通信概论课件——数字基带传输系统

1、第六章 数字基带传输系统1 基带传输系统结构2 数字基带信号3 基带传输用的码型4 基带传输系统的特性5 基带传输的奈奎斯特准则根据是否采用调制，可以将通信系统分为基带传输系统和频带传输系统。（调频的原因：无线传输就需要高频；提高频带的利用率等等）（2）基带信号经过调制后，其频谱搬移到较高的频率范围，这种经过调制的信号称为频带信号，传输频带信号的系统称为频带传输系统。（1）在实际中，信号的频谱都是从低频开始，这种信号称为基带信号，直接将基带信号经过放大后进行传输的系统称为基带传输系统。6.1 基带传输系统结构基带传输系统的基本组成结构图如下：基带码型形成器：基带信号的码型有很多，有一些不适合在

2、信道中传输（原因），需要转换成适合在信道中传输的码型。也称码型变换器。抽样判决器：实际中不可能做到发送波和接收波完全一致，判决器只要在规定的抽样时刻判断出该时刻是“1”或是“0”即可。接收滤波器：信道特性不理想加上噪声的干扰，接收端的信号会发生变化。滤波的作用：滤除带外噪声及对失真信号进行均衡。6.2 数 字 基 带 信 号（2）数字基带信号的类型有很多，常见的有矩形脉冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。最常用的是矩形脉冲。( 1 ) 数字基带信号是指消息代码的电波形，它是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。单极性非归零波形NRZ0电平表示二进制符号0，高电位表示二进制符号1在整个码元期间

3、一直保持电平不变。一、数字基带信号(2) 双极性非归零波形 正电平表示二进制符号1、负电平表示二进制符号0。 在整个码元期间一直电平保持不变(3) 单极性归零波形 与单极性不归零码的区别是：高电平在整个码元周期T内只持续一段时间t，而不是充满整个码元周期T。一般取t为T的一半。( 4 ) 双极性归零波形同时具有双极性和归零的特点。总结：当出现连续的1或者0时，不归零码呈现连续的固定电平，无电平跃变，也就无法提取定时信息。单极性归零码出现连续的0时也存在同样的问题。(5)差分波形以相邻码元的电平变化来表示二进制符号“1”，电平不变化表示二进制符号“0”。差分码波形代表的信息符号仅与相邻码元的电位

4、变化有关，而与电平的极性无关。0 1 0 1 1 0 0 1+E -E (6) 多电平波形 用多个不同的电平表示信息的多种不同符号或符号组合。例：在下图中，使用4种电平00、01、10、11表示4种信息符号，用+E表示01，用-E表示10，用+3E表示11，用-3E表示00。2.误码1) 误码概念 在数字通信中是用的脉冲信号,即用“1”和“0”携带信息。由于噪声、串音及码间干扰以及其他突发因素的影响,当干扰幅度超过脉冲信号再生判决的某一门限值时,将会造成误判成为误码,如图4.2所示。 图4.2 噪声叠加在数字信号上的波形 设用b1(t)表示代表二进制符号“0”的波形，用b2(t)表示代表二进制

5、符号“1”的波形， Tb表示码元的时间宽度， an表示第n个信息符号对应的电平值（0、+1、-1等）。 基带信号序列可以写成表示式：二、基带信号波形的表示式6.3 基带传输用的码型(2)码型所对应的基带信号无直流成分和只有很小的低频成分；直流成分：通俗的解释是波形的平均值不为0。数字信号传输一般通过再生中继站进行接力，它是不通直流的， 这样就会造成信息的丢失。(1)接收端能从码型对应的基带信号中提取定时信号； 传输系统一般都是从接收到的基带信号中提取定时信号。因此线路码型中应包含定时时钟信息。 在实际的基带传输系统中，并不是所有的基带波形都能在信道中传输。 传输码型的结构应很好的满足以下几个特

6、性：(5)码型结构含有内在的检错能力。数字信号经过传输后可能会产生误码，应做到对码型进行分析之后就能发现是不是有错误存在。(4)码型的传输效率应尽可能地高(3)码型能同时适应不同统计特性的信息源； 统计特性指概率分布。信源可能出现连续的1或0，导致接收端无法接收定时信号。所以码型中不能长时间地出现高电平或低电平。 AMI的优点：AMI码型中0电位保持不变，而正负脉 冲交替，使得信号序列无直流成分，比较适宜于在信道中传输； AMI的缺点：当出现长的连续0时不利于提取定时信号。 1、传号交替反转码（AMI码）编码时遵循以下规则： （1）原信息码的“0”仍编为传输码的0； （2）原信息码的“1”在编

7、为传输码时，交替地变换为+1，-1 。例如：信息码序列：01001000101101 AMI码： 0+100-1000+10-1+10-1双相码的优点：无直流成分；每个码元都有跳变，易提取定时信息双相码的缺点：原来的每位符号变成了两位符号，要求系统提供的 带宽应增加1倍。 原始代码011011001 双相码0110100110100101100 1 1 0 1 1 0 0 12、双相码（曼彻斯特码，Manchester）编码原则： （1）原始序列中的符号“0”编成01，将符号“1”编成10 。 （2）双相码的波形相当于在码元中间有电平跳变，“0”是上升沿，“1”是下降沿。例 双相码编码及波形编

8、码原则：（1）原始符号“1”用上升沿或下降沿交替表示。 （2）原始符号“0”则分成单个“0”还是连续“0”予以不同处理；单个“0”时，保持0前的电平不变；对于连续“0”，则使连续两个“0”的码元边界处发生电平跃变。例0 1 1 0 1 1 0 0 1曼彻斯特码密勒码3、延迟调制码（Miller码）优点： CMI没有直流成分，有很多跃变，容易提取定时信息；4、传号反转码（CMI码）编码规则是：对符号“1”用高电平11和低电平00交替表示，对符号“0”用上升沿01表示。(a) 双相码； (b) 密勒码； (c) CMI码6.4 基带传输系统特性波形在信道中传输会受到两种影响：由于信道特性的限制，信

9、号波形可能会发生一定程度的畸变。使前面码元对后面若干码元都有影响，即产生码间串扰。信道传输过程中要叠加进信道噪声。当噪声幅度过大时，将会引起接收端的判断错误。信号接收端必须采取措施，正确恢复原始信号：使用滤波器滤除噪声对信号进行再生识别（限幅整形、抽样判决） 基带传输过程：发送基带信号（脉冲序列）： 为发送传输码波形，an为传输码电平取值。接收滤波器输出为r(t)，它相对于s(t)来说含有畸变和叠加噪声： 是接收滤波器输出的码形。 被送入再生识别系统进行处理，设其进行抽样判决时时刻为（kTb+t0）,k是指第k个时刻，则： 式中第一项 是第k个波形在上述抽样时刻的取值； 式中第二项 是接收信号

10、中除第k个以外所有的基波在第k个抽样时刻上的总合，此项称为码间干扰值； 式中第三项 是噪声。只有当后两项的影响不超过第一项时才不会产生失真6.5 基带传输的奈奎斯特准则 由于信道存在缺陷，又有外界干扰，所以传输的过程中对信号的影响很大，该准则主要是研究输入信号如何与传输系统配合才能减少或者消除这些影响。 传输系统可以等效为一个具有一定频率特性的线型网络一、无畸变传输条件传递函数为： 若要实现输出波形无失真，则只能存在线性衰减和时延，则应该有：则此时有： 实际的传输系统，由于信道特性不理想，噪声引入等因素，导致码间串扰，信号无法恢复。二、码间串扰产生的原因： 任何信号的频域受限和时域受限不可能同

11、时成立。 任何信道的频域都是有限的，所以信号经过频域受限信道后在时域上必定是无限延伸的，这样就会产生码间串扰。 需要明确的是：码间串扰是不可避免的，也是无法改变的。现在的目标是：即便信号传输后整个波形发生了变化，但只要在特定时刻的抽样值仍能反映信号的幅度，仍可以恢复原始信号。三、无码间串扰的传输条件 假设经过传输系统的输出基带信号为： 由(1)式可知，在任何一个时刻， y(t)都包含由很多码元产生的波形。 如果对K个码元进行抽样，此时时间为t=KTb，把t值带入(1)式得： 此时无码间串扰的充要条件：在该抽样时刻，只有本码元由最大值，其它码元在该时刻的值对结果没有影响。 也即：h(t)在t=0

12、时对应码元的抽样值不为0，此时其它码元的抽样值为0 把上式的积分区间以 为间隔进行分割，得 重新换回w 根据(2)式的要求，K=0时，h(KTb)=S0，代入(3)式 物理意义： 将传递函数的频谱以 为间隔切开，然后分段沿w轴平移到 区间内，叠加起来应该为常数 现在我们假设不用叠加直接就式常数， 进行傅氏变化后 如果发送间隔为Tb，接收端在nTb时刻进行抽样，就能保证在抽样时刻该码元达到最大值，其余均过零点，不会串扰 Tb称为奈奎斯特间隔，码元速率为1/Tb，带宽为1/2Tb 定义频带利用率为 对于上述理想信道而言 含义：基带系统所能提供的最高频带利用率是单位频带内每秒传送2个码元，这是个极限值。 实际的低通效果做不到那么陡峭，H(w)表达式中包含一个参数a（叫滚降系数），决定了陡峭程度。A介于0到1之间，越大越平坦。6.6 部分响应的基带传输系统 奈奎斯特第二准则：在某些码元的抽样时刻进行控制，使其存在码间干扰，而在其余码元抽样时刻无码间干扰，能使频带利用率提高到理论上最大值，同时还能降低对定时精度的要求。达到这种性能的基带传输系统称为部分相应系统。 （在部分响应系统中，利用人为的、