数字信号的基带传输学习教案.pptx

会计学1数字信号的基带传输数字信号的基带传输(chun sh)第一页，共99页。2基本概念基本概念例例1 典型典型(dinxng)的数据通信方法：的数据通信方法：数字芯片数字芯片A向芯向芯片片B传送数据序列传送数据序列，0XF1，0X73，0XFF，数据线数据线位同步位同步(tngb)信号信号组同步组同步(tngb)信号信号F Frame rame S Synchronizationynchronization一、数据传输基本概念一、数据传输基本概念第1页/共99页第二页，共99页。3第2页/共99页第三页，共99页。4PAM（脉冲（脉冲(michng)幅度调制）：用幅度调制）：用0、1信息序列去改变脉信息序列去改变脉冲冲(michng)的幅度。的幅度。二元二元PAM信号信号(xnho)多元多元(du yun)PAM信号信号基本通信原理中基本通信原理中：主要关心的是信息数据代码的传送：主要关心的是信息数据代码的传送第3页/共99页第四页，共99页。5数据传输的几个基础数据传输的几个基础(jch)(jch)概念：概念：二进制序列（二进制序列（Binary sequenceBinary sequence）：取值为）：取值为0 0、1 1(2)(2)二元二元PAMPAM信号（信号（Binary PAM signalBinary PAM signal）：采用两种高度的）：采用两种高度的脉冲传信息。脉冲传信息。(3)(3)定时（定时（TimingTiming）：接收时对准相应）：接收时对准相应(xingyng)(xingyng)的脉冲，的脉冲，检测幅度。检测幅度。(4)(4)时隙（时隙（SlotSlot）：一个时隙一个数据位逐个进行。）：一个时隙一个数据位逐个进行。码元码元第4页/共99页第五页，共99页。6基本概念基本概念二、基带传输二、基带传输(chun sh)与频带传输与频带传输(chun sh)数字基带信号：未经调制的数字信号，它所占据的频谱是从零数字基带信号：未经调制的数字信号，它所占据的频谱是从零频或很低频率开始的。频或很低频率开始的。基带传输基带传输(chun sh)：将数字基带信号通过基带信道：将数字基带信号通过基带信道(传递传递函数为低通型函数为低通型)传输传输(chun sh)信号频谱不搬移，直接信号频谱不搬移，直接传送。传送。同轴电缆，双绞线同轴电缆，双绞线频带信号：数字基带信号经正弦波调制的带通信号频带信号：数字基带信号经正弦波调制的带通信号频带传输频带传输(chun sh)：将数字带通信号通过带通信道传输：将数字带通信号通过带通信道传输(chun sh)光纤光纤,无线无线第5页/共99页第六页，共99页。7基带和频带基带和频带基带和频带基带和频带(pndi)(pndi)传输模型传输模型传输模型传输模型数字信号码型生成器数字信道接收滤波器抽样判决器噪声数字基带传输模型数字基带传输模型数字基带信号调制信道接收滤波器噪声调制器解调器抽样判决器频带传输模型频带传输模型第6页/共99页第七页，共99页。8基本概念基本概念三、信号三、信号(xnho)通过系统通过系统1 1、系统、系统(xtng)(xtng)第7页/共99页第八页，共99页。91 1 1 1、系统、系统、系统、系统(xtng)(xtng)(xtng)(xtng)输入信号输入信号 系统系统 输出信号输出信号激激激激励励励励(j j l l)响响响响应应应应(x xi i n ng gy y n ng g)数学模型的时间表达式为：用频率表达式可以将系统对信号的作用描述为：系统的冲激响应系统的传输函数系统的传输函数第8页/共99页第九页，共99页。10基本概念基本概念三、信号三、信号(xnho)通过系统通过系统2 2、线性系统、线性系统线性系统是指系统模型(mxng)应具有齐次性和可叠加性。（1）齐次性（2）可叠加性第9页/共99页第十页，共99页。11 例2:设一系统(xtng)的输入输出关系为 y(t)=x2(t)，试判断系统(xtng)是否为线性？解:输入信号(xnho)x(t)产生的输出信号(xnho)为即改变输入信号(xnho)为 ax(t)，系统的输出信号(xnho)：不满足线性系统的齐次性，所以该系统是非线性系统。第10页/共99页第十一页，共99页。12基本概念基本概念二、信号通过二、信号通过(tnggu)系统系统3 3、无失真、无失真(sh zhn)(sh zhn)系系统统失真失真(sh zhn)信号不同频率的分量在通过系统时受到不同程度的衰减和延迟的影响，最终使到达接收端的信号与发送端送出的初始信号在波形上有所差异，把这种系统（或信道）导致的信号波形的变化称为失真。振幅失真：是信号各个频率分量的振幅值随频率发生了不同变化。是信号各个频率分量的振幅值随频率发生了不同变化。由传输设备和线路引起的衰损造成的由传输设备和线路引起的衰损造成的延迟失真：是信号各频率分量的传播速度不一致所造成的失真。是信号各频率分量的传播速度不一致所造成的失真。第11页/共99页第十二页，共99页。13基本概念基本概念三、信号三、信号(xnho)通过系统通过系统3 3、无失真、无失真(sh(sh zhn)zhn)系统系统 如果信号通过系统后各个(gg)频率分量的振幅和延迟改变都是相同的，则称信号不失真。能够使信号不失真的系统称为不失真系统。假定通过系统前的信号为假定通过系统前的信号为X(t)，通过系统后的信号为通过系统后的信号为Y(t)，不失真系统只能导致信号如下改变：第12页/共99页第十三页，共99页。14系统对信号系统对信号(xnho)(xnho)的作用如下：的作用如下：对上式两边进行(jnxng)傅立叶变换，可得：不失真系统信号输出：不失真系统信号输出：无失真无失真(sh zhn)系统的系统的传输函数传输函数无失真系统传输函数的幅度为一常量：无失真系统传输函数的幅度为一常量：输入信号输入信号 输出信号输出信号系统系统第13页/共99页第十四页，共99页。典型典型典型典型(dinxng)(dinxng)(dinxng)(dinxng)的无失真系统有：的无失真系统有：的无失真系统有：的无失真系统有：15 允许基带信号(xnho)通过的低通滤波器 允许频带信号(xnho)通过的带通滤波器（b）带通滤波器H()A00H()AB0（a）低通滤波器 第14页/共99页第十五页，共99页。16无失真无失真(sh zhn)(sh zhn)系统是否为线性系统？系统是否为线性系统？（1 1）是否）是否(sh fu)(sh fu)具有齐次性？具有齐次性？具有具有(jyu)齐次性齐次性（2 2）是否具有可叠加性？）是否具有可叠加性？具有可叠加性具有可叠加性无失真系统中的低通滤波器和带通滤波器，在它们的滤波范围内都是线性系统。所以无失真系统是线性系统。第15页/共99页第十六页，共99页。数字信号的基带传输数字信号的基带传输(chun sh)17在数字传输系统(xtng)中，模拟信号数字数字(shz)序列序列数字码形编码器数字信道数字信道1、依据什么标准来确定信号码型？2、采用基带传输还是频带传输？3、选择何种能够防止传输串扰的系统？传输后的信号不失真，衰减尽可能小问题：第16页/共99页第十七页，共99页。18主要主要(zhyo)(zhyo)内容内容一、数字一、数字(shz)(shz)基带信号的码型和波形基带信号的码型和波形二、数字基带信号二、数字基带信号(xnho)(xnho)的频谱特性的频谱特性三、基带脉冲传输与码间串扰三、基带脉冲传输与码间串扰第17页/共99页第十八页，共99页。一、数字一、数字(shz)基带信号的码型和基带信号的码型和波形波形19 数字基带信号是数字信息的电波形表示,可以用不同(b tn)的电平或脉冲来表示相应的代码。典型的基带信号典型的基带信号(xnho)(xnho)波形波形(以矩形脉冲为例以矩形脉冲为例)第18页/共99页第十九页，共99页。用相对用相对(xingdu)电平变化电平变化传信息传信息传号差分传号差分(ch fn)码码“1变变0不变不变”，电报电报(din bo)术语：术语：“传号传号”（Mark）=1；“空号空号”（Space）=0 空号差分码空号差分码“0变变1不变不变”相对码相对码基本的脉冲形状是矩形的，典型的数字基带信号波形为：基本的脉冲形状是矩形的，典型的数字基带信号波形为：第19页/共99页第二十页，共99页。术语术语(shy)：21（1）单极性单极性（Unipolar）与）与双极性双极性（Polar）单极性信号单极性信号(xnho)(on-off keying)在正逻辑中在正逻辑中:二进制二进制“1”+AV 二进制二进制“0”0 V优点优点(yudin):a.产生该信号的电路只需要一种电源产生该信号的电路只需要一种电源 b.该信号通过该信号通过 TTL 或或 CMOS 电路容易产生电路容易产生缺点缺点:a.具有非零的直流分量具有非零的直流分量 b.无在线检错能力无在线检错能力应用应用:机内码，近距离接口码机内码，近距离接口码第20页/共99页第二十一页，共99页。22 双极性信号双极性信号(xnho)在正逻辑中在正逻辑中:二进制二进制“1”+AV 二进制二进制“0”-A V应用应用(yngyng):机内码，近距离接口码机内码，近距离接口码优点优点:a.如果如果0、1等概，则无直流分量等概，则无直流分量(fn ling)b.抗干扰能力比单极性信号强抗干扰能力比单极性信号强缺点缺点:a.需要两种电源需要两种电源 b.无在线检错能力无在线检错能力如：如：RS232接口接口第21页/共99页第二十二页，共99页。术语术语(shy)：23（2）不归零不归零（NRZ）与）与归零归零（RZ）：）：不归零信号能量不归零信号能量(nngling)饱满，因而抗干扰能饱满，因而抗干扰能力较强；力较强；但归零信号跳变沿丰富，有利于接收端提取但归零信号跳变沿丰富，有利于接收端提取(tq)定时信息（为定时信息（为了节省资源，同步信息常常和数据信息捆绑在一起传送）。了节省资源，同步信息常常和数据信息捆绑在一起传送）。第22页/共99页第二十三页，共99页。用相对电平变化用相对电平变化(binhu)传传信息信息传号差分传号差分(ch fn)码码“1变变0不变不变”，电报电报(din bo)术语：术语：“传号传号”（Mark）=1；“空号空号”（Space）=0 空号差分码空号差分码“0变变1不变不变”相对码相对码基本的脉冲形状是矩形的，典型的数字基带信号波形为：基本的脉冲形状是矩形的，典型的数字基带信号波形为：多电平波形多电平波形第23页/共99页第二十四页，共99页。25多电平多电平多电平多电平(din pn(din pn)波形波形波形波形为了提高为了提高(t go)(t go)频带利用率频带利用率,可以采用多电平波形或多值波形可以采用多电平波形或多值波形.05Ts4Ts2TsTst1-13-30100111001 由于多电平波形的一个脉冲对应多个二进制码,在波特率相同(传输带宽相同)的条件下,比特率提高了,因此多电平波形在频带受限的高速(o s)数据传输系统中受到了广泛的应用.第24页/共99页第二十五页，共99页。一、数字基带信号一、数字基带信号一、数字基带信号一、数字基带信号(xnho)(xnho)的码型和波形的码型和波形的码型和波形的码型和波形26 数字(shz)基带信号是数字(shz)信息的电波形表示,可以用不同的电平或脉冲来表示相应的代码。信号信号(xnho)(xnho)传输常用码型传输常用码型1、单极性不归零码2、单极性归零码3、传号交替反转码（AMI码）4、三阶高密度双极性码（HDB3码）5、传号反转码（CMI码）第25页/共99页第二十六页，共99页。271.1.单极性不归零码（单极性不归零码（单极性不归零码（单极性不归零码（NRZ)NRZ)用高电平用高电平A A和低电平和低电平(常为零电平常为零电平)分别表示二进分别表示二进制信息制信息“1”“1”和和“0”“0”，在整个码元期间电平保持不，在整个码元期间电平保持不变，单极性非归零码常记作变，单极性非归零码常记作NRZNRZ。1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 特点特点:电脉冲之间无间隔，极性单一，易于用电脉冲之间无间隔，极性单一，易于用TTLTTL、CMOSCMOS电路产生；缺点是有直流分量，要求传电路产生；缺点是有直流分量，要求传输线路具有直流传输能力，因而不适应有交流输线路具有直流传输能力，因而不适应有交流(jioli)(jioli)耦合的远距离传输，只适用于计算机内耦合的远距离传输，只适用于计算机内部或极近距离的传输。部或极近距离的传输。第26页/共99页第二十七页，共99页。282.2.单极性归零码（单极性归零码（单极性归零码（单极性归零码（RZ)RZ)n n单极性归零单极性归零(RZ)波形：信号电压在波形：信号电压在一个码元终止时刻前总要回到零电一个码元终止时刻前总要回到零电平。通常，归零波形使用半占空码，平。通常，归零波形使用半占空码，即占空比为即占空比为50%。从单极性。从单极性RZ波形波形可以直接提取定时信息可以直接提取定时信息n n 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1n n 特点特点(tdin):n n 具有一般单具有一般单 极性不归零码极性不归零码 缺点，缺点，但可直但可直 n n 接提取位同步信息。接提取位同步信息。第27页/共99页第二十八页，共99页。293.3.传号传号传号传号(chun ho)(chun ho)交替反转码（交替反转码（交替反转码（交替反转码（AMIAMI码）码）码）码）用三电平(din pn)表示二进制的码型。用无电压的状态表示二进制的“0”码，用交替(jiot)的正、负电平表示二进制的“1”码。例：例：将二进制消息代码转换为AMI编码。1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1解：解：消息代码：AMI码：+1 0 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 -1 +1 0 0 -1 +1-1+1-1 0 0 +1 -1 0 0 0 0 0 0 0+1 -1 0 0 +1 -1第28页/共99页第二十九页，共99页。303.3.传号交替传号交替传号交替传号交替(jiot)(jiot)反转码（反转码（反转码（反转码（AMIAMI码）码）码）码）优点优点(yudin):a.直流分量为0，零频附近低频分量小（由于其传号码极性反转），利于变量器耦合匹配(ppi)；b.经全波整流，并变换成单极性半占空码，能取得同步信号；c.有一定的检错能力。应用应用:缺点缺点:对于较长的比特0序列，同步信号不易提取。广泛用于PCM基带传输第29页/共99页第三十页，共99页。314.4.三阶三阶三阶三阶(sn ji)(sn ji)高密度双极性码（高密度双极性码（高密度双极性码（高密度双极性码（HDB3HDB3）HDB3码的编码规则(guz)如下：1）在传输的二进制序列中，当连“0”码不大于3个时，HDB3码的编码规律(gul)与AMI码相同，“1”码变为“+1”、“-1”的交替脉冲，“0”码保持不变。2）当代码序列中出现4个连“0”码时，用取代节000V或B00V代替。顺序：先000V，不可用时再B00V000V取代节的安排须满足以下两个要求：各取代节V码极性要交替出现；a.V码要与前一个传号码的极性相同。3）HDB3序列中的传号码（“1”、V和B）除V码外要满足极性交替的原则。第30页/共99页第三十一页，共99页。324.4.三阶三阶三阶三阶(sn ji)(sn ji)高密度双极性码（高密度双极性码（高密度双极性码（高密度双极性码（HDB3HDB3）例：将二进制消息例：将二进制消息(xio xi)代码转换为代码转换为HDB3码。码。1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1解：消息(xio xi)代码：HDB3:+1 0 0 -1 +1 0 0 0 V+0 0 0 -1 +1 0 0 -1 +1 V-V+-1 0 0 +1 -1 0 0 0 V-0 0 0 +1 -1 0 0 +1 -1 第31页/共99页第三十二页，共99页。334.4.三阶三阶三阶三阶(sn ji)(sn ji)高密度双极性码（高密度双极性码（高密度双极性码（高密度双极性码（HDB3HDB3）将二进制消息(xio xi)代码转换为HDB3码。1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1解：解：消息(xio xi)代码：HDB3:+1 -1 0 +1 -1 B+0 0 V+0 0 0 -1 0 0 0 V-+1 V-1 +1 0 -1 +1 B-0 0 V-0 0 0 +1 0 0 0 V+-1 V+两个取代节之间的原始传号码的个数k:是奇数奇数时，后边取代节用000V；是偶数偶数时，后边取代节用B00V；例：例：第32页/共99页第三十三页，共99页。344.4.三阶三阶三阶三阶(sn ji)(sn ji)高密度双极性码（高密度双极性码（高密度双极性码（高密度双极性码（HDB3HDB3）PCM基带传输基带传输(chun sh)、高次群传输、高次群传输(chun sh)HDB3码特点(tdin)：正负脉冲平衡，无直流分量，便于直接传输。克服了出现长连“0”的缺点，也避免了因失去定时信息而造成的问题。HDB3码具有检错能力。破坏点序列的极性交替规律 低频成分少，频带较窄。应用应用:第33页/共99页第三十四页，共99页。355.5.传号传号传号传号(chun ho)(chun ho)反转码（反转码（反转码（反转码（CMICMI）在CMI码中，原二进制信息“1”交替地用全占空的一个周期(zhuq)方波：“11”或“00”表示；原二进制信息“0”则用半占空方波：“01”表示。二电平二电平(din pn)(din pn)不不归零码归零码1 0 1 1 1 0 0 1 1 11 二进制信息码二进制信息码CMI码码00001101 01 00001101+V+V-V-V第34页/共99页第三十五页，共99页。5.5.传号传号传号传号(chun ho)(chun ho)反转码（反转码（反转码（反转码（CMICMI）36不含直流分量。具有频繁出现(chxin)的电平跳变，有利于接收端提取定 时信号。具有一定的检错能力，也易于实现。特点(tdin)：应用应用:PCM四次群接口码型四次群接口码型第35页/共99页第三十六页，共99页。传输码型的误码增殖传输码型的误码增殖(zngzh)思考思考(sko)(sko)：1、什么(shn me)是误码增殖？用什么(shn me)来表示？2、AMI、HDB3和CMI码误码增值情况如何？教材教材第36页/共99页第三十七页，共99页。二、数字基带信号二、数字基带信号(xnho)的频谱特性的频谱特性38 数字基带信号的一般数字基带信号的一般(ybn)表达表达数字基带信号的表示(biosh)式：表示(biosh)信息码元的单个脉冲的波形并非一定是矩形的。第37页/共99页第三十八页，共99页。39基带信号基带信号(xnho)的的单个码元波形单个码元波形t矩形脉冲矩形脉冲三角形脉冲三角形脉冲(michng)g(t)升余弦升余弦(yxin)脉脉冲冲半余弦脉冲半余弦脉冲g(t)g(t)g(t)ttt第38页/共99页第三十九页，共99页。二、数字二、数字(shz)基带信基带信号的频谱特性号的频谱特性40 数字基带信号的一般数字基带信号的一般(ybn)表达表达 若表示各码元的波形相同而电平取值不同若表示各码元的波形相同而电平取值不同(b tn)(b tn)，则数字，则数字基带信号可表示为：基带信号可表示为：式中，式中，an -第第n个码元所对应的电平值个码元所对应的电平值Ts-码元持续时间码元持续时间 g(t)-某种脉冲波形某种脉冲波形一般情况下，数字基带信号可表示为一随机脉冲序列：一般情况下，数字基带信号可表示为一随机脉冲序列：式中，式中，sn(t)可以有可以有N 种不同的脉冲波形种不同的脉冲波形第39页/共99页第四十页，共99页。二、数字二、数字(shz)基带信基带信号的频谱特性号的频谱特性41 随机随机(su j)脉冲序列的表示式脉冲序列的表示式设一个二进制的随机(su j)脉冲序列如下图所示：g2(t-2T)g1(t+2T)TS -码元宽度 g1(t)和和g2(t)-分别表示消息码“0”和“1”，为任意波形图中第40页/共99页第四十一页，共99页。42 随机随机(su j)脉冲序列的表示式脉冲序列的表示式 设序列中任一码元时间Ts内g1(t)和g2(t)出现的概率分别为P和(1-P)，且认为它们(t men)的出现是统计独立的，则该序列可表示为:g2(t-2T)g1(t+2T)式中，第41页/共99页第四十二页，共99页。二、数字二、数字(shz)基带信基带信号的频谱特性号的频谱特性43 数字数字(shz)基带信号的频谱基带信号的频谱功率谱密度功率谱密度随机(su j)序列s(t)的功率谱密度：式中，fs=1/Ts-码元宽度所对应的频率，又称为抽样频率；G1(f)和和G2(f)分别是波形g1(t)和 g2(t)的频谱；码元速率码元速率 p-为波形g1(t)出现的概率；1-p-为波形g1(t)出现的概率；第42页/共99页第四十三页，共99页。44由上式可得出由上式可得出(d ch)如下结论：如下结论：1、二进制随机、二进制随机(su j)脉冲序列的功率谱脉冲序列的功率谱Ps(f)可能包含连续谱（第一项）和离可能包含连续谱（第一项）和离散谱（第二项）。散谱（第二项）。2、连续谱总是存在的，这是因为代表数据信息的、连续谱总是存在的，这是因为代表数据信息的g1(t)和和g2(t)波形不能完全相波形不能完全相同，故有同，故有G1(f)G2(f)。谱的形状取决于。谱的形状取决于g1(t)和和g2(t)的频谱以及出现的频谱以及出现(chxin)的概率的概率P。3、离散谱是否存在，取决于离散谱是否存在，取决于g1(t)和和g2(t)的波形及其出现的概率的波形及其出现的概率P。一一般情况下，它也总是存在的，但对于双极性信号般情况下，它也总是存在的，但对于双极性信号 g1(t)=-g2(t)=g(t)，且概率，且概率P=1/2（等概）时，则离散分量消失。（等概）时，则离散分量消失。4、通常，根据、通常，根据连续谱连续谱可以可以确定信号的带宽确定信号的带宽；根据离散谱可以确定随；根据离散谱可以确定随机序列是否有直流分量和定时分量。机序列是否有直流分量和定时分量。第43页/共99页第四十四页，共99页。例例例例1 1：分析单极性：分析单极性：分析单极性：分析单极性NRZNRZ和和和和RZRZ矩形脉冲序列矩形脉冲序列矩形脉冲序列矩形脉冲序列(xli)(xli)的功率谱。的功率谱。的功率谱。的功率谱。45单极性码由表示(biosh)“0”信号的g1(t)=0，和表示(biosh)“1”信号的g2(t)构成若设若设g1(t)=0，g2(t)=g(t)，将其代入下式，将其代入下式可得单极性码序列对应(duyng)的功率谱：当P=1/2，功率谱简化为：“0”和和“1”信号等概率出现时信号等概率出现时讨论两种情况：讨论两种情况：NRZ NRZ 和和 RZRZ第44页/共99页第四十五页，共99页。讨论讨论讨论讨论(toln)(toln)(toln)(toln)(分两种情况）：分两种情况）：分两种情况）：分两种情况）：46.若表示若表示(biosh)“1”码的波形码的波形g2(t)=g(t)为不归零为不归零（NRZ）矩形脉冲，即）矩形脉冲，即 其频谱函数其频谱函数(hnsh)为为:1第45页/共99页第四十六页，共99页。讨论讨论讨论讨论(toln)(toln)(toln)(toln)(分两种情况）：分两种情况）：分两种情况）：分两种情况）：47.若表示若表示(biosh)“1”码的波形码的波形g2(t)=g(t)为不归零为不归零（NRZ）矩形脉冲，即）矩形脉冲，即 其频谱函数其频谱函数(hnsh)为为:代入功率谱:可得：1第46页/共99页第四十七页，共99页。48当当 f=mfs 时：时：若若m=0，G(0)=Sa(0)0，若若m为不等于零的整数为不等于零的整数(zhngsh)，频谱频谱Ps(f)中离散谱为零，因而中离散谱为零，因而(yn r)无定时分量无定时分量 Sa(mfs)=Sa(0)=1功率(gngl)谱变为：故频谱故频谱Ps(f)中中有直流分量有直流分量。NRZ波形波形 =Ts 第47页/共99页第四十八页，共99页。49单极性单极性NRZ功率功率(gngl)谱：谱：计算计算(j sun)信号带宽信号带宽:(以连续以连续(linx)(linx)功率谱中第功率谱中第一个一个0 0值点为依据计算值点为依据计算)可求出信号带宽为:BS=1/TSfTS=存在直流分量存在直流分量第48页/共99页第四十九页，共99页。讨论讨论讨论讨论(toln)(toln)(toln)(toln)(分两种情况）：分两种情况）：分两种情况）：分两种情况）：50.若表示若表示(biosh)“1”码的波形码的波形g2(t)=g(t)为半占空归为半占空归零矩形脉冲零矩形脉冲(RZ)矩形脉冲，即脉冲宽度矩形脉冲，即脉冲宽度 =Ts/2 时，时，其频谱函数为其频谱函数为:代入功率(gngl)谱:可得：=Ts/2 第49页/共99页第五十页，共99页。51当当 f=mfs 时：时：若若m=0，G(0)=Ts Sa(0)/2 0，若若m 0(整数整数(zhngsh)，有有 离离 散散 谱，有谱，有 定定 时时 分分 量量 Sa(m/2)=Sa(0)=1故频谱故频谱Ps(f)中有直流分量中有直流分量(fn ling)。若若m为奇数为奇数(j sh)，若若m为偶数，为偶数，此时无离散谱此时无离散谱功率谱为：(m为为0和奇数和奇数)第50页/共99页第五十一页，共99页。52单极性单极性RZ功率功率(gngl)谱：谱：计算计算(j sun)信号带宽信号带宽:可求出信号(xnho)带宽为:BS=2/TSfTS/2=1、存在直流分量；、存在直流分量；2、在奇次倍基频处存在离散谱，、在奇次倍基频处存在离散谱，此时有时钟信号。此时有时钟信号。(m为为0和奇数和奇数)第51页/共99页第五十二页，共99页。53单极性单极性NRZ功率功率(gngl)谱：谱：单极性单极性RZ功率功率(gngl)谱：谱：(m为为0和奇数和奇数(j sh)2fsfs3fs第52页/共99页第五十三页，共99页。例例例例2 2：分析：分析：分析：分析(fnx)(fnx)双极性双极性双极性双极性NRZNRZ和和和和RZRZ矩形脉冲序列的功率谱。矩形脉冲序列的功率谱。矩形脉冲序列的功率谱。矩形脉冲序列的功率谱。54双极性码由表示“0”信号(xnho)的g1(t)，和表示“1”信号(xnho)的g2(t)构成若设若设g1(t)=-g2(t)=g(t)，则由式，则由式可得双极性码序列对应(duyng)的功率谱：当P=1/2，功率谱简化为：第53页/共99页第五十四页，共99页。讨论讨论讨论讨论(toln)(toln)(toln)(toln)(分两种情况）：分两种情况）：分两种情况）：分两种情况）：55双极性波形只有双极性波形只有(zhyu)连续频谱，无连续频谱，无离散谱离散谱.若若g(t)是高度是高度(god)为为1的的NRZ矩形脉冲，那么上式可写成矩形脉冲，那么上式可写成.若若g(t)是高度为是高度为1的半占空的半占空RZ矩形脉冲，则有矩形脉冲，则有第54页/共99页第五十五页，共99页。56双极性双极性NRZ功率功率(gngl)谱：谱：双极性双极性 RZ功率功率(gngl)谱：谱：2fsfs3fs第55页/共99页第五十六页，共99页。以上以上(yshng)两例可以看出：两例可以看出：571、二进制基带信号二进制基带信号(xnho)的带宽主要依赖的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数单个码元波形的频谱函数G1(f)和和G2(f)。时间。时间波形的占空比越小，占用频带越宽。波形的占空比越小，占用频带越宽。NRZ(=Ts)基带信号基带信号(xnho)的带宽为的带宽为BS=1/=fs；RZ(=Ts/2)基带信号的带宽为基带信号的带宽为BS=1/=2fs。其中其中fs 是位定时信号的频率，它在数值上与码元速率是位定时信号的频率，它在数值上与码元速率RB相等。相等。2、单极性基带信号、单极性基带信号是否存在离散线谱取决于矩形脉冲是否存在离散线谱取决于矩形脉冲的占空比。的占空比。第56页/共99页第五十七页，共99页。基带信号基带信号(xnho)频谱分析意义：频谱分析意义：581、信号带宽、信号带宽根据根据(gnj)其连续谱来确定序列的带宽其连续谱来确定序列的带宽2、能否、能否(nn fu)从脉冲序列中直接提取位定时信号从脉冲序列中直接提取位定时信号 根据离散谱来确定3、有无直流成份、有无直流成份4、信号频谱分布规律、信号频谱分布规律 这样，我们就可以针对信号谱的特点来选择相匹配的这样，我们就可以针对信号谱的特点来选择相匹配的信道信道,或者根据信道的传输特性来选择合适的信号形式或者根据信道的传输特性来选择合适的信号形式.练习练习第57页/共99页第五十八页，共99页。传输码的码型选择传输码的码型选择(xunz)原则原则59不含直流，且低频分量尽量少；不含直流，且低频分量尽量少；应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号；应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号；功率谱主瓣宽度窄，以节省传输功率谱主瓣宽度窄，以节省传输(chun sh)频带；频带；不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；所选码型应对噪声和码间串扰具有较强的抵抗力和自检能力。所选码型应对噪声和码间串扰具有较强的抵抗力和自检能力。编译码简单，以降低通信延时和成本。编译码简单，以降低通信延时和成本。第58页/共99页第五十九页，共99页。60第59页/共99页第六十页，共99页。三、基带脉冲三、基带脉冲三、基带脉冲三、基带脉冲(michng)(michng)传输与码间串扰传输与码间串扰传输与码间串扰传输与码间串扰61 基带数据传输模型基带数据传输模型(mxng)信道信号形成器数字信道接收滤波器抽样判决器噪声基带脉冲输入同步提取基带脉冲输出发送(f sn)滤波器信道信号形成器信道信号形成器:压缩输入信号频带，把传输码变换成适宜 于信道传输的基带信号波形。（发送滤波器）（发送滤波器）信道：信道：信道的传输特性一般不满足无失真传输条件，因此会引 起传输波形的失真。另外信道还会引入噪声n(t)，并假 设它是高斯白噪声。加性噪声加性噪声乘性噪声乘性噪声1、限制发送频带限制发送频带2、形成脉冲波形形成脉冲波形引入噪声，形成波形失真引入噪声，形成波形失真第60页/共99页第六十一页，共99页。62信道信号形成器数字信道接收滤波器抽样判决器噪声基带脉冲输入同步提取基带脉冲输出发送(f sn)滤波器接收滤波器接收滤波器:它用来接收信号，滤除信道噪声和其他干扰，它用来接收信号，滤除信道噪声和其他干扰，对均衡失真波形对均衡失真波形(b xn)，有利于抽样判决。，有利于抽样判决。抽样判决器：再生信号，改善输出信号质量；若传输抽样判决器：再生信号，改善输出信号质量；若传输(chun sh)特性不特性不 良，产生串扰会引起错判，形成误码。良，产生串扰会引起错判，形成误码。同步提取：同步提取：用同步提取电路从接收信号中提取定时脉冲。（位同步器）（位同步器）消除带外噪声，均衡失真波形消除带外噪声，均衡失真波形第61页/共99页第六十二页，共99页。基带系统基带系统(xtng)的各点波形示意图的各点波形示意图输入(shr)信号 码型变换(binhun)后 传输的波形 信道输出 接收滤波输出 位定时脉冲恢复的信息 错误码元（b）（c）（d）（e）（f）（g）第62页/共99页第六十三页，共99页。64p 两种误码原因(yunyn)：码间串扰 信道(xn do)加性噪声 系统传输总特性(txng)不理想，导致码元的波形畸变、展宽和拖尾。码间串扰（码间串扰（InterSymbol Interference)InterSymbol Interference)前面码元波形的拖尾蔓延到当前码元的抽样时刻，从而对当前码元的判决造成干扰。原因：原因：ISIISIflash第63页/共99页第六十四页，共99页。65p 两种误码原因(yunyn)：码间串扰 信道(xn do)加性噪声发送(f sn)滤波器数字信道接收滤波器抽样判决器噪声基带脉冲输入同步提取基带脉冲输出 h(t)/H(f)在框图中，an为发送滤波器的输入符号序列。在二进制的情况下为0、1或-1、+1。d(t)对应的基带信号对应的基带信号d(t)为分析方便，把这个序列对应的基带信号d(t)表示成：gT(t)GT(f)c(t)C(f)gR(t)GR(f)理想冲激序列理想冲激序列第64页/共99页第六十五页，共99页。an 传输码（线路(xinl)码）随机随机(su j)序列序列 数字(shz)脉冲幅度调制(PAM)gT(t)为发送脉冲波形为发送脉冲波形(矩形、升余弦、高斯、三角形、半余弦脉冲矩形、升余弦、高斯、三角形、半余弦脉冲)基带传输系统基带传输系统第65页/共99页第六十六页，共99页。等效(dn xio)模型r(t)的要求：不考虑噪声条件下，相邻的要求：不考虑噪声条件下，相邻(xin ln)码元间无串扰。码元间无串扰。由传输特性由传输特性H(f)决定。决定。第66页/共99页第六十七页，共99页。68式中，H(f)第67页/共99页第六十八页，共99页。69 r(t)被送入抽样判决电路，并由该电路确定所传的数字序列an的取值。为了确定第k个码元a(k)，则对信号抽样的时刻一般在(kTs+t0)，其中，k是相应的第k个时刻，t0是可能的时延。因而(yn r)，为了确定ak 的取值，必须首先确定r(t)在该样点上的值:恢复恢复(huf)信息信息码间干扰码间干扰(gnro)随机干扰随机干扰第68页/共99页第六十九页，共99页。70第一项第一项 akh(t0)：是第：是第k个接收个接收(jishu)基本波形在上述抽样时刻上的基本波形在上述抽样时刻上的取值，它是确定取值，它是确定ak信息的依据；信息的依据；第二项第二项 ：波形在第k个抽样时刻上的总和，它对当前码元ak的判决起着干扰的作用，我们称这个值为码间干扰值，它产生于信道特性的不理想；是接收信号中除第k个以外的所有其他码元第三项第三项:显然是一种随机干扰。第69页/共99页第七十页，共99页。71例如，在二进制数字通信时，ak的可能取值为“0”或“1”，若判决电路的判决门限为Vd，则这时判决规则为：当 r(kTs+t0)Vd时，判ak为“1”当 r(kTs+t0)Vd时，判ak为“0”。显然，只有当码间串扰值和噪声足够(zgu)小时，才能基本保证上述判决的正确。第70页/共99页第七十一页，共99页。三、基带脉冲三、基带脉冲三、基带脉冲三、基带脉冲(michng)(michng)传输与码间串扰传输与码间串扰传输与码间串扰传输与码间串扰72 无码间串扰的基带传输无码间串扰的基带传输(chun sh)特性特性 码间串扰和信道噪声是影响基带传输系统性能的主要因素，为了减小它们的影响,降低系统的误码率是我们(w men)研究的通信系统的关键问题。消除码间串扰的基本思想由上式可知，若想消除码间串扰，应使由于an是随机的，要想通过各项相互抵消使码间串扰为0是不行的，这就需要对h(t)的波形提出要求。第71页/共99页第七十二页，共99页。73 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已经衰减(shui jin)到0，就能满足