数字基带传输系统.ppt

2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,1,第5章 数字基带传输系统,5.1 数字基带信号 5.2 数字基带传输系统 5.3 无码间串扰的基带传输系统 5.4 眼图 5.5 时域均衡原理 5.6 部分响应技术,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,2,5.1 数字基带信号,5.1.1 数字基带信号的常用码型,传输码型的选择，主要考虑以下几点： (1) 码型中低频、 高频分量尽量少； (2) 码型中应包含定时信息， 以便定时提取； (3) 码型变换设备要简单可靠； (4) 码型具有一定检错能力，若传输码型有一定的规律性，则就可根据这一规律性来检测传输质量，以便做到自动监测,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,3,(5) 编码方案对发送消息类型不应有任何限制， 适合于所有的二进制信号。这种与信源的统计特性无关的特性称为对信源具有透明性； (6) 低误码增殖； (7) 高的编码效率。,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,4,图 5 1 数字基带信号码型 单极性(NRZ)码 ； (b) 双极性(NRZ)码； (c) 单极性(RZ)码； (d) 双极性(RZ)码； (e) 差分码； (f) 交替极性码(AMI)； (g) 三阶高密度双极性码(HDB3)； (h) 分相码； (i) 信号反转码(CMI),2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,5,1. 单极性不归零(NRZ)码,(1) 发送能量大，有利于提高接收端信噪比； (2) 在信道上占用频带较窄； (3) 有直流分量，将导致信号的失真与畸变；且由于直流分量的存在，无法使用一些交流耦合的线路和设备； (4) 不能直接提取位同步信息； (5) 接收单极性NRZ码的判决电平应取“1”码电平的一半。,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,6,2. 双极性不归零(NRZ)码,(1) 从统计平均角度来看，“1”和“0”数目各占一半时无直流分量， 但当“1”和“0”出现概率不相等时，仍有直流成份； (2) 接收端判决门限为0， 容易设置并且稳定， 因此抗干扰能力强； (3) 可以在电缆等无接地线上传输。,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,7,3. 单极性归零(RZ)码 如图 5 - 1(c) 所示。在传送“1”码时发送1个宽度小于码元持续时间的归零脉冲；在传送“0”码时不发送脉冲。其特征是所用脉冲宽度比码元宽度窄，即还没有到一个码元终止时刻就回到零值，因此，称其为单极性归零码。脉冲宽度与码元宽度Tb之比/Tb叫占空比。单极性RZ码与单极性NRZ码比较， 除仍具有单极性码的一般缺点外，主要优点是可以直接提取同步信号。此优点虽不意味着单极性归零码能广泛应用到信道上传输，但它却是其它码型提取同步信号需采用的一个过渡码型。 即它是适合信道传输的，但不能直接提取同步信号的码型， 可先变为单极性归零码，再提取同步信号。,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,8,4. 双极性归零(RZ)码 5. 差分码 6. 交替极性码(AMI),(1) 在“1”、“0”码不等概率情况下， 也无直流成分， 且零频附近低频分量小。 因此，对具有变压器或其它交流耦合的传输信道来说，不易受隔直特性影响。 (2) 若接收端收到的码元极性与发送端完全相反， 也能正确判决。 (3) 只要进行全波整流就可以变为单极性码。,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,9,7. 三阶高密度双极性码(HDB3),当信码序列中加入破坏脉冲以后，信码B和破坏脉冲V的正负必须满足如下两个条件：,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,10,(1) B码和V码各自都应始终保持极性交替变化的规律，以便确保编好的码中没有直流成分。 (2) V码必须与前一个码(信码B)同极性，以便和正常的AMI码区分开来。如果这个条件得不到满足，那么应该在四个连“0”码的第一个“0”码位置上加一个与V码同极性的补信码，用符号B表示。此时B码和B码合起来保持条件(1)中信码极性交替变换的规律。,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,11,8. 分相码 9. 传号反转码(CMI) 10. 多进制码,图 5 2 四进制代码波形,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,12,5.1.2 数字基带信号功率谱,假设随机脉冲序列为,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,13,从(5 - 3)式我们可以得出如下结论：,若假设g1(t)=0,g2(t)为门函数，且p=1/2,则功率谱密度为,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,14,只有连续谱和直流分量。同理，当P=1/2时，图5 - 1(b)双极性信号的谱密度为,单极性归零码谱密度,双极性归零码谱密度,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,15,根据信号功率的90%来定义带宽B， 则有,利用数值积分，由上式可求得双极性归零信号和单极性归零信号的带宽近似为,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,16,5.2 数字基带传输系统,5.2.1 数字基带系统的基本组成,图 5 9 数字基带传输系统方框图,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,17,5.2.2 基带传输系统的数学分析,图 5 12 基带传输系统简化图,假定输入基带信号的基本脉冲为单位冲击(t)，这样发送滤波器的输入信号可以表示为,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,18,其中ak是第k个码元，对于二进制数字信号，ak的取值为0、 1(单极性信号)或-1、+1(双极性信号)。由图5 - 12可以得到,式中h(t)是H()的傅氏反变换，是系统的冲击响应，可表示为,nR(t)是加性噪声n(t)通过接收滤波器后所产生的输出噪声。,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,19,抽样判决器对y(t)进行抽样判决，以确定所传输的数字信息序列ak。为了判定其中第j个码元aj的值，应在t=jTb+t0瞬间对y(t)抽样，这里t0是传输时延，通常取决于系统的传输函数H()。 显然，此抽样值为,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,20,5.2.3 码间串扰的消除,图 5 13 理想的传输波形,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,21,5.3 无码间串扰的基带传输系统,(1) 基带信号经过传输后在抽样点上无码间串扰， 也即瞬时抽样值应满足：,令k=j-k， 并考虑到k也为整数，可用k表示，,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,22,(2) h(t)尾部衰减快。 从理论上讲，以上两条可以通过合理地选择信号的波形和信道的特性达到。下面从研究理想基带传输系统出发，得出奈奎斯特第一定理及无码间串扰传输的频域特性H()满足的条件。,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,23,5.3.1 理想基带传输系统 理想基带传输系统的传输特性具有理想低通特性， 其传输函数为,如图5-14(a)所示，其带宽B=(b/2)/2=fb/2(Hz)，对其进行傅氏反变换得,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,24,图 5 14 理想基带传输系统的H()和h(t),2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,25,如果信号经传输后整个波形发生变化，但只要其特定点的抽样值保持不变，那么用再次抽样的方法(这在抽样判决电路中完成)，仍然可以准确无误地恢复原始信码，这就是奈奎斯特第一准则(又称为第一无失真条件)的本质。 在图5 - 14所表示的理想基带传输系统中，各码元之间的间隔Tb=1/(2B)称为奈奎斯特间隔， 码元的传输速率RB=1/Tb=2B 。 所谓频带利用率是指码元速率RB和带宽B的比值，即单位频带所能传输的码元速率，其表示式为,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,26,图 5-15 H()的分割,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,27,5.3.2 无码间串扰的等效特性,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,28,由于h(t)是必须收敛的，求和与求积可互换，得,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,29,5.3.3 升余弦滚降传输特性,升余弦滚降传输特性H()可表示为,H()是对截止频率b的理想低通特性H0()按H()的滚降特性进行“圆滑”得到的，H1()对于b具有奇对称的幅度特性，其上、下截止角频率分别为b+1、b-1。它的选取可根据需要选择，升余弦滚降传输特性H1()采用余弦函数， 此时H()为,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,30,(1) 当=0，无“滚降”，即为理想基带传输系统，“尾巴”按1/t的规律衰减。当0，即采用升余弦滚降时，对应的h(t)仍旧保持t=Tb开始，向右和向左每隔Tb出现一个零点的特点，满足抽样瞬间无码间串扰的条件， 但式(5-23)中第二个因子对波形的衰减速度是有影响的。在t足够大时，由于分子值只能在+1和-1间变化，而在分母中的1与(2t/Tb)2 比较可忽略。 因此，总体来说， 波形的“尾巴”在t足够大时，将按1/t3的规律衰减，比理想低通的波形小得多。此时，衰减的快慢还与有关，越大，衰减越快， 码间串扰越小，错误判决的可能性越小。,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,31,(2) 输出信号频谱所占据的带宽B=(1+)fb/2，当=0时， B=fb/2，频带利用率为2Baud/Hz，=1时，B=fb，频带利用率为1 Baud/Hz；一般=01时，B=fb/2fb，频带利用率为21 Baud/Hz。可以看出越大，“尾部”衰减越快，但带宽越宽，频带利用率越低。因此，用滚降特性来改善理想低通， 实质上是以牺牲频带利用率为代价换取的。,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,32,(3) 当=1时， 有,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,33,5.4 眼 图,图 5-19 基带信号波形及眼图,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,34,图 5-20 眼图照片,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,35,图 5-21 眼图的模型,2019/9/19,第5章 数字基带传输系统,36,(1) 最佳抽样时刻应选择在眼图中眼睛张开的最大处