第5章 数字基带传输系统.ppt

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1、第三章第三章 数字基带传输系统数字基带传输系统信道信号信道信号信道编码调制调制解调器 从信息传输的角度看，一个数字通信系统通常要进行两种变换：消息消息数字基带信号数字基带信号信源编码发送终端设备3.1 3.1 引言引言基带信号：原始信息的电信号形式(未经调制的信号)。数字基带信号：消息代码的电波形。基带传输系统：不使用调制解调过的传输系统。基本概念：研究基带传输的意义：基带传输是基础。任何一个频带传输系统(理论上)可用一个 等效的基带传输系统替代。基带传输自身的发展(时分复用高速 传输)。3.2 3.2 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性3.2.1 数字基带信号几种基本的基带信号

2、码波形(以矩形脉冲为例)：1.单极性波形0 0 无电压(电流)1 +E 有电压(电流)2.双极性波形0 +E(-E)正1 -E(+E)负无直流分量，电脉冲间无间隔。3.单极性归零波形每个脉冲都回到零电位，脉宽小于码元宽度4.双极性归零波形5.差分波形1 电位改变0 电位不变6.多值波形(多电平波形)00 +3E01 +E10 -E11 -3E高速通信。7.通用表达式：其中 是信息符号所对应的电平值，是一个随机量。3.2.2 基带信号的频谱特性 1.稳态波功率谱有什么特点？为什么？2.在书(5.215)式中是什么含义？3.交变波的功率谱密度有什么特点？对 和 波形的选择有什么启示？讨论 为什么？

3、为什么？4.满足 条件时 的功率谱密度没有离散谱。对提取或消除离散谱分量有什么启示？5.基带信号的功率谱带宽取决于什么？3.3 3.3 基带传输常用码型基带传输常用码型基带信号就是代码的电波形表示。并非任何代码的电波形都适合于在信道中传输(如单极性波形)。对传输信号(基带)的要求：u 对代码的要求。u 对电波形的要求。期望的码特性：1.能从相应的基带信号中获取定时 的信息。(基准)2.相应的信号无直流成分，且低频 成分少。(功耗)3.不受信源统计特性影响，适应信 源变化能力强。(稳健)4.传输效率高。(有效性)5.具有自检和纠错能力。(可靠性)常用码型简介：1.AMI码 (Alternate

4、mark inversion code 传号交替反转码)编码规则：0(空号)不变，1(传号)交替反 转为+1，-1，+1，二进制 三进制(1B/1T码型)优点：简单；无直流；具有误码自检能力缺点：可能出现长0串，定时不方便2.HDB3码 (Three order compatible high density bipolar cod三阶高密度双极性码)AMI码的改进型之一。优点：稳健性强，连0串减小到至多3个。编码规则：先变成AMI码，检查连0串，4个以上连0串的第4个0变成与前一个非0符号同极性的符号(破坏符号V)。相邻两个破坏符号之间有偶数个非0符号时，将该小段的第1个0变为+B或-B，B

5、符号的极性与前一 非0符号相反，后面的符号从V开始交替变化。3.PST码4.(Pair selecting ternary 成对选择三进码)编码规则：先将每2个二进制码元划分 为一个码组，再把它编成三进制数(0 +-)，9种状态取其4，+-模式交替。优点：无直流分量，编码简单，定时分量丰富。要点：需要建立帧同步(分组信息)。二进代码 +模式 -模式 00 -+-+01 0+0-10 +0 -0 11 +-+举例：代码：1000 0 1000 0 1 1 000 0 1 1AMI码：-1000 0 +1000 0 -1 +1 000 0 -1 +1HDB3码：-1000 -V +1000+V -

6、1 +1 -B00 -V +1 -1PST码：代码：01 00 11 10 10 11 00取+模式时：0+-+-0 +0 +-+取-模式时：0-+-+0 -0 +-+4.Manchester码 5.(Biphase code、Splitphase code)编码规则：一个二进制 两个不同相位的二进码 如：0 01 (零相位方波)1 10 (相位方波)优点：定时分量丰富，无直流，编码简单。只用两个电平，在多电平码不能传输的场合仍适用(如光纤通信)。缺点：带宽宽，效率低。5.Miller码 编码规则：1码中心点跃，即 ，前 沿无跃变。单个0码，不跃变，与前一码元边界处不变。即：连0码，边界跃变，

7、00与11交替。性质：两个“1”中间夹一个“0”时出现最大宽度为2Ts的码形，可用于误码自检。双相码的下降沿正好对应于Miller码的跃变沿。双相码 Miller码双稳态 应用：气象卫星、磁记录、基带数传机。优点：双电平，误码检测优于双相码。6.CMI码(传号反转码)编码规则：优点：定时信息丰富，被CCITT推荐为PCM接口码型。7.nBmB码 n位二进码 m位二进码 通常取m=n+1，1位用于纠错。如：5B6B码已实用化，用于光纤数字传输系统。8.4B/3T码 9.(4 Binary code 3 ternary code，AMI10.码改进型)优点：提高有效性(相同信息量所需的传 输速率低

8、)。4B(16)3T(27)3.4 3.4 基带脉冲传输与码间干扰基带脉冲传输与码间干扰3.4.1 基带信号的波形恢复与再生 限幅整形器+抽样判决器为什么要进行限幅整形？进一步排除干扰，提取信号。便于同步，保证抽样时刻在接收波形 中心附近。避免单个码元信号因展宽被两次抽样或因变形而漏报。由发送 、信道、接收 构成的总系统的传输函数为：基带信号可以描述成：接收信号：3.5 3.5 无码间干扰的基带传输特性无码间干扰的基带传输特性 什么样的系统能保证无码间干扰？理论上，只要：即可。即可。Nyquist第一准则：只要基带系统的总特性传输函数H(w)可以等效为一个理想的低通滤波器，就可以按最高传输速率

9、2w(w为系统带宽)进行无码间干扰传输。最直观而简单的一种理想低通型，即：相关概念：频带利用率：单位频带内的码元传输速率。奈奎斯特速率(理论极限)：若系统带宽为w，则无码间干扰时最高传输速率为2w(波特)。Question：理想低通特性是无法实现的。的尾巴太长，振荡幅度大，定时误差将导致码间干扰增大。3.6 3.6 部分响应系统部分响应系统 理想的低通特性：能达到理论极限传输速率2Baud(波特)/Hz。缺点：工程不可实现。尾巴振荡幅度大，收敛慢，对定时要求严格。等效的理想低通特性：降低了频带利用率。Nyquist第二准则：有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间干扰，而在其余码元的抽样时刻无码间

10、干扰，那么就能使频带利用率提高到理论上的最大值，同时又可以降低对定时精度的要求。满足上述要求的冲激响应波形称为部分响应波形。利用部分响应波形的基带传输系统称为部分响应系统。最简单的部分响应波形是间隔为Ts的sinc函数相加。即：当发送码元为 时，接收波形在抽样时刻的取值为：存在问题：误码传递性。解决方法：预编码 预编码+相关编码+模2判决预编码：表示模2和，即异或运算。作为输入码元序列，通过部分响应系统。相关编码：模2 处理：优点：克服了误码传播。推广：对多个Sinc函数求和，再进行模L处理。例如：设 为1 1 1 0 1 0 0 1，则有11 1 0 1 0 0 10 1 0 1 1 0 0

11、 010 1 1 0 0 0 121 1 2 1 0 0 11 1 1 0 1 0 0 1 3.7 3.7 无码间干扰的基带系统的抗噪无码间干扰的基带系统的抗噪声性能声性能 无码间干扰又无噪声，则可无差错恢复。但当存在噪声时，即使无码间干扰，也会引起误码。如图所示：误码率计算：误码若发送“1”码概率为P(1)，发送“0”码概率为P(0)，则系统总误码率：Pe=P(1)pe1+P(0)pe2 3.8 3.8 眼图眼图 实用的实验手段实用的实验手段最佳抽样时刻 过零点畸变 噪声容限定时误差灵敏度判决电平幅度畸变范围 眼图的模型 眼图与系统性能的关系：最佳抽样时刻是眼张开最大的时刻。对定时误差的灵敏

12、度由眼图斜边的斜率 决定。影区垂直高度表示信号畸变范围。横轴位置对应判决门限电平。上下影区间隔距离之半为噪声电容。3.9 3.9 时域均衡时域均衡 在基带系统中插入一种可调滤波器，使之能适应信道的变化，将能减小码间干扰的影响，这种起补偿作用的滤波器称为(信道)均衡器。时域均衡器：横向滤波器，建立在冲激响应基础上。频域均衡器：用频率特性去补偿总特性，使之满足要求。均衡效果的衡量准则：峰值畸变准则。均方畸变准则。均衡器迫零调整：按最小峰值(或均方)畸变准则求得的最优横向滤波器系数应满足：如果 ，那么畸变极小值一定发生在 同时为0时。解2N+1个联立方程组，即可求得2N+1个增益系数值。预置式均衡。用专用测试脉冲(单位冲激脉冲)作输入，使不为0的输出作反向调整，使系数趋向于最佳。自适应均衡。在传输数据期间借助于信号本身来调整抽头增益。实现方法：