第5章-数字信号的基带传输资料.ppt

2020/6/14,通信概论,第5章数字信号的基带传输,5.1数字基带信号5.2基带系统的脉冲传输与码间串扰5.3无码间串扰的基带传输系统5.4无码间串扰基带系统的抗噪声性能5.5眼图,本章内容简介,2020/6/14,第5章数字信号的基带传输,概述数字基带信号未经调制的数字信号，它所占据的频谱是从零频或很低频率开始的，消息代码的电脉冲表示。数字基带传输系统不经载波调制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。数字带通传输系统包括调制和解调过程的传输系统研究数字基带传输系统的原因：近程数据通信系统中广泛采用基带传输方式也有迅速发展的趋势基带传输中包含带通传输的许多基本问题任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等效为一个基带传输系统来研究。,数字基带传输系统,第5章数字信号的基带传输,第5章数字信号的基带传输,第5章数字信号的基带传输,对传输用的基带信号的要求主要有两点：1对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型。2对所选的码型的电波形的要求，期望电波形适宜于在信道中传输。,表示数字(0、1、2、.）的基本频带信号。低频成分丰富；最高频率比最低频率高得多。,前一问题称为传输码型的选择，后一问题称为基带脉冲的选择。,含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜在信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变；一般基带传输系统都是从接收到的基带信号中提取位同步信号，而位同步信号却又依赖于代码的码型。,5.1数字基带信号,5.1数字基带信号（码型设计原则）,线路传输码应具有的主要特性：,能够从其相应的基带信号中提取出定时信息；,码型中的基带信号应该不含直流分量，低频成分尽量少；,不受信源发送符号统计特性的影响，即能够适应信源的变化；,码型具有一定的检错能力；,编码方法应该尽量简单，并考虑尽量提高传输码型的传输效率。,常用线路传输码：AMI、HDB3、Manchester等。,第5章数字信号的基带传输,5.1.1码型设计原则,几种数字基带电信号波形,差分码？,第5章数字信号的基带传输,5.1数字基带信号,第5章数字信号的基带传输,5.1数字基带信号,1单极性非归零（NRZ）码2双极性非归零（NRZ）码3单极性归零（RZ）码4双极性归零（RZ）码5差分码6数字双相码7传号反转码,5.1.2二元码,5.1.3三元码,第5章数字信号的基带传输,5.1数字基带信号,AMI（RZ）码（=0.5Tc）的波形与功率谱密度图形,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隅合的传输信道来说，不易受隔直特性的影响。2虽然它本身不含码元时钟fc的频率成份，但只要在接受端将AMI信号简单整流就变为单极性归零码信号，就产生了时钟成份；3注意到AMI码中不会相继出现极性相同的两个或多个脉冲，这点表明了AMI码具有一定的内在的检测误码能力。4若接收端收到的码元极性与发送端的完全相反，也能正确判决。,1双极性传号交替反转码（AMI码）,2双极性三阶高密度码（HDB3码）,以传号交替翻转码（AMI）为基础，当遇到4个连零时，用“0001”来取代“0000”，该“0001”称为取代节，其中“1”的极性与前边一个信号的极性相同，违背极性交替翻转原则，故此码被称为“V”码。,在前一个V码后，若经奇数个（包括0个）传号后出现“0000”，用取代节“000V”来取代“0000”；若经过偶数个传号后出现“0000”时，取代节用“B00V”形式，其中B作为传号附加脉冲，其极性符合交替翻转原则，V与B极性相同，违背极性交替原则。,可以证明，当两个V码之间的传号数目为奇数时，输出编码序列中加入的V码的极性也是交替翻转的，不会破坏“无直流分量”的基本要求；但当两V码间的传号数目为偶数时，将会导致某一极性的V码增加，会使编码信号序列中产生直流分量，解决办法是：,HDB3码是一种连“0”抑制编码。具体编码规则如下：,第5章数字信号的基带传输,5.1.3三元码,5.1数字基带信号,2双极性三阶高密度码（HDB3码）,从接收HDB3序列中找出V码，将该V码连同它前边的三位（或者是“000”，或者是“B00”）全部用“0”代换；,HDB3的解码非常简单，可分为以下两步：,现在做完代换的序列中的正或负脉冲都代表原始信源数据中的“1”，只要我们对其进行简单的整流处理，就得到信源输出的单极性归零（RZ）码。,第5章数字信号的基带传输,5.1.3三元码,5.1数字基带信号,二进制码0101000001010010000100100000011100100001AMI编码0+000000+000+000000+000000-+-00+0000-HDB3编码0+0-0000+000+000+00+0000+00+00+-000V000VB00VB00V替代节归零0+000000+000+000000+000000+-+00-0000+（AMI码）整流（1=1）（二进制码）0101000001010010000100100000011100100001,发送方编码,接收方解码,HDB3编码与解码举例,第5章数字信号的基带传输,2双极性三阶高密度码（HDB3码）,5.1.3三元码,5.1数字基带信号,第5章数字信号的基带传输,5.1.4多元码,5.1数字基带信号,(a)单极性信号(b)双极性信号图5.2四进制代码波形,第5章数字信号的基带传输,5.2.1数字基带系统的工作原理,5.2基带系统的脉冲传输与码间串扰,我们希望使用尽量窄的系统频带，以提高系统的频带利用率。,我们也希望使用尽量窄的基带脉冲以提高传输速率，但这需要更大带宽。,某接收码元脉冲的展宽就会引起在邻近码元脉冲判决时刻产生干扰。,如何设计无码间串扰的基带系统？怎样提高基带系统的频带利用率？,第5章数字信号的基带传输,5.2.1数字基带系统的工作原理,5.2基带系统的脉冲传输与码间串扰,图5.9数字基带传输系统方框图,第5章数字信号的基带传输,5.2.2基带传输系统的码间串扰,5.2基带系统的脉冲传输与码间串扰,设输入基带脉冲序列an为一冲激序列，并用d(t)表示为：,通过发送滤波器后，产生信号为s(t)，表示为：,这儿gT(t)是发送滤波器GT()的冲激响应，可表示为：,第5章数字信号的基带传输,5.2.2基带传输系统的码间串扰,5.2基带系统的脉冲传输与码间串扰,我们考察输入基带脉冲序列在经过发送滤波器GT()、传输媒介C()、接收滤波器GR()后的总输出，设为y(t)，则,其中h(t)是H()=GT()C()GR()的冲激响应，可表示为：,第5章数字信号的基带传输,5.2.2基带传输系统的码间串扰,5.2基带系统的脉冲传输与码间串扰,我们考察判决电路对第j个脉冲响应时刻(t=jTb)的判决结果，以确定接收码元aj的取值。,to是考虑到接收定时的偏差。,加性噪声对判决结果的影响。,j以外的其他脉冲响应对判决结果的影响码间串扰。,第j个脉冲响应自身的判决结果。,第5章数字信号的基带传输,5.2.2码间串扰的消除,5.2基带系统的脉冲传输与码间串扰,图5.12理想的系统冲激响应波形,5.3无码间串扰的基带传输系统,系统无码间串扰，要求对于输入脉冲(t-jTb)，在接收滤波器输出端的响应h(t-jTb)须满足：,第5章数字信号的基带传输,5.3无码间串扰的基带传输系统,第5章数字信号的基带传输,在一定的码速条件下，有的系统会由于特性不理想产生码间串扰，有的系统则无码间串扰。,在特定的码速条件下，什么样的系统特性无码间串扰？,在一定的系统特性条件下，采用多高的码元传输速率，可以作到无码间串扰？,特定系统特性条件下，无码间串扰的最大速率是多少？,特定系统的频带利用率是多少？采用最佳的系统特性和技术，系统的频带利用率最大可达到多少？,5.3无码间串扰的基带传输系统,第5章数字信号的基带传输,1.理想低通基带传输特性,带宽B=wHz的理想低通，无码间串扰的最小码元间隔为1/2w秒，最大码元速率为2w波特。最大频带利用率2波特/Hz。,5.3无码间串扰的基带传输系统,第5章数字信号的基带传输,1.理想低通基带传输特性,带宽B=1/2TbHz的理想低通，无码间串扰的最小码元间隔为Tb秒，最大码元速率为1/Tb波特。最大频带利用率2波特/Hz。,5.3无码间串扰的基带传输系统,第5章数字信号的基带传输,2.非理想低通基带传输特性,可以证明，基带系统的传输特性只要满足下面的要求，系统都可以做到在抽样判决时刻不存在码间串扰。,5.3无码间串扰的基带传输系统,第5章数字信号的基带传输,2.非理想低通基带传输特性,基带系统的传输特性只要满足下面的要求，系统都可以做到在抽样判决时刻不存在码间串扰。,只要是常数便可。,等效“理想”低通特性。,5.3无码间串扰的基带传输系统,第5章数字信号的基带传输,2.非理想低通基带传输特性,5.3无码间串扰的基带传输系统,第5章数字信号的基带传输,2.非理想低通基带传输特性,“”如何确定？,5.3无码间串扰的基带传输系统,第5章数字信号的基带传输,5.3无码间串扰的基带传输系统,2.非理想低通基带传输特性,第5章数字信号的基带传输,2.非理想低通基带传输特性,升余弦滚降特性低通的冲激响应,5.3无码间串扰的基带传输系统,第5章数字信号的基带传输,5.3无码间串扰的基带传输系统,2.非理想低通基带传输特性,任意滚降系数下，升余弦特性低通系统H()与h(t),任意滚降系数下，基带传输系统的频带利用率,频带利用率=无码间串扰最大码速/系统带宽=2/(1+)单位：波特/Hz,第5章数字信号的基带传输,最大频带利用率max=2/(1+)|=0=2(波特/Hz),奈奎斯特带宽,奈奎斯特速率,奈奎斯特第一准则:,基带系统特性满足(5.27)要求的，均可在特定抽样时刻nTb无码间串扰，最大码速达1/Tb波特。,具有滚降特性的传输系统，可等效为一种“理想”低通Heq(f)或Heq()，其最大带宽为1/2TbHz，称为奈奎斯特带宽fN。,满足(5.27)的传输系统，无码间串扰的最大码速可达奈奎斯特带宽fN的2倍，即1/Tb=2fN波特，称为奈奎斯特速率。,5.3无码间串扰的基带传输系统,第5章数字信号的基带传输,应用举例,例1某基带传输系统特性如下图，是否可以无码间串扰？系统的滚降系数是多少？无码间串扰的最大速率是多少？最大频带利用率是多少？还有哪些速率可消除码间串扰？,滚降系数=0.5无码间串扰的最大速率Rmax=4000波特最大频带利用率max=4/3波特/Hz无码间串扰的速率还有2000、4000/3、1000、800、2