量 2） 只有两个电平值 3） 码元宽度压缩一倍，信号带宽增加一倍 4）代码的中点出现跳变,规则： 代码 “1”（传号）---- 传输码 “10” “0”（空号）---- 传输码 “01”,密勒码：（Miller）延迟调制码。
双向码的变形规则：代码 “1”（传号）---- 传输码 “10” 或 “01” “0”（空号）---- 传输码 “00” 或 “11”,说明：1）代码 “1” 对应的传输码中点出现跳变， 要求连续“1”之间不出现跳变 2）代码 “0”对应的传输码中点不出现跳变，因而要求连续“0”之间出现跳变 3）代码 “1” 与代码 “0”之间不跳变,特点： 1） 提供定时分量 2） 码元宽度比双向码大，信号带宽降低,例,,,,代码波形,双向码波形,密勒码波形,例：,,,,,必跳,必不跳,,10---101---0,,例：消息代码 1 1 0 1 0 0 1 0,CMI 码 11 00 01 11 01 01 00 01,特点：定时信息丰富（电平跳变点多）,该码被推荐为PCM 四次群的接口码型CMI 码： 传号反转码,规则：代码 “1”（传号）---- 传输码 “11” 或 “00” “0”（空号）---- 传输码 “01”,说明：代码 “1” 对应的传输码 “11” 、 “00”交替出现,5.4 基带脉冲传输与码间干扰,5.4.1 基带脉冲传输特点,5.4.2 定量分析,5.4.1 基带脉冲传输特点,,发送端：形成原生基带信号并将其送入信道。
接收端：为抑制噪声，加接收滤波器，并用判决识别电路从接收信号中获得再生基带信号原生基带信号与再生基带信号之间不可避免地存在差异,存在差异的原因：1）系统传输性能不理想 2）加性噪声影响 3）抽样点偏离（同步性能不好引起）,系统传输性能不理想引入的差异称为码间干扰,5.4.2 定量分析,设 发送｛an｝为冲激符号序列,令 h( t ) H(ω)= GT(ω) C(ω) GR(ω) 基带传输特性,Ts ：码元宽度,∴,= ak h( 0 ) + an h( kTs-nTs ) + nR( kTs ),∴ r( kTs ) = an h( kTs –nTs ) + nR( kTs ),,5.5 无码间干扰的基带传输特性,5.5.1 H(ω) 的特性,5.5.3 实际 H(ω),5.5.2 奈奎斯特第一准则,1 k = 00 其它,5.5.1 H(ω) 的特性,r ( t ),{ an′ },{ an},r ( t ) = d( t ) ⊗ h( t ),= ak h( 0 ) + an h[( k-n)Ts ],∴ r ( kTs ) = an h( kTs –nTs ),。