清华大学 通信原理 精品课件 内部资料数字基带传输系统_sxq

,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,3,数字基带系统的理想传输特性,4,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“数字基带系统”？数字基带（baseband）信号：没有经过调制的原始数字信号，如各种文字、数字和图像的二进制代码、语声的PCM及编码等，其频谱是从零频或很低频率开始，我们称为数字基带信号.数字数字基带系统：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？模拟基带系统通信容量小，抗干扰能力差，不便于多媒体通信和实现通信自动化，目前使用越来越少。数字基带传输方式在对称电缆构成的近程数据通信系统中广泛采用；数字基带传输方式它既可用于低速数据传输，也可用于高速数据传输。任何一个采用线性调制的数字传输系统，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,信道信号发生器,抽样判决器,信道,同步提取,接收滤波器,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数字基带系统工作原理及工作过程如下图,单极性不归零信号,进行了码型、波形变换，适合信道传输,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。,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差分码又称相对码（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）,单极性不归零码（NRZ),最简单，但只适用极短距离传输，应用很少。,(1)有直流分量；,(2)判决电平不能稳定在最佳的电平，抗噪声性能不好；,(3)不能直接提取定时信号；,(4)要求一端接地。这样不能用两根芯线均不接地的电缆传输线；,用高电平和零电平分别表示二进制信息“1”和“0”。,特点：,双极性不归零码,特点:,（1）“1”、0”等概时无直流分量为零;,（3）不能提取同步信息;（4）“1”、0”不等概时仍有直流分量。,用正电平和负电平分别表示“1”和“0”,（2）接收端判决电平为0，稳定不变，不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强；,单极性归零码（RZ）,特点：具有一般单极性不归零码缺点，但可直接提取位同步信息。是其它波形提取位定时信号时需要采用的一种过渡波形。,信码“1”高电平只保持一段时间(T)，其余时间为零电平；信码“0”用零电平表示占空比=/T，常取=T/2，占空比=1/2称半占空,双极性归零码,特点：具有双极性不归零码的优点，且可方便的提取位同步信息.,有三种电平，称伪三元码,与双极性非归零码相似，只是脉冲的宽度小于码元间隔。可方便的变换为单极性归零码提取同步信号，应用比较广泛。,T,差分码,特点：利用前后码元电平相对极性变化来传送信息,是一种相对码；,参考电平为“1”,编码规则：“1”变“0”不变或“0”变“1”不变,优点:码元极性相反时亦可正确输出。,用电平的跳变或不变来表示“1”和“0”，也称为相对码。可以解决起始相位的不确定问题。,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）就是前述的交替极性码编码规则：将消息码的“1”码（传号）交替地变为“+1”和“-1”，而“0”码（空号）保持电压为零不变。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码编码。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应正、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编码举例：,(a)输入二进制码元序列01000011000001010,(e)HDB3码0+1000+1-1+1-100-10+10-10,(d)引入补码B0+1000+V1+1-B00-V0+10-10,0+1000+V-1+1000-V0-10+10,(1表示正脉冲，-1表示负脉冲）,(b)AMI码0+100001+100000-10+10,注意：任意两相邻V脉冲之间信息码和B脉冲的个数之和应为奇数。,(c)信码和加上的破坏脉冲V,极性关系不能满足，需引入B,信息码极性从B开始继续交替,1.无直流且低频少；,2.可提出位同步信息；,HDB3码0+1000+V-1+1-B00-V0+10-10,HDB3码特点,（1）-11-11-11-11-11-11-11-11,（2）000-VB00V-B00-VB00V,HDB3码特例：,任意两个相邻的V脉冲之间信息码和B脉冲的个数之和应为奇数。,一个简单的方法：任意两个相邻的V脉冲之间的信息码个数为偶数时，加入一个B脉冲，为奇数则不加。,全“1”和全“0”的HDB3码：,HDB3码的译码方法：,由相邻极性相同码找出V码，根据向前数第三个是否为零找出B码，去掉V、B后其余都是信码。,HDB3码0+1000+1-1+1-100-10+10-10,AMI码0+100001+100000-10+10,VBV,作业,习题1，2,5.4码间串扰InterSymbolInterference,ISI,定义：由于系统总传输特性（包括收、发滤波器和信道的特性）不理想，导致码元的波形畸变，使波形出现展宽、拖尾并蔓延影响到其它码元，从而对其它码元的取样判决造成干扰，我们常称为码间串扰。,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，见下页图。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）,答案：,习题4，5,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,接收滤波器,抽样判决器,+,A,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。,习题6,5.7眼图(另有录像片),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,理想低通,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(