数字基带传输系统 (2).ppt

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1、 数字基带传输系统 引言6.1 数字基带信号及其频谱特性6.2 基带传输的常用码型6.3 数字基带信号传输与码间串扰6.4 无码间串扰的基带传输特性6.5 基带传输系统的抗噪声性能6.6 眼图6.7 部分响应和时域均衡6.8 小结引言 数字信息的表示：一般情况数字信息表示为一个数字序列：an 码元：数字序列的基本单元 an。每个码元只能取离散值（在二进制中取 0 或 1），用离散的波形表示。数字基带信号：未经调制的数字信号，用不同的脉冲表示码元的不同取值。它们所占据的频带通常从直流和低频开始。例如用幅度为 E 的矩形脉冲表示 1，用幅度为-E 的矩形脉冲表示 0。数字基带传输系统：不经载波调制

2、而直接传输数字基带信号的系统，常用于传输距离不太远的情况下。数字频带/带通传输：大多数实际信道都是带通型的。必须先用数字基带信号对载波调制，形成数字调制信号再进行传输。n 基本概念基本概念 有“用武之地”如近程数据通信系统广泛采用了这种传输方式。有“共性问题”基带包含带通系统的诸多基本问题（ISI、PSD、Pe）基带 和 和带通 带通传输系统可等效成基带传输系统来研究。n 研究意义 研究意义n 基带传输系统组成 基带传输系统组成发送滤波器，即信道信号形成器：作用 作用：原始基带信号 适合于信道传输的基带信号。目的：目的：匹配信道，减小码串，利于同步提取。信道：给 给基带信号提供传输通道。接收滤

3、波器：作用 作用：滤除带外噪声，对信道特性均衡，目的 目的：使输出的基带波形有利于抽样判决。抽样判决器：作用：作用：对接收滤波器的输出波形进行抽样判决,目的：目的：确定发送信码序列，再生基带信号。同步提取：提取用于抽样的位定时脉冲。数字基带信号的特性 波形 频谱 码型如何设计传输总特性 以消除码间干扰如何提高抗噪声性能 以减小噪声影响眼图 估计系统性能的实验手段部分响应 时域均衡 改善系统性能的两个措施n 本章内容本章内容6.1 数字基带信号及其频谱特性6.1.1 数字基带信号6.1.2 基带信号的频谱特性6.1.1 数字基带信号 数字信息序列：数字信息表示成一个数字序列。如二进制通信中“0”

4、和“1”序列；波形选择：为了匹配信道特性，需要需要选择不同的波形来表示“1”和“0”；波形：即数字信息的电脉冲形式。考虑的主要问题：合理设计波形，适合于给定信道的传输特性。n 基本概念单个波形序列波形Department of Electronics and Information,NCUT Song Peng9传号差分码空号差分码n 几种基本的基带信号波形 NRZ单极性波形：特点：极性单一、有直流分量和低频分量 应用：设备内部和数字调制器中。（TTL、CMOS电路）NRZ双极性波形：优点：无直流分量（等概）、抗扰能力较强；应用：V.24标准、RS-232C接口标准和数字调制器中。RZ单极性波

5、形：信号电压在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，即占空比为50%。从单极性RZ波形可以直接提取定时信息。应用：作为其他码型提取同步时钟的过渡码型。RZ双极性波形：兼有双极性和归零波形的特点。使得接收端很容易识别出每个码元的起止时刻，便于同步。差分波形：-特点：用相邻码元电平的跳变/不变表示信息码元。它也称相对码波形。传号差分码：以电平跳变表示“1”，以电平不变表示“0”；空号差分码：以电平跳变表示“0”，以电平不变表示“1”。-优点：用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响。差分编码差分译码 多电平波形：特点：一个脉冲可携载多个比特信息。优点：传码率一定时，多电

6、平波形的传信率高。可以提高频带利用率。应用：高数据速率传输系统。四电平波形：00+3E 01+E10-E 11-3E 表示信息码元的单个脉冲的波形并非一定是矩形的。若表示各码元的波形相同而电平取值不同，则数字基带信号可表示为：一般情况下，数字基带信号可表示为一随机脉冲序列：第 n 个码元所对应的电平值码元持续时间g(t)某种脉冲波形sn(t)可以有 N 种不同的脉冲波形n 数字基带信号的表达式6.1.2 基带信号的频谱特性 由于数字基带信号是一个随机脉冲序列，没有确定的频谱函数，所以只能用功率谱来描述它的频谱特性。n 频谱特性 具体做法：将从随机过程功率谱的原始定义出发，求出数字随机序列的功率

7、谱公式。求解过程包括：(1)随机脉冲序列的表示式(2)稳态波v(t)(3)交变波u(t)(4)v(t)的功率谱密度Pv(f)(5)u(t)的功率谱密度Pu(f)(6)s(t)的功率谱密度Ps(f)(7)结论1(8)单极性NRZ和RZ矩形脉冲序列的功率谱(9)双极性NRZ和RZ矩形脉冲序列的功率谱(10)结论2 设一个二进制的随机脉冲序列如下图所示：TB 码元宽度g1(t)和g2(t)分别表示消息码“0”和“1”，实际中可以为任意波形。n(1)随机脉冲序列的表示式 设序列中任一码元时间 TB 内 g1(t)和 g2(t)出现的概率分别为 P 和(1P)，且认为它们的出现是统计独立的，则该序列可表

8、示为：为了使频谱分析的物理概念清楚，推导过程简化，把s(t)分解成稳态波 v(t)和交变波 u(t)。随机序列 s(t)的统计平均分量，取决于每个码元内出现 g1(t)和 g2(t)的概率加权平均：v(t)在每个码元内的统计波形相同，故 v(t)是以 TB 为周期的周期信号。n(2)稳态波v(t)u(t)是 s(t)与v(t)之差，u(t)是一个随机脉冲序列。即：或：或：n(3)交变波u(t)上式表明：稳态波的功率谱 Pv(f)是离散谱。推导n(4)v(t)的功率谱密度Pv(f)上式表明：交变波的功率谱 Pu(f)是连续谱，它与 g1(t)和g2(t)的频谱以及概率 P 有关。通常，根据连续谱

9、可以确定随机序列的带宽。推导n(5)u(t)的功率谱密度Pu(f)由于 s(t)=u(t)+v(t)，所以：连续谱离散谱n(6)s(t)的功率谱密度Ps(f)二进制随机脉冲序列的功率谱 Ps(f)可能包含连续谱（第一项）和离散谱（第二项）。连续谱总是存在的：因为代表数据信息的 g1(t)和 g2(t)波形不能完全相同，故有 G1(f)G2(f)。谱的形状取决于g1(t)和 g2(t)的频谱以及出现的概率 P。离散谱是否存在？取决于 g1(t)和 g2(t)的波形及其出现的概率P：一般情况下，它也总是存在的，但对于双极性信号 g1(t)=-g2(t)=g(t)，且概率P=1/2（等概）时，则没有

10、离散分量(fmfs)。根据离散谱可以确定随机序 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 列是否有直流分量和定时分量。n(7)结论1【例6-1,P137】求单极性NRZ和RZ矩形脉冲序列的功率谱。【解】若设g1(t)=0，g2(t)=g(t)，将其代入下式 可得到由其构成的随机脉冲序列的双边功率谱密度为 当P=1/2时，上式简化为n(8)单极性NRZ和RZ矩形脉冲序列的功率谱1）若表示“1”码的波形g2(t)=g(t)为不归零（NRZ）矩形脉冲 TB 当 f=mfs 时：若m=0，G(0)=TBSa(0)0，故频谱 Ps(f)中有直流分量。若 m 为不等于零的整数，频谱Ps(f)中离

11、散谱为零，因而无定时分量。这时：讨论2）若表示“1”码的波形 g2(t)=g(t)为半占空归零矩形脉冲，即脉冲宽度=Ts/2 其频谱函数为：TB 当 f=mfs 时：若 m=0，G(0)=TBSa(0)/2 0，故功率谱Ps(f)中有直流分量。若 m 为奇数，此时有离散谱，因而有定时分量（m=1时）。若 m 为偶数，此时无离散谱。单极性RZ矩形脉冲序列的功率谱 Ps(f)为：讨论单极性信号的功率谱密度分别如下图中的实线和虚线所示小结【例6-2,P138】求双极性NRZ和RZ矩形脉冲序列的功率谱。【解】若设g1(t)=-g2(t)=g(t)，则由 式 可得当P=1/2时，上式变为 n(9)双极性

12、NRZ和RZ矩形脉冲序列的功率谱 若 g(t)是高度为1的NRZ矩形脉冲，上式可写成：若 g(t)是高度为1的半占空RZ矩形脉冲，则有：讨论双极性信号的功率谱密度曲线如下图中的实线和虚线所示：小结u不归零波形，无定时分量u单极性归零波形，有定时分量u等概的双极性波形，无离散谱 归纳：谱零点带宽：n(10)基本结论6.2 基带传输的常用码型 基带传输的主要技术问题6.2.1 传输码的码型选择原则6.2.2 几种常用的传输码型基带传输的主要技术问题 码形选择：原始消息代码必须编成适合于传输用的码型。-如：基带传输系统中通常存在隔直流电容或传输变压器，基带信号中的直流分量不能通过隔直流电容和变压器!

13、-克服措施：研究基带码的码型，寻求基本无直流分量的基带码。基带传输的主要技术问题包括码型选择和波形选择：n 基带传输的主要技术问题 波形选择：波形应适合于基带系统的传输。-如：码间串扰（指前一码元波形拖尾干扰到了后一码元）！-克服措施：寻求合适的码元波形，使码间串扰不会引起接收判决错误（注：传输通带有限，输出的信号波形延续时间必然无限，因此码间串扰在理论上不可避免）。采用均衡技术，改善码元波形，减小码间串扰。上述二问题推动基带传输理论的发展，亦是本章讨论的核心内容！6.2.1 传输码的码型选择原则 无直流分量，且低频分量小 无直流分量，且低频分量小；定时信息丰富；定时信息丰富；高频分量小；高频

14、分量小；不受信源统计特性的影响；不受信源统计特性的影响；有自检能力 有自检能力 n 码形选择原则 编、译码简单 编、译码简单。几种常用的传输码型1、AMI码：传号交替反转码2、HDB3码：三阶高密度双极性码3、双相码（裂相码）：曼彻斯特码4、差分双相码5、CMI码：传号反转码6、块编码 编码规则：将消息码的“1”(传号)交替地变换为“+1”和“-1”，而“0”(空号)保持不变。例：1、AMI码传号极性交替码n AMI码Ps(f)n AMI码特点 优点：-不含直流分量,低频成分少；-三电平；-编译码电路简单，有宏观自检能力信码有长连0串时，难以获取定时信息。缺点：应用：PCM24路基群（北美系列）1.544Mb/s的线路码型。2、HDB3码3阶高密度双极性码n HDB3码 编码规则：-连“0”个数不超过3个时，遵循AMI的编码规则；-连“0”个数超过3个时，将第4个“0”改为非“0”脉冲，记为V+或V-。V码的极性应与前一个非“0”脉冲的极性相同，称为破坏脉冲。-相邻V码的极性必须交替出现（确保无直流）；当V码取值能满足(2)条要求而无法满足本条要求是，将0000更改为B+00V+或 B-00V-。B称为调节脉冲。-V码之后的传号码极性也要交替。