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1、第五章第五章 数字基带传输系统数字基带传输系统电信工程学院电信工程学院数字通信与信息网络实验室数字通信与信息网络实验室刘刘 丹丹 谱谱62282289622822891若干基本概念若干基本概念n信息量：信息量：n符号传输速率：符号传输速率： Rs (Baud)n信息传输速率：信息传输速率：Rb (bit/s)Rb Rs log2 M (bit/s)Rs Rb /log2 M (baud)n 频带利用率：单位为频带利用率：单位为bit/s/Hz或或Baud/Hzn误符号率：误符号率：Ps n误比特率：误比特率：Pb2Shannon信道容量公式信道容量公式n带宽受限带宽受限B 和平均功率受限和平均
2、功率受限 S 的的条件下，独立的加性白条件下，独立的加性白高斯噪声信道高斯噪声信道(噪声功率为噪声功率为N)的信道容量的信道容量(极限传信率极限传信率) Shannon Shannon公式公式公式公式n目前尚无一个实际系统的传信率达到信道容量目前尚无一个实际系统的传信率达到信道容量.3基本的数字基带信号波形基本的数字基带信号波形 二进制单极性不归零二进制单极性不归零二进制单极性不归零二进制单极性不归零(NRZ)(NRZ)码码码码 二进制二进制二进制二进制双极性双极性双极性双极性不归零不归零不归零不归零(NRZ)(NRZ)码码码码 二进制单极性归零二进制单极性归零二进制单极性归零二进制单极性归零
3、(RZ)(RZ)码码码码 二进制二进制二进制二进制双极性双极性双极性双极性归零归零归零归零(RZ)(RZ)码码码码 差分码差分码差分码差分码 MM进制多电平码进制多电平码进制多电平码进制多电平码适于通过同轴电缆等在设备之间进行短距离传输适于通过同轴电缆等在设备之间进行短距离传输4数字脉冲幅度调制数字脉冲幅度调制(PAM)MPAM信号信号(矩形、升余弦、高斯、半余弦脉冲矩形、升余弦、高斯、半余弦脉冲)随机序列随机序列码型码型码型码型编码编码编码编码发送发送发送发送滤波器滤波器滤波器滤波器二进制信息序列二进制信息序列M进制幅度序列进制幅度序列 M进制数字脉冲幅度调制进制数字脉冲幅度调制(MPAM)
4、5数字数字PAM信号的功率谱密度信号的功率谱密度(1)6数字数字PAM信号的功率谱密度信号的功率谱密度(2)n连续谱：连续谱：n离散谱：离散谱：n特例：特例：结论：单极性码带有离散谱；归零码、不归零码占用的频带宽度不一样。结论：单极性码带有离散谱；归零码、不归零码占用的频带宽度不一样。7数字数字PAM信号的功率谱密度信号的功率谱密度(3)传输码传输码/线路码线路码/调制码：用于频谱成形的编码调制码：用于频谱成形的编码nAMI码：传号交替反转码码：传号交替反转码nHDB3码：三阶高密度双极性码码：三阶高密度双极性码 n数字双相码数字双相码(Manchester)：分相码：分相码n延迟调制码延迟调
5、制码nCMI码：传号反转码码：传号反转码nnBmB码码n4B/3T码码8通过通过AWGN信道传输的数字基带信号接收系统信道传输的数字基带信号接收系统n两种解调方案两种解调方案n低通滤波器低通滤波器(LPF)：带宽足够宽：带宽足够宽n匹配滤波器匹配滤波器nnw(t): 加性宽带白高斯噪声，均值为零，双边功率加性宽带白高斯噪声，均值为零，双边功率谱密度谱密度N0/2(W/Hz)9利用低通滤波的解调利用低通滤波的解调 若要保证相同性能，若要保证相同性能，r单极性单极性=2r双极性双极性。10利用匹配滤波器的最佳接收利用匹配滤波器的最佳接收n单极性不归零码：单极性不归零码： 每比特能量每比特能量n双极
6、性不归零码：双极性不归零码：11利用匹配滤波器的最佳接收利用匹配滤波器的最佳接收n理论信噪比：理论信噪比：n一种特定的分析参一种特定的分析参数，非实际信噪比数，非实际信噪比12无无ISI的时域条件的时域条件基带基带基带基带信道信道信道信道 发滤发滤发滤发滤波器波器波器波器收滤收滤收滤收滤波器波器波器波器抽样抽样抽样抽样判决判决判决判决定时提定时提定时提定时提取取取取+ +13无无ISI的频域条件的频域条件 Nyquist第一准则第一准则0014理想低通型无理想低通型无ISI波形波形 奈奎斯特带宽奈奎斯特带宽 奈奎斯特速率奈奎斯特速率结结论论：如如果果基基带带传传输输系系统统具具有有理理想想的的
7、低低通通滤滤波波器器特特性性，最最高高截截止止频频率率为为W(Hz)，则该系统无符号间干扰的最高传输速率是，则该系统无符号间干扰的最高传输速率是2W波特。波特。理想理想极限极限15升余弦滚降特性的无升余弦滚降特性的无ISI波形波形n带宽与速率的关系：带宽与速率的关系：n频带利用率频带利用率：16部分响应系统部分响应系统n理理想想低低通通系系统统的的频频带带利利用用率率高高，但但物物理理不不可可实实现现，且且系系统统时时域域响响应应衰衰减减慢慢(以以t 衰衰减减)，对对定定时时信信号号(抽抽样样信信号号)相位抖动敏感相位抖动敏感.n升升余余弦弦滚滚降降系系统统的的频频带带利利用用率率低低，但但物
8、物理理可可实实现现，对对定时信号相位抖动的要求不严格定时信号相位抖动的要求不严格.nNyquist第第2准准则则：引引入入一一定定的的、受受控控的的ISI(采采用用相相关关编编码码，在在前前后后符符号号之之间间引引入入相相关关性性，以以改改变变信信号号功功率率谱谱特特性性)，压压缩缩传传输输频频带带，可可达达到到2Baud/Hz的的理理论极限，同时降低对定时精度的要求。论极限，同时降低对定时精度的要求。n预编码预编码+相关编码相关编码+理想低通理想低通17第一类部分响应系统第一类部分响应系统n相关编码：相关编码：cn= an + an-1 (算术加算术加)18第四类部分响应系统第四类部分响应系
9、统n相关编码：相关编码：cn= an - an-2 (算术加算术加)19理想限带信道下的最佳基带传输理想限带信道下的最佳基带传输nAWGN和理想限带信道条件下的最佳基带传输和理想限带信道条件下的最佳基带传输系统的性能与系统的性能与AWGN条件下的匹配滤波最佳接条件下的匹配滤波最佳接收的性能相同收的性能相同n例例2PAM双极性不归零码双极性不归零码信道信道信道信道 发滤发滤发滤发滤波器波器波器波器收滤收滤收滤收滤波器波器波器波器抽样抽样抽样抽样判决判决判决判决定时定时定时定时提取提取提取提取20眼图模型眼图模型n眼图张开的大小反映眼图张开的大小反映ISI的强弱的强弱n最佳抽样时刻：最佳抽样时刻：
10、“眼睛眼睛”张开最大的时刻张开最大的时刻n对定时误差的灵敏度：斜边之斜率对定时误差的灵敏度：斜边之斜率n信号幅度畸变范围：阴影区的垂直高度信号幅度畸变范围：阴影区的垂直高度n过零点畸变：阴影区的水平宽度过零点畸变：阴影区的水平宽度n判决门限电平：中央横轴判决门限电平：中央横轴n噪声容限：抽样时刻眼睛张开高度之半噪声容限：抽样时刻眼睛张开高度之半最佳抽样时刻最佳抽样时刻最佳抽样时刻最佳抽样时刻对定时误对定时误对定时误对定时误差灵敏度差灵敏度差灵敏度差灵敏度幅度畸变幅度畸变幅度畸变幅度畸变过零点畸变过零点畸变过零点畸变过零点畸变判决门限判决门限判决门限判决门限噪声容限噪声容限噪声容限噪声容限21信
11、道的均衡信道的均衡n理理论论上上存存在在理理想想的的基基带带传传输输特特性性：已已知知C(f ),计计算算GT(f )，GR(f ) n实实际际中中，信信道道特特性性的的不不完完全全可可知知、时时变变及及设设计计误差均导致一定的误差均导致一定的ISIn均均衡衡：利利用用可可调调滤滤波波器器去去补补偿偿基基带带系系统统的的传传输输特特性性，使使包包括括可可调调滤滤波波器器在在内内的的基基带带系系统统的的总总传传输输特特性性满满足足实实际际性性能能的的要要求求。这这种种起起补补偿偿作作用的滤波器被称为均衡器。用的滤波器被称为均衡器。抽样抽样抽样抽样判决判决判决判决22线性均衡器线性均衡器n有限长横
12、向滤波器：有限长横向滤波器：抽样抽样抽样抽样判决判决判决判决23符号同步符号同步n符号同步符号同步/定时恢复定时恢复/时钟恢复：从接收信号中提取时时钟恢复：从接收信号中提取时钟，确定最佳抽样瞬时钟，确定最佳抽样瞬时 (保证收发时钟同保证收发时钟同频同相频同相)n系统提供系统提供主时钟，收发时钟均与其同步主时钟，收发时钟均与其同步n发送端发送时钟信号发送端发送时钟信号(或倍频或倍频)，窄带滤波器提取，窄带滤波器提取n自同步自同步:从接收的数字基带信号中提取从接收的数字基带信号中提取n线谱法线谱法n超前超前-滞后门同步器滞后门同步器24考考试和答疑和答疑n考考试n时间: 11月月26日日(周日周日)上午上午 8：30-10：30n地点地点n04109-10: 教教2-441n04111-12: 教教3-333n答疑答疑n11月月22日日(周三周三)上午三四上午三四节(教室教室)n11月月24日日(周五周五)下午下午2:004:00(明光楼明光楼811房房间)25
