通信原理刘镰斧第4章 数字基带传输

1、电子科技大学通信学院1/108通信原理第第4 4章章 数字基带传输数字基带传输 电子科技大学通信学院2/108第4章 数字基带传输数字基带传输数字基带传输数字基带传输运用各种基带信号传输数字序列 4.1 二元与多元数字基带信号4.2 数字基带信号的功率谱与带宽4.3 二元信号的接收方法与误码分析4.4 *多元信号的接收方法与误码分析4.5 码间串扰与nyquist准则4.6 *信道均衡4.7 *部分响应系统4.8 符号同步4.9 线路码型电子科技大学通信学院3/1084.1 二元与多元数字基带信号电子科技大学通信学院4/1084.1 二元与多元数字基带信号二元与多元数字基带信号电子科技大学通信

2、学院5/1084.1 二元与多元数字基带信号二元与多元数字基带信号电子科技大学通信学院6/1084.1 二元与多元数字基带信号二元与多元数字基带信号电子科技大学通信学院7/1084.1 二元与多元数字基带信号二元与多元数字基带信号电子科技大学通信学院8/1084.1 二元与多元数字基带信号二元与多元数字基带信号电子科技大学通信学院9/1084.1 二元与多元数字基带信号二元与多元数字基带信号电子科技大学通信学院10/1084.1 二元与多元数字基带信号二元与多元数字基带信号电子科技大学通信学院11/1084.1 二元与多元数字基带信号二元与多元数字基带信号电子科技大学通信学院12/1084.1

3、 二元与多元数字基带信号二元与多元数字基带信号电子科技大学通信学院13/1084.1 二元与多元数字基带信号二元与多元数字基带信号电子科技大学通信学院14/1084.9 线路码型线路码型电子科技大学通信学院15/1084.9 线路码型线路码型电子科技大学通信学院16/1084.9 线路码型线路码型电子科技大学通信学院17/1084.9 线路码型线路码型电子科技大学通信学院18/1084.9 线路码型线路码型电子科技大学通信学院19/1084.9 线路码型线路码型数字双相码通过数字双相码通过t t触发器，采用下降沿触发。触发器，采用下降沿触发。电子科技大学通信学院20/1084.9 线路码型线路

4、码型电子科技大学通信学院21/1084.9 线路码型线路码型4.9.2 hdb3码及其他1.1.3 3阶高密度双极性码阶高密度双极性码 (hdb3)(hdb3) ami码的一种改进码型，itu-t推荐使用的码型之一。编码规则： 将满足正负交替的码称为b码，违反正负交调的码称为v码。1）先进行ami编码2）检查连续0，每出现一个四连0，用“破坏码元”组b00v或000v代替。代替原则是任意两v码之间的b码个数维奇数。这样，b码和v码均满足正负交替。无直流。电子科技大学通信学院22/1084.9 线路码型线路码型电子科技大学通信学院23/1084.9 线路码型线路码型电子科技大学通信学院24/10

5、84.2 数字信号的功率谱数字信号的功率谱与带宽与带宽电子科技大学通信学院25/1084.2 数字信号的功率谱与带宽数字信号的功率谱与带宽电子科技大学通信学院26/1084.2 数字信号的功率谱与带宽数字信号的功率谱与带宽 22222222221 00 0 sssjkftsknsnaajkfttsksjkftasskkssefk / tte ae amc(k )r(k )mkc(k )k|g ( f )|p( f )r(k )etm|g( f )|c(k )eg k / tfk / ttt22222 asskssm|g( f )|g k / tfk / ttt平稳平稳线性无关线性无关平稳平稳线

6、性无关线性无关连续谱连续谱 离散谱离散谱电子科技大学通信学院27/1084.2 数字信号的功率谱与带宽数字信号的功率谱与带宽功率谱求解步骤： 1、映射 an、gt(t) 2、变换得|gt(f)|，由于与相位无关，t的0点任意 3、获得pan，求r(k),e(a)，或c(k), ma离散分量得特点： 1、离散谱中的(f-k/ts)(f-k/ts)中中，k k1 1为码元频率分 量,k=0为直流分量， k0的分量包含定时信息 2、 ma=0，无离散分量 3、方波宽度为ts，无离散分量 fsafsincfftrect sin电子科技大学通信学院28/1084.2 数字信号的功率谱与带宽数字信号的功率

7、谱与带宽电子科技大学通信学院29/1084.2 数字信号的功率谱与带宽数字信号的功率谱与带宽电子科技大学通信学院30/1084.2 数字信号的功率谱与带宽数字信号的功率谱与带宽电子科技大学通信学院31/1084.2 数字信号的功率谱与带宽数字信号的功率谱与带宽电子科技大学通信学院32/1084.2 数字信号的功率谱与带宽数字信号的功率谱与带宽例4.4 单极性rz码的功率谱2221 2 1 4222221122aabbbbtbbbsbbm/sinf t /atatf tg ( f )sincf t /a tf tkp ( f )sincftt02ksinc当k为奇数和0时电子科技大学通信学院33

8、/1084.2 数字信号的功率谱与带宽数字信号的功率谱与带宽电子科技大学通信学院34/1084.2 数字信号的功率谱与带宽数字信号的功率谱与带宽讨论：讨论：1、在等概和符号独立（线性无关）的条件下，、在等概和符号独立（线性无关）的条件下， 如何求上述信号的功率谱？如何求上述信号的功率谱？ 2、差分编码，数字双相码，、差分编码，数字双相码，ami码信号的功率码信号的功率 谱如何求？需要什么条件？谱如何求？需要什么条件？ 3、如何求信号的平均功率？、如何求信号的平均功率？电子科技大学通信学院35/1084.2 数字信号的功率谱与带宽数字信号的功率谱与带宽一般性假设：一般性假设： bn为独立序列，等

9、概（或不等概，给定概率）为独立序列，等概（或不等概，给定概率） an的概率根据的概率根据bn和编码规则确定，取稳态概率和编码规则确定，取稳态概率概率计算：概率计算： bn的概率由初试条件给定，对于简单映射，的概率由初试条件给定，对于简单映射，bn独立则独立则 an独立，独立，an的概率可根据的概率可根据bn直接映射。直接映射。电子科技大学通信学院36/1084.3 二元信号的接收方法二元信号的接收方法与误码分析与误码分析 电子科技大学通信学院37/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析 电子科技大学通信学院38/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号

10、的接收方法与误码分析 电子科技大学通信学院39/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析 电子科技大学通信学院40/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析 电子科技大学通信学院41/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析 电子科技大学通信学院42/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析 电子科技大学通信学院43/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析22222222121212zxz mxz mxq( x)edzxmqedzmxqedz电

11、子科技大学通信学院44/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析 电子科技大学通信学院45/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析 电子科技大学通信学院46/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析 0100110011 : : ttsnstsrsnsesstsssstssssnsvvssnsryyyvyf (r / y )f (ry )pp yyp rv / yyp yyp rv / yyp yyf (ry)drp yyf (ry )dr电子科技大学通信学院47/1084.3 二元信号的接收方法与误码

12、分析二元信号的接收方法与误码分析电子科技大学通信学院48/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析 电子科技大学通信学院49/108221022()()22111022sstnntryryvennvnnpp aedrp aedr证明：221022()()221110022tstsnnvyvyenntnnpp aep aev220122()()222201220()()0 ln1221tstsnnvyvyntstsnnnnnp avyvyp aep ap a222100102()2ln1nsstssnnp ayyvyyp a201010ln21ssnntssnyyp

13、 avyyp a电子科技大学通信学院50/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析 221022()()221021010102111122221122 : 242sstnntryryvevnnsttsnnsssssstnnpedredryvvyqqyyyyyyqqv在加性高斯白噪声条件下：电子科技大学通信学院51/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析 等价于输入为ys1(t)-ys0(t)时输出端采样信号的信噪比电子科技大学通信学院52/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析n低通滤波器接收（在信

14、号采样值不变的条件下滤除噪声） 设滤波器带宽为b，输入噪声功率谱为n0/2，接收系统输入信号s(t)，其采样值为s1和s0。2210102044ssnyysspeqqn b输出参数 输入参数电子科技大学通信学院53/1082.6 噪声中的信号处理电子科技大学通信学院54/1082.6 噪声中的信号处理电子科技大学通信学院55/1082.6 噪声中的信号处理电子科技大学通信学院56/1082.6 噪声中的信号处理电子科技大学通信学院57/1082.6 噪声中的信号处理nt0的取值问题 设 0s(t ) t ,t 0000 0 s(tt )ttttttt 000 0 h(t )s(tt )tttt

15、考虑滤波器的物理可实现问题考虑最小延时，取0tt 0h(t )s(tt ) t ,t 电子科技大学通信学院58/1082.6 噪声中的信号处理n匹配滤波器的物理实现1。频域实现：rlc电路实现2。时域实现：00000 0 0 2tmint,t tmaxt t , t ttth:tztttzty(t )x(t ) h(t )x( z )h(tz )dzx:ztx( z )h(tz )dztty(t )x(tz )h( z )dzx( z )h(tz )dzttty(t )x( z )s(t(tz )dzx( z )s( z )dz 注意：这种方法仅在采样点t时刻等价。电子科技大学通信学院59/1

16、082.6 噪声中的信号处理n信号通过匹配滤波器的响应1022210 0 222ttt tt ty (t )s( z )s(ttz )dztty (t )s( z )s(ttz )dztttttzy (t )s()s(t( tt )dy ( tt ) 令 电子科技大学通信学院60/108例：设信号波形 求该信号通过其匹配滤波器后的信号表达式。 0tt( )0 tes t其它解：匹配滤波器的冲击响应为： 0tt( )0 t tceh t其它12( )( )( )( )( )y ts th ty ty t电子科技大学通信学院61/108210022110( )112ttt tt ttt ttttt

17、 tt ty tc e edcee dceec e eecee 3211( )(2)t tt ty tyttcee 131 0 2( )0 othert tt tt tt tceettceettty t 电子科技大学通信学院62/1082.6 噪声中的信号处理电子科技大学通信学院63/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析n匹配滤波器接收1010 s (t )s (t )h(t )s (tt )s (tt )2210102000210202 2 : 24tssdddnssnd( yy)eees (t )s (t )dtn /n( yyqeq)pen输出信噪比为：

18、电子科技大学通信学院64/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析 204apeqn b电子科技大学通信学院65/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析n用输入平均比特能量表示误码率 lpf接收： 设幅度为a的单极性nrz码，用第一零点带宽近似表示lpf的带宽。221100020001222442btbbssbbbba teps eps ea dte / teapeqqqn bn / tnmf接收：2002 pe=2dbdbbeeea teqqnn电子科技大学通信学院66/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法

19、与误码分析 电子科技大学通信学院67/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析 200042422ssdseeepeqqqn e /nn电子科技大学通信学院68/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析 电子科技大学通信学院69/1084.3 二元信号的接收方法与误码分析二元信号的接收方法与误码分析 电子科技大学通信学院70/1084.4 * *多元信号的接收多元信号的接收方法与误码分析方法与误码分析电子科技大学通信学院71/1084.4 *多元信号的接收方法与误码分析多元信号的接收方法与误码分析电子科技大学通信学院72/1084.4

20、 *多元信号的接收方法与误码分析多元信号的接收方法与误码分析电子科技大学通信学院73/1084.4 *多元信号的接收方法与误码分析多元信号的接收方法与误码分析电子科技大学通信学院74/1084.4 *多元信号的接收方法与误码分析多元信号的接收方法与误码分析在等概条件下，最佳门限为：1100122112(1)(2)(1)(2)(1)/2/2/2tsssasatsssasat ms ms ms mas mavyyyyyyvyyyyyyvyyyyyy电子科技大学通信学院75/1084.4 *多元信号的接收方法与误码分析多元信号的接收方法与误码分析电子科技大学通信学院76/1084.4 *多元信号的接

21、收方法与误码分析多元信号的接收方法与误码分析1）对两个外层电平 20212(1)2(1)100()210(1)(1)(1)()(1)(1)2012112nsntns mt mnntnnsassrytsanvnnnnt mnns mass mryvs mt mnnp rvap ryyyyvyyedrqqp rvamp ryyyyyvedrq annyq 22222211 22ttr mr mvttvvmm vqedrqedr电子科技大学通信学院77/1084.4 *多元信号的接收方法与误码分析多元信号的接收方法与误码分析2）对中间电平 12111111211/2/ntntnnsassnsasss

22、tntsnanprvrvap ryyyyp ryyyyqyvqvyq y电子科技大学通信学院78/1084.4 *多元信号的接收方法与误码分析多元信号的接收方法与误码分析对于幅值为31a,a,. (m)a的系统202121n(m)a(m)apeqqmmn b电子科技大学通信学院79/1084.4 *多元信号的接收方法与误码分析多元信号的接收方法与误码分析电子科技大学通信学院80/1084.4 *多元信号的接收方法与误码分析多元信号的接收方法与误码分析电子科技大学通信学院81/1084.4 *多元信号的接收方法与误码分析多元信号的接收方法与误码分析电子科技大学通信学院82/1084.4 *多元信

23、号的接收方法与误码分析多元信号的接收方法与误码分析电子科技大学通信学院83/1084.4 *多元信号的接收方法与误码分析多元信号的接收方法与误码分析电子科技大学通信学院84/1084.4 *多元信号的接收方法与误码分析多元信号的接收方法与误码分析电子科技大学通信学院85/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquistnyquist准则准则电子科技大学通信学院86/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 电子科技大学通信学院87/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 电子科技大学通信学院88/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 电子科

24、技大学通信学院89/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 电子科技大学通信学院90/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 电子科技大学通信学院91/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 电子科技大学通信学院92/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 电子科技大学通信学院93/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 电子科技大学通信学院94/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 电子科技大学通信学院95/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 电子科技大学通信学

25、院96/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 0020022214sin(f t ) cos(f t )f t(f t )电子科技大学通信学院97/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 电子科技大学通信学院98/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 电子科技大学通信学院99/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 带宽为带宽为5mhz电子科技大学通信学院100/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 22trcjfrtgfhfgfgf e 电子科技大学通信学院101/1084.5 码间串扰与码间串扰

26、与nyquist准则准则 电子科技大学通信学院102/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 电子科技大学通信学院103/1084.5 码间串扰与码间串扰与nyquist准则准则 电子科技大学通信学院104/1084.6 * *信道均衡信道均衡电子科技大学通信学院105/1084.6 *信道均衡信道均衡电子科技大学通信学院106/1084.6 *信道均衡信道均衡n nhn nhnhn nhn nh电子科技大学通信学院107/1084.6 *信道均衡信道均衡电子科技大学通信学院108/1084.6 *信道均衡信道均衡电子科技大学通信学院109/1084.6 *信道均衡信道均衡电

27、子科技大学通信学院110/1084.6 *信道均衡信道均衡电子科技大学通信学院111/1084.6 *信道均衡信道均衡电子科技大学通信学院112/1084.6 *信道均衡信道均衡2 1n n kkkn n kkje e rc (i)c (i)e e rc 0n n ke e r说明j与ck成反比变化，需加大ck电子科技大学通信学院113/1084.7 * *部分响应系统部分响应系统电子科技大学通信学院114/1084.7 *部分响应系统部分响应系统电子科技大学通信学院115/1084.7 *部分响应系统部分响应系统电子科技大学通信学院116/1084.7 *部分响应系统部分响应系统 2sin/

28、sin/sin/ittbbbbbbbbbbhtgtgtttttt ttt tt ttttt tt 211cos202bbtbbjftitjftbbbtgft rect f thfgfeftefwtfw电子科技大学通信学院117/1084.7 *部分响应系统部分响应系统电子科技大学通信学院118/1084.7 *部分响应系统部分响应系统n部分响应系统相关编码的一般式011nnnnn ncr brb.r b 1100sin/nnbbktbkkkbbtktth tr gtktrtktt010 1 000nnnb., , , ,.c., ,r ,r ,.r , ,.电子科技大学通信学院119/1084

29、.7 *部分响应系统部分响应系统n部分响应系统表电子科技大学通信学院120/1084.7 *部分响应系统部分响应系统n错误扩散问题0101 nnnin innin iiicrbbcrbr 01001mod l mod l mod l nnnin innin iiinnnin inibrddbrdrcrdbcn预编码（解决错误扩散问题）电子科技大学通信学院121/1084.7 *部分响应系统部分响应系统n传输电平变换问题 010011mod l mod l mod l = mod lnnnin innin iiinnin inninnnbrddbrdrcrdef cbcfe注意：预编码采用模l加

30、法，相关编码采用常规加法电子科技大学通信学院122/1084.7 *部分响应系统部分响应系统n第i类部分响应算法1）预编码111 2nnnnnnnnnbdddbddbdmod2）相关编码1nnncdd3）传输电平变换 1212121nnnnecdd4）电平反变换5）译码12nnec 2nnbc mod电子科技大学通信学院123/1084.7 *部分响应系统部分响应系统 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 2 2 1 0 1 1 1 2 2 -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 1nnn/nbdcd -1 1 1 1 0 0 0 2 2 0 -2 0 0