数字通信原理

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1、数 字 通 信 原 理第四章 数字信号的基带传输 本章要点：数字传输的基带理论PCM信号的再生中继及传输性能分析传输码型设计原则及常用码型差错控制编码的控制方式和原理兴逼奎帧葵傍唱绽蜒娜饥暂获甲闻静癸慢涟幢匝嘉酣赐愧缝蛇混牌从势埂数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理基带传输：基带是指未经调制变换的信号所占的频带基带信号是指高限频率与低限频率之比远大于1的信号基带传输是指不搬移基带信号频谱的传输方式。上通帐持元住率蕴痔靖召霹厄麦距绍烤稽痉才潞熙棺弥囊坡膨长朱驭壮父数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理基带传

2、输系统定义：不使用调制和解调装置而直接传送基带信号的系统基本结构：信道信号形成器信道接收滤波器抽样判决器干扰基带脉冲基带脉冲输入输出团姓懈呆绪滨焰阅袁蒲撵磕苹链想挥剁型剂杆畔靳芦烬岩燕暗蛆吧仔婿矗数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理码型编码：将信源或信源编码输出的码型（通常为单极 性不归零码NRZ）变为适合于信道传输的码 型。发滤波器：将m(t)变为适合于信道传输的波形，如将 m(t)中的高频成分滤掉，限制进入信道信号 的带宽。 收滤波器：与发滤波器、信道相配合，使进入抽样判 决器的信号无码间串扰，滤除带外噪声。位同步器：提取位同步信号，cp(t)

3、的频率等于码速率， 上升沿与r(t)中信号的最大值对齐。抽样判决器：再生数字基带信号m3(t) ，一般为NRZ码， 可能有误码。 码型译码：使输出码型符合收终端的要求。 牢紧耪蛔项井记迂呵缅帮或盂玫诬渭异册毯避佑荒澈蚜岸袍矾必柑镑厂挟数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理误码原因：1）码间串扰 2）噪声3）位同步信号相位抖动 等 Ts市10011Em(t)m (t)m1 (t)m2 (t)r (t)cp (t)m3 (t)码间串扰m(t)r(t)cp(t)宝谎匠育攫淹捧腺檄秆朝斥瓮酶含祈汰剑准绊街沽颊苯似殆医掺肿悟誊谈数字通信原理数字通信原理7/24

4、/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理数字基带信号就是消息代码的电波形以由矩形脉冲组成的基带信号为例，介绍几种最基本的基带信号波形：单极性波形基带信号的零电位及正电位分别与二进制符号0及1一一对应特点：在一个码元时间内，不是有电压，就是无电压；电脉冲之间无间隔；极性单一侣犬爹充傈厢臆套旷绢臣逞构爸件栏残馏掷乐榴照财肪沉狮雅侗邯贼找壳数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理双极性波形基带信号的正、负电位分别与二进制符号0、 1一一对应特点：电脉冲之间也无间隔；当0、1符号等可能出现时，它将无直流成分。单极性归零波形单极性波形的归零形式电脉冲宽

5、度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电位双极性归零波形双极性波形的归零形式对应每一符号都有零电位的间隙产生，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔圃闪奉圈玛糠接琉测曼祭哭胶锐劣肾掠紫物椿挖圈昨彦失蟹踩扯饵傍疯渗数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理差分波形/相对码波形把信息符号0和1反映在相邻码元的相对变化上的波形特点：在形式上与单极性或双极性波形相同；但它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多值波形（多电平波形）多于一个二进制符号对应一个脉冲的波形由于一个脉冲可以代表多个二进制符号，故在高速率数据传输系统中，采用这种信号形式

6、是适宜的滴戊砒扯撇衡汤噬刘嘎唐薛凌倦殉雏纵匝叮峰自黍镀捻甲媒坪哥摄娟苹磕数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理基带信号的表示：实际上，组成基带信号的单个码元波形并非一定是矩形的根据实际的需要，还可有多种多样的波形形式，比如升余弦脉冲、高斯形脉冲、半余弦脉冲等等这说明，信息符号并不是与唯一的基带波形相对应。醇踏廉喝掏井妄婴赫霉涕裤掳沂是躲芳误送堪姬签鸳斑欣拧协世印乒侯谓数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理几几种种常常见见二二元元码码歼质涪娟毒周肪衅档煽盈驭热纵蝇油技戏粗领宙严钉蹲繁处甘蜡熙徐贬婴数字通信原理

7、数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理1B2B1B2B码码唬吻歧任蹬堆枣看帘乞鬃智彩睬飘淬隐不熊网陷型嫡椎酚劣拆亨沉浆顺轧数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理AMIAMI与与HDB3HDB3码码惶树霜离淋猜型恍嘛涪套伞湍杆悔官填愤缨弄递呈霄屹诧蜀遵汇艳肪欲念数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理HDB3码编码步骤如下。 取代变换：将信码中4个连0码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻的V码中间有奇数个1码时用000V代替4个连0码，有偶数个1码时用B00V代替4个连0

8、码。信息代码中的其它码保持不变。 加符号：对中得到的1码、破坏码V及平衡码B加符号。原则是，V码的符号与前面第一个非0码的符号相同，1码及B码的符号与前面第一个非0码的符号相反。 AMI码波形及HDB3码波形都无直流且低频分量微弱，比较适合于基带信道传输。AMI码信号的正负电平交替出现、HDB3码信号中连0电平数最多为3，若接收信号破坏了上述规则说明传输过程中出现误码，因此这两种码型具有自检错能力。HDB3码连0个数最多为3，这对位定时信号的提取十分有利。四次群以下的A律PCM终端设备的接口码型均为HDB3码。 柯电际歼扇衬岁栖放艰矾悬悟猴咎伙购肯励爸涸映庐谗敞甩钙煞虐浊锻急数字通信原理数字通

9、信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理码间串扰码间串扰1t/sd(t)m(t)r(t)Ts(t)r(kTs)Ts(t)m(t)无码间串扰有码间串扰00001刻升悔扰猾应贸诡馁克掌身盼迅佣副祷簿霍继够乞岸观缆谢痞育秧码蚊摩数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理理想低通系统理想低通系统鱼猿调期圾高谚辖旱岩柳权困绿烈蓑闲志迹孟谐拜训定隘旁劈牲答熄漏风数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理 理理想想低低通通频频率率特特性性无码间串扰的最大码速率为 当 时，无ISI。当 RBt)敖桶匪赂汐挞

10、税烹憎匹祝欢逝胆券沟骤慰蚊咙忙视会镁绊缘摆滁毕碾寂绍数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理Ce1dmin(a)1tC1C2tdmin(b)C1C2tedmint(c)酉兵来庇秘气炬拯禹察骸嘎岁还臆湿立赎烧皂厦颓帛然乓有筋框会痕蚤蜀数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理线性分组码线性分组码定义：是指信息码元与监督码元间为线性关系的一种差错控制码记为（n,k), 其中n为码长，k为信息位长汉明码：设计用来纠正一位错码的线性分组码。若监督位有r位，则码长n=2r-1。编码效率较高：R=k/n=(2r-1-r)/(

11、 2r-1)=1-r/( 2r-1) 账穆嘲嚼苑濒混灰发塘童钨呻柠蓟浴梭纶筛概氛签舷俏垮留部措缩碳拭佰数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理举例：构造一（n，k)分组码，k=4并能纠正一位错码欲纠正一位错码，由（2）式知r 3。取r=3，则n=k+r=7设7位码元为：a6a5 a0；三个伴随式：S1、S2、S3；则可规定S1S2S3的八种组合与一位错码的对应关系如下（也可规定为另一种对应关系）：舰非结峪欣挡漆挟福亲癣置吾甄坯皖劈侮疾垛蜒充辐哈匙耻鲜峡差奢苇栗数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理从上表可见：

12、当一位错码发生在a2、a4、a5或a6上时，S1为1；否则为0。即 a2、a4、a5和a6构成偶监督关系： S1= a2+a4+a5+a6同理，a1、a3、a5和a6构成偶监督关系： S2= a1+a3+a5+a6 a0、a3、a4和a6构成偶监督关系： S3= a0+a3+a5+a6 发端编码的原则：信息码元a6 、a5 、a4、a3来源于待编码的信息序列；监督码元 a2 、a1、 a0的取值应根据信息码元按监督关系式来决定，即使上面三式中的S1、 S2 、S3均为0： a2+a4+a5+a6=0 a1+a3+a5+a6=0 （3） a0+a3+a5+a6=0瓤勺眨眩音途斩凤蛮竖雪豹飞掏叛珍

13、床瘩晦波挺析掏匡身奉盟惭挥啃悸寐数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理进一步推导得： a2=a4+a5+a6 a1=a3+a5+a6 （ 4） a0=a3+a5+a6于是，给定信息位后，根据上式算出各监督位，于是该编码的所有码组如下表：症告蠢烹幼戈棘冷濒彦极惯第歧赫闻迫轴狠探浩挣够钒掂氯蔫别卧刃戊目数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理蓄铬朵缕队馒读鲤狼荣陈翼揩凿钡盘盂橙布灼甫狐华松甸沉拂杆制磨绣窥数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理卷积码卷积码基本概念几点说明

14、：又名连环码，是一种非分组码与分组码相比，在同等码率和相似的纠错能力下，卷积码的实现往往更简单卷积码主要应用于FEC数据通信系统中基本原理：在任何一段规定时间里编码器产生的n个码元，不仅取决于这段时间中的k个信息码元,而且还取决于前N-1段规定时间内的信息码元，编码过程中相互关联的码元为Nn个。N段时间内的码元数目Nn称为卷积码的约束长度。记作(n，k，N)，编码效率R=k/n。剥苍湖维莱骏初募廖枪挡机寇锣嚣任私纸杯懂做政疟睛拥瓤惮许酞第莫酵数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理举例说明：编码：输入信息码位一方面直接输出，另一方面可暂存在移位器中。每

15、当输入编码一个信息位，就立即计算出一监督位，并且此监督位紧跟此信息位之后发送出去。D1D2+mcmici卷积码输出mi信息码输入简单 (2,1,2)卷积码编码器tm1m2m3m4tm1c1m2c2m3c3m4c4酋倦缘菇妓喊夯赖磺现郊秸冒曲滓若忍垒兄掂志扳肄剖锁将奸祷旗艰山肩数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理编码器工作过程：移位寄存器按信息位的节拍工作，输入一位信息，电子开关倒换一次，即前半拍（半个输入码元宽）接通m端，后半拍接通c端。编码公式：c1=0+m1 c2=m1+m2 c3=m2+m3 ci=mi-1+mi可见：卷积码结构为：“信息码元

16、、监督码元、信息码元、监督码元、 ”。一个信息码元和一个监督码元组成一组，但每组中的监督码元除与本组信息码元有关外，还跟上一组信息码元有关。 衙烹诣楞华洽晦孙拳亥秆起辑场耗编追蚁磋区跑训翻遵赐缎焙趴镶缅势瘤数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理译码： 1D2D1+信息码输出卷积码输入+D3+Smc3c简单 (2,1,2)卷积码译码器谗保洗甜趴呢寺什挡屿赣射陀巳获涵拂蹈袋歹谓皱硒墒奔峭妮擞痪桓募漆数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理解码器工作过程：解码器输入端的电子开关按节拍把信息码元与监督码元分接到m端与

17、c端；3个移位寄存器的节拍比码序列节拍低一倍，其中移位寄存器D1，D2在信息码元到达时移位，监督码元到达期间保持原状；而移位寄存器D3在监督码元到达时移位，信息码元到达期间保持原状；移位寄存器D1，D2和模2加法器1构成与发端一样的编码器，它从接收到的信息序列中计算出对应的监督序列来；模2加法器2把计算出的监督序列与接收到的监督序列进行比较：两者相同，输出“0”；两者不同，输出“1”，显然此时，必定出现了差错。 如果有差错，则要确定差错位置并纠错。 蕊烁生脏苛撵躺敬物剁刚浦胚陇弊难航疑狂烟囱阑段唱摈项瓜笑滑帖尿身数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理

18、 本本 章章 小小 结结 数字信号传输方式按它是否需要载波可分为：数字信号基带传输和数字频带传输。由于可以把对载波进行调制的调制器和从载波中将信号解调出来的解调器划归广义信道，因此，许多数字信号传输的共性问题均可划归数字信号基带传输中讨论，由此而得出的结论具有通用性。才黎盖嘲楚宾契蛛痈魁弘稍冠蛛笋刻秃拭朋观溉啃情制叫竟宰拦务馁禄玫数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理 在数字通信系统中，对均衡波形为什么要采用时域分析方法？均衡波形为什么不需要与发送的脉冲波形完全相同？均衡波形确定后，如何确定均放特性？ 带限传输对波形有没有影响？码间干扰是怎样形成的？说明脉冲抖动对PCM通信的影响，抖动信噪比与什么有关?思考题瑶徘迄恤邹舍豆捆屏碍相魂庙倒遏址迂涟轴浓初延耀寓梯刊倚鞍嚏早姓桐数字通信原理数字通信原理7/24/2024电信学院通信教研室