第5章 数字基带传输系统

第三章数字基带传输系统 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 数字基带信号 信源编码 发送终端设备 3 1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 2 15 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 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 对代码的要求 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 Alternatemarkinversioncode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 Threeordercompatiblehighdensitybipolarcod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 PST码 Pairselectingternary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00 010 0 10 0 011 举例 代码 100001000011000011AMI码 10000 10000 1 10000 1 1HDB3码 1000 V 1000 V 1 1 B00 V 1 1 PST码 代码 01001110101100取 模式时 0 0 0 取 模式时 0 0 0 Manchester码 Biphasecode Split phasecode 编码规则 一个二进制两个不同相位的二进码如 001 零相位方波 110 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 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 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 4B 3T码 4Binarycode 3ternarycode AMI码改进型 优点 提高有效性 相同信息量所需的传输速率低 4B 16 3T 27 3 4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11101001 则有 1101001010110000110001112100111101001 3 7无码间干扰的基带系统的抗噪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眼图 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