现代通信原理PPT课件第5章+数字基带传输系统

,第5章数字基带传输系统,现代通信原理（第三版）宋祖顺宋晓勤宋平电子工业出版社,数字基带传输系统,1,数字基带信号,2,码间串扰,4,数字基带系统的理想传输特性,5,无码间串扰时噪声对传输特性的影响,第5章数字基带传输系统,眼图,部分响应技术,几个问题,何谓“基带系统”？数字基带（baseband）信号：未经调制的，其所占据的频谱是从零频或很低频开始的数字信号.基带系统：不经调制而直接传输数字基带信号的系统。,为什么要研究数字基带系统？模拟系统的缺点：设备复杂,需要较大传输带宽在利用对称电缆构成的“近程数据通信系统”中广泛采用数字基带传输方式在现代通信技术中，数字基带传输方式既可用于低数据传输，也可用于高速数据传输任何一个采用线性调制的带通传输系统，都可以等效为一个基带传输系统来研究（理论意义）,5.1数字基带传输系统,数字基带传输系统模型,框图说明：信道信号形成器：把输入的数字信号变换成适合于信道传输的信号实现方法：进行码型、波形变换目的：适合于信道传输信道：为电缆、架空明线、电话线等等,接收滤波器：滤除带外噪声，对信道特性进行均衡，提高信噪比，减小码间串扰取样判决器：在有噪声和干扰条件下，正确恢复原来的信码同步：提取码元频率信息，为判决电路提供判决时钟,5.2数字基带信号,数字基带信号：数字消息序列的一种电信号表示形式；它是用不同的电位或脉冲来表示数字消息；它的功率谱集中在零频。,单极性NRZ信号,对a进行了变换，适合信道传输的波形,进行码型变换后的波形,信道输出波形,接收滤波器输出波形,位定时同步脉冲,恢复出的信号,5.2.2数字基带信号的码型,单极性不归零码(单极性全占空电位信号)双极性不归零码(双极性全占空电位信号)单极性归零码双极性归零码,（相对）差分码：用相邻码元的电平的跳变和不变表示消息代码，而与码元本身的电位或极性无关。,传输码传输码的要求：频谱中无直流有利于定时信息提取-不能出现长连零,AMI码（AlternativeMarkInversion）编码规则：将消息码的“1”（传号）交替地变为“+1”和“-1”，而“0”（空号）保持不变。HDB3码编码思想：连零不能多，否则要添加破坏脉冲添加的破坏脉冲应便于识别，以便译码时剔除保证无直流，破坏脉冲正负交替,几种常用的传输码型,HDB3码编码规则：没有四个或四个以上连零，按AMI编码当出现长连零，在第四、八、十二个连零处要添加破坏脉冲V破坏脉冲V正负交替加入破坏脉冲V与它前一个紧靠的“1”码异极性，则需在四连零的第一个零位加附加脉冲B，B应与该破坏脉冲V同极性在加破坏脉冲后“1”码的极性要连同破坏脉冲一起考虑交替,HDB3码编码举例：,作业,5-1，5-2共两题；,5.2.2数字基带信号的波形及其表示,5.2.3数字基带信号的功率谱,二元制基带随机序列功率谱公式:据此式我们可以计算出随机序列的带宽、直流及各次谐波分量。,简便求法,二元制基带随机序列功率谱中最有用的参数是：带宽、直流及基波分量。我们可用如下办法求出，现举例说明。,例：某二元制基带随机序列如图，己知“1”码概率为0.6，“0”码概率为0.4其中“1”码和“0”码波形如图求：该序列带宽、直流及基波分量。,解：1)先求带宽：根据前面的论述它由和对应的频谱和中较宽的一个带宽确定的。如图，三角形波形对应的频谱的带宽较宽，有：,求直流及基波分量随机序列中周期性信号成分称为稳态分量，记为由此可确定离散谱,从图看出：平均值为0.8直流成份基波按下列公式求对基波n=1三角形的,从而由此可见简便算法的计算比较方便。若要计算矩形与升余弦脉冲波形的基带序列，计算更为简便。,5-3，共1题,作业,5.4码间串扰InterSymbolInterference,ISI,定义：由于系统传输总特性（包括收、发滤波器和信道的特性）不理想，导致前后码元的波形畸变、展宽，并使前后波形出现很长的拖尾，蔓延到当前码元的抽样时刻上，从而对当前码元的判决造成干扰。,数字基带信号传输系统模型：,下面我们将分别对码间串扰和噪声进行研究。,5.5数字基带系统的理想传输特性,5.5.1理想低通滤波器的传输特性带宽为的理想低通滤波器的系统函数,由此可见，理想低通基带系统是无码间串扰的。,思考：理想低通为什么能实现无码间串扰？,这是因为带宽为理想低通滤波器的冲激响应除t=0外，具有周期为的零点，当传输速率为时正好巧妙地利用了这些零点，实现了无码间串扰传输。补充：若时有无码间串扰？,5.2.2等效理想低通,的意义：,5.5.3实用的无码间串扰传输特性（等效理想低通滤波器）,三角形升余弦梯形余弦滚降原理：只要它们的传递函数“切段”相加，能构成为矩形，则它们也是无码间串扰的滤波器,两张图：,简单例题,带宽均为1kHz的理想低通滤波器和三角形滤波器：当传输速率如下表所示时，请将系统码间串扰特性填入下表（表示无串扰，表示有串扰可消除，表示有串扰无法消除）,5-4，5-5共2题,作业,5.6无码间串扰时噪声对传输特性的影响,一、基带单极性信号误码率分析,1）发“0”时，取样判决器输入信号与噪声的概率分布：发“0”时，信号为0，因此取样判决器输入=,就是接收滤波器输出的噪声，它是低通型高斯噪声,其概率分布零均高斯分布：,2）发“1”时，取样判决器输入信号与噪声的概率分布：发“1”时，信号为A，因此取样判决器输入y(t)=A+nR(t)它是均值为A的低通型高斯噪声,其概率分布,3）误码率分析首先,确定判决电平（对等概率而言）误码：,二、基带双极性信号误码率分析1）发“1”时，取样判决器输入的信号与噪声概率分布与单极性情况相同。2）发“0”时，取样判决器输入的信号与噪声概率分布发“0”时，信号为-A，因此取样判决器输入y(t)=-A+nR(t)它是均值为-A的低通型高斯噪声,其概率分布,3)误码率分析首先,确定判决电平：0(对等概而言),误码率：对双极性系统除误码率低外而且判决电平稳定。,5.7眼图,理想低通能实现无码间串扰，同时频带利用率最高（）不利：(1)理想低通不易实现(2)理想低通响应的“尾巴”大人们希望找到频带利用率达最高()，同时响应的“尾巴”小的滤波器这就是部分响应技术。,5.8部分响应技术,5.8.1半余弦滤波器,半余弦滤波器的频谱函数,图形如下：该滤波器的频谱函数为半个余弦波，因此称为半余弦滤波器。,半余弦滤波器的h(t),半余弦滤波器的冲激响应如教材图。,5.8.2半余弦滤波器的特点,半余弦滤波器带宽半余弦滤波器取样间隔为，码元速率半余弦滤波器频带利用率半余弦滤波器“尾巴”小半余弦滤波器存在有规律的干扰，它会导致判决模糊,上表前两行与2，它对应的与1；上表最后两行,但可能为1，也可能为0,到底取何值，则要由的取值决定，如上表所示。若误码，则会影响到对的判决，此现象称为错误传播。,5.8.3预编码,为了克服错误传播，必须做到本码元的判决仅依据本码元对应的取值唯一确定。,这说明：对ak先进行预编码得到bk，然后将bk加到半余弦滤波器，则半余弦滤波器输出ck，并对ck模2运算，便得到ak,物理解释：ck=ak+ak-1它说明ck不是独立的，具有相关性(因半余弦滤波器存在固定干扰)，因此bk也是不是独立的，也具有相关性，从推导看出两相关性正