数字基带传输系统课件

第五章数字基带传输系统5.1数字基带信号5.2基带传输的常用码型5.3基带脉冲传输与码间干扰5.4无码间干扰的基带传输特性5.5部分响应系统5.6无码间干扰基带系统的抗噪声性能5.7眼图1第五章数字基带传输系统5.1数字基带信号15.1数字基带信号数字基带信号波形在传输距离不远的有线信道,数字基带信号可直接传送.任何数字传输系统均可等效为基带传输系统组成基带信号的单个码元可以是矩形、升余弦脉冲、高斯形脉冲、半余弦脉冲等。25.1数字基带信号数字基带信号波形2单极性波形双极性波形单极性归零双极性归零差分波形多值波形011010011103EE-E-3E3单极性波形双极性波形单极性归零双极性归零差分波形多值波形0

基带信号的频谱特性

数字基带信号一般是随机信号，用功率谱密度来描述其频谱特性。设二进制随机脉冲序列，g1（t）—0，g2（t）—1，码元宽度Ts，在任一码元时间Ts内g1（t）和g2（t）出现的概率为P，1-P，且统计独立。Ts4基带信号的频谱特性

数字基带信号一般是随机信号，用功

S（t）通常是功率型的看成是由一个稳态波和交变波构成5S（t）通常是功率型的看成是由一个稳态波

（稳态波）—的平均分量1.稳态波的功率谱密度6（稳态波）—的2.交变波的功率谱密度

3.的功率谱密度(1)单极性波形设72.交变波的功率谱密度

3.

(2)双极性波形一般地,如果(与t无关)且0≤k≤1则g1(t)及g2(t)组成的脉冲序列将无离散谱.8

(2)双极性波形一般地,如果5.2基带传输的常用码型码型,脉冲波形的区别传输码型(线路码)的设计原则:传输频带的高频和低频部分均受限便于从基带信号中提取位定时信息.对传输频带低端受限的信道,传输码型频谱不含直流分量.码型变换(码型编译码)过程不受信源统计特性影响.(传输码型的频谱与信源的统计特性有关)95.2基带传输的常用码型码型,脉冲波形的区别94)尽可能提高传输码型的传输效率.

5)具有内在的检错能力.AMI码AlternateMarkInversion0→0,1交替变换为+1,-1的归零码,通常脉冲宽度为码元周期之半.消息10011000111AMI码+100-1+1000-1+1-1特点:基带信号正、负脉冲交替，0电位保持不变—无直流成分二进制符号序列—三进制符号序列（一位）二进制符号—（一位）三进制符号（1B/1T码型）104)尽可能提高传输码型的传输效率.

5)具有内在的检错能力.二进制信息1010000010011

发送AMI码+10–100000+100–1+1

接收AMI码+10–100+100+100–1+1AMI码含有冗余信息，具有检错能力。缺点与信源统计特性有关，功率谱形状随传号率（出现“1”的概率）而变化。出现连“0”时，长时间不出现电平跳变，定时提取困难。破坏极性交替规律11二进制信息10100000归一化功率谱1fTHDB3AMIP=0.5P=0.4能量集中在频率为1/2码速处,位定时频率(即码速频率)分量为0,但只要将基带信号经全波整流变为二元归零码,即可得位定时信号.12归一化功率谱1fTHDB3AMIP=0.5P=0.4能量集中HDB3码(HighDensityBipolar—3Zeros)消息代码→AMI码没有4个以上连0→HDB3第4个0变为同极性V,相邻V之间有偶数个非0符号,将该小段第1个0变换反极性B,后面的非0符号从V开始交替变化.消息码100001000011000011AMI码-10000+10000-1+10000-1+1HDB3码-1000-V+1000+V-1+1-B00-V+1-1译码:V是表示破坏极性交替规律的传号,V是破坏点,译码时,找到破坏点,断定V及前3个符号必是连0符号,从而恢复4个连0码,再将-1变成+1,便得到消息代码.13HDB3码(HighDensityBipolar—35.3基带脉冲传输与码间干扰基带系统模型

发送滤波器传输信道n(t)接收滤波器发送滤波器输入发送滤波器输出GT（ω）C（ω）GR（ω）识别电路+d(t)s(t)r(t)nR(t)145.3基带脉冲传输与码间干扰基带系统模型GT（ω）C（ω接收波限幅门限限幅整形抽样判决(再生)15接收波限幅门限限幅整形抽样判决(再生)15发送滤波器传输特性为GT（ω）

则：接收滤波器输出信号r(t)r(t)→识别电路抽样时刻kTs+t0t0是可能的时偏(由信道特性及接收滤波器决定)n(t)通过接收滤波器16发送滤波器传输特性为GT（ω）

则：接收滤波器输出信号第k个接收基本波形码间干扰随机干扰为使基带脉冲传输获得足够小的误码率,必须最大限度地减少码间干扰和随机噪声的影响17第k个接收码间干扰随机干扰为使基带脉冲传输获得足够小的误码率5.4无码间干扰的基带传输特性

基带传输特性识别h(t)为系统的冲激响应185.4无码间干扰的基带传输特性

当无码间干扰时,对h(t)在kTs抽样,有:

奈奎斯特第一准则19当无码间干扰时,对h(t)在kTs抽样,有:

奈奎斯特第H(ω)为理想低通时,满足无码间干扰条件

20H(ω)为理想低通时,满足无码间干扰条件

20输入数据以1/Ts波特进行传送,则在抽样时刻无码间干扰.系统频带宽度为,最高频带利用率设系统频带为W(赫),则该系统无码间干扰时的最高传输速率为2W(波特)21输入数据以1/Ts波特进行传送,则在抽样时刻无码间干扰.系统当H(ω)的定义区间超过时,满足奈奎斯特第一准则的H(ω)不只有单一的解.22当H(ω)的定义区间超过将圆滑处理(滚降),只要对W1呈奇对称,则满足奈奎斯特第一准则.滚降因数23将圆滑处理(滚降),只要按余弦滚降的表示为当α=1时,带宽比α=0加宽一倍,此时,频带利用率为1B/Hz24按余弦滚降的表示为当α=1时,带宽比α=05.5部分响应系统奈奎斯特第二准则：有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间干扰，而在其余码元的抽样时刻无码间干扰，那么就能使频带利用率提高到理论上的最大值，同时又可以降低对定时精度的要求。这种波形称为部分响应波形。利用部分响应波形进行传送的基带传输系统称为部分响应系统。255.5部分响应系统奈奎斯特第二准则：25例两个时间间隔为一个码元时间Ts的sinx/x波形相加。26例两个时间间隔为一个码元时间Ts的sinx/x波形相加。22727g(t)的尾巴按1/t2变化，衰减大，收敛快。

若用g(t)作为传送波形,且传送码元间隔为Ts,则在抽样时刻,将发生前后码元相互干扰,而与其他码元不发生干扰.输入的二进制码元序列{ak},接收波形g(t)在相应的抽样时刻获得的ck值为:ck=ak+

ak-1

若ak-1已经判定,则借助收到的ck,便可得到ak

ak=ck-ak-1易造成错误传播28g(t)的尾巴按1/t2变化，衰减大，收敛快。

若用g(t)让发送端ak变成bk

ak=bk⊕bk-1预编码即bk=ak⊕bk-1

{bk}作为发送滤波器的输入码元序列ck=bk+bk-1相关编码对ck作模2处理[ck]mod2=[bk+bk-1]mod2=bk⊕bk-1=

ak模2判决

预编码—相关编码—模2判决不存在错误传播现象

29让发送端ak变成bk

ak=bk例ak11101001

bk-1

01011000bk10110001ck11121001[ck]mod211101001首个bk-1可任意预置

30例ak111010+相加模2判决TT发ak收akbkbkckbk-1bk-1预编码相关编码抽样脉冲31+相加模2判决TT发ak收akbkbkckbk-1bk-1预当g(t)是N个相隔Ts的sinx/x波形之和

R1,R2,…Rn为n个冲激响应波形的加权系数,取值为正、负整数（包括0）预编码ak=R1bk+R2bk-1+…+Rnbk-(n-1)

+:模L相加,ak,bk为L进制相关编码ck=R1bk+R2bk-1+…+Rnbk-(n-1)算术加对ck作模L处理[ck]modL=[R1bk+R2bk-1+…+Rnbk-(n-1)]modL=ak32当g(t)是N个相隔Ts的sinx/x波形之和

R1,R2,5.6无码间干扰基带系统的抗噪声性能信道噪声:平稳高斯白噪声,零均值,方差信道噪声的瞬时值为V，则判决电路输入噪声，平稳高斯随机噪声，功率谱密度335.6无码间干扰基带系统的抗噪声性能信道噪声:平稳高斯双极性基带信号,在一个码元持续时间内,抽样判决器输入端波形发“1”时,的一维概率密度发“0”时,的一维概率密度34双极性基带信号,在一个码元持续时间内,抽样判决器输入端波形31错判为0,概率Pe1,0错判为1,概率Pe2

351错判为0,概率Pe1,0错判为1,概率Pe2发“1”的概率为P（1）发“0”的概率为P（0）基带传输系统总的误码率Pe=P（1）Pe1+P（0）Pe236发“1”的概率为P（1）发“0”的概率为P（0）36使总误码率最小的判决门限最佳门限电平若P（0）=P（1）=1/2此时单极性基带波形Pe=1/2Pe1+1/2Pe237使总误码率最小的判决门限最佳门限电平Pe=1/2Pe1+5.7眼图

将接收波形输入示波器的垂直放大器，把产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步，则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图案，称为“眼图”385.7眼图

将接收波形输入示波器的垂直放大器，把产5.7眼图

将接收波形输入示波器的垂直放大器，把产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步，则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图案，称为“眼图”395.7眼图

将接收波形输入示波器的垂直放大器，把产5.7眼图

将接收波形输入示波器的垂直放大器，把产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步，则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图案，称为“眼图”405.7眼图

将接收波形输入示波器的垂直放大器，把产5.7眼图

将接收波形输入示波器的垂直放大器，把产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步，则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图案，称为“眼图”415.7眼图

将接收波形输入示波器的垂直放大器，把产噪声容限抽样时刻畸变最佳抽样时刻判决门限电平过零点畸变斜率对定时误差的敏感度眼图模型42噪声容限抽样时刻畸变最佳抽样时刻判决门限电平过零点畸变斜率例计算机输出二元码的数据速率为56Kbit/S，且采用基带信道传输，若按照以下几种滚降系数设计实际升余弦信道，求信道带宽。（1）（2）解升余弦信道带宽（1）W=1.25×28KHz=35KHz（2）W=1.5×28KHz=42KHz43例计算机输出二元码的数据速率为56Kbit/S，且采用时域均衡

在基带系统中插入一种可调（也可不调）滤波器将能减小码间干扰的影响，这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。在接收滤波器之后插入一个横向滤波器，其冲激响应为：完全依赖于H(ω),那么,理论上就可消除抽样时刻上的码间干扰。44时域均衡

在基带系统中插入一种可调（也可不调）滤波器将能减小…在抽样时刻

除K=0外，我们期望所有的都等于0，适当选择45…在抽样时刻45例：当均衡器的输入序列为其余为零，抽头系数其余为零，求46例：当均衡器的输入序列为其余为零，抽头系数其余1

11用有限长的横向均衡器减小码间干扰是可能的，完全消除是不可能的471第五章数字基带传输系统5.1数字基带信号5.2基带传输的常用码型5.3基带脉冲传输与码间干扰5.4无码间干扰的基带传输特性5.5部分响应系统5.6无码间干扰基带系统的抗噪声性能5.7眼图48第五章数字基带传输系统5.1数字基带信号15.1数字基带信号数字基带信号波形在传输距离不远的有线信道,数字基带信号可直接传送.任何数字传输系统均可等效为基带传输系统组成基带信号的单个码元可以是矩形、升余弦脉冲、高斯形脉冲、半余弦脉冲等。495.1数字基带信号数字基带信号波形2单极性波形双极性波形单极性归零双极性归零差分波形多值波形011010011103EE-E-3E50单极性波形双极性波形单极性归零双极性归零差分波形多值波形0

基带信号的频谱特性

数字基带信号一般是随机信号，用功率谱密度来描述其频谱特性。设二进制随机脉冲序列，g1（t）—0，g2（t）—1，码元宽度Ts，在任一码元时间Ts内g1（t）和g2（t）出现的概率为P，1-P，且统计独立。Ts51基带信号的频谱特性

数字基带信号一般是随机信号，用功

S（t）通常是功率型的看成是由一个稳态波和交变波构成52S（t）通常是功率型的看成是由一个稳态波

（稳态波）—的平均分量1.稳态波的功率谱密度53（稳态波）—的2.交变波的功率谱密度

3.的功率谱密度(1)单极性波形设542.交变波的功率谱密度

3.

(2)双极性波形一般地,如果(与t无关)且0≤k≤1则g1(t)及g2(t)组成的脉冲序列将无离散谱.55

(2)双极性波形一般地,如果5.2基带传输的常用码型码型,脉冲波形的区别传输码型(线路码)的设计原则:传输频带的高频和低频部分均受限便于从基带信号中提取位定时信息.对传输频带低端受限的信道,传输码型频谱不含直流分量.码型变换(码型编译码)过程不受信源统计特性影响.(传输码型的频谱与信源的统计特性有关)565.2基带传输的常用码型码型,脉冲波形的区别94)尽可能提高传输码型的传输效率.

5)具有内在的检错能力.AMI码AlternateMarkInversion0→0,1交替变换为+1,-1的归零码,通常脉冲宽度为码元周期之半.消息10011000111AMI码+100-1+1000-1+1-1特点:基带信号正、负脉冲交替，0电位保持不变—无直流成分二进制符号序列—三进制符号序列（一位）二进制符号—（一位）三进制符号（1B/1T码型）574)尽可能提高传输码型的传输效率.

5)具有内在的检错能力.二进制信息1010000010011

发送AMI码+10–100000+100–1+1

接收AMI码+10–100+100+100–1+1AMI码含有冗余信息，具有检错能力。缺点与信源统计特性有关，功率谱形状随传号率（出现“1”的概率）而变化。出现连“0”时，长时间不出现电平跳变，定时提取困难。破坏极性交替规律58二进制信息10100000归一化功率谱1fTHDB3AMIP=0.5P=0.4能量集中在频率为1/2码速处,位定时频率(即码速频率)分量为0,但只要将基带信号经全波整流变为二元归零码,即可得位定时信号.59归一化功率谱1fTHDB3AMIP=0.5P=0.4能量集中HDB3码(HighDensityBipolar—3Zeros)消息代码→AMI码没有4个以上连0→HDB3第4个0变为同极性V,相邻V之间有偶数个非0符号,将该小段第1个0变换反极性B,后面的非0符号从V开始交替变化.消息码100001000011000011AMI码-10000+10000-1+10000-1+1HDB3码-1000-V+1000+V-1+1-B00-V+1-1译码:V是表示破坏极性交替规律的传号,V是破坏点,译码时,找到破坏点,断定V及前3个符号必是连0符号,从而恢复4个连0码,再将-1变成+1,便得到消息代码.60HDB3码(HighDensityBipolar—35.3基带脉冲传输与码间干扰基带系统模型

发送滤波器传输信道n(t)接收滤波器发送滤波器输入发送滤波器输出GT（ω）C（ω）GR（ω）识别电路+d(t)s(t)r(t)nR(t)615.3基带脉冲传输与码间干扰基带系统模型GT（ω）C（ω接收波限幅门限限幅整形抽样判决(再生)62接收波限幅门限限幅整形抽样判决(再生)15发送滤波器传输特性为GT（ω）

则：接收滤波器输出信号r(t)r(t)→识别电路抽样时刻kTs+t0t0是可能的时偏(由信道特性及接收滤波器决定)n(t)通过接收滤波器63发送滤波器传输特性为GT（ω）

则：接收滤波器输出信号第k个接收基本波形码间干扰随机干扰为使基带脉冲传输获得足够小的误码率,必须最大限度地减少码间干扰和随机噪声的影响64第k个接收码间干扰随机干扰为使基带脉冲传输获得足够小的误码率5.4无码间干扰的基带传输特性

基带传输特性识别h(t)为系统的冲激响应655.4无码间干扰的基带传输特性

当无码间干扰时,对h(t)在kTs抽样,有:

奈奎斯特第一准则66当无码间干扰时,对h(t)在kTs抽样,有:

奈奎斯特第H(ω)为理想低通时,满足无码间干扰条件

67H(ω)为理想低通时,满足无码间干扰条件

20输入数据以1/Ts波特进行传送,则在抽样时刻无码间干扰.系统频带宽度为,最高频带利用率设系统频带为W(赫),则该系统无码间干扰时的最高传输速率为2W(波特)68输入数据以1/Ts波特进行传送,则在抽样时刻无码间干扰.系统当H(ω)的定义区间超过时,满足奈奎斯特第一准则的H(ω)不只有单一的解.69当H(ω)的定义区间超过将圆滑处理(滚降),只要对W1呈奇对称,则满足奈奎斯特第一准则.滚降因数70将圆滑处理(滚降),只要按余弦滚降的表示为当α=1时,带宽比α=0加宽一倍,此时,频带利用率为1B/Hz71按余弦滚降的表示为当α=1时,带宽比α=05.5部分响应系统奈奎斯特第二准则：有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间干扰，而在其余码元的抽样时刻无码间干扰，那么就能使频带利用率提高到理论上的最大值，同时又可以降低对定时精度的要求。这种波形称为部分响应波形。利用部分响应波形进行传送的基带传输系统称为部分响应系统。725.5部分响应系统奈奎斯特第二准则：25例两个时间间隔为一个码元时间Ts的sinx/x波形相加。73例两个时间间隔为一个码元时间Ts的sinx/x波形相加。27427g(t)的尾巴按1/t2变化，衰减大，收敛快。

若用g(t)作为传送波形,且传送码元间隔为Ts,则在抽样时刻,将发生前后码元相互干扰,而与其他码元不发生干扰.输入的二进制码元序列{ak},接收波形g(t)在相应的抽样时刻获得的ck值为:ck=ak+

ak-1

若ak-1已经判定,则借助收到的ck,便可得到ak

ak=ck-ak-1易造成错误传播75g(t)的尾巴按1/t2变化，衰减大，收敛快。

若用g(t)让发送端ak变成bk

ak=bk⊕bk-1预编码即bk=ak⊕bk-1

{bk}作为发送滤波器的输入码元序列ck=bk+bk-1相关编码对ck作模2处理[ck]mod2=[bk+bk-1]mod2=bk⊕bk-1=

ak模2判决

预编码—相关编码—模2判决不存在错误传播现象

76让发送端ak变成bk

ak=bk例ak11101001

bk-1

01011000bk10110001ck11121001[ck]mod211101001首个bk-1可任意预置

77例ak111010+相加模2判决TT发ak收akbkbkckbk-1bk-1预编码相关编码抽样脉冲78+相加模2判决TT发ak收akbkbkckbk-1bk-1预当g(t)是N个相隔Ts的sinx/x波形之和

R1,R2,…Rn为n个冲激响应波形的加权系数,取值为正、负整数（包括0）预编码ak=R1bk+R2bk-1+…+Rnbk-(n-1)

+:模L相加,ak,bk为L进制相关编码ck=R1bk+R2bk-1+…+Rnbk-(n-1)算术加对ck作模L处理[ck]modL=[R1bk+R2bk-1+…+Rnbk-(n-1)]modL=ak79当g(t)是N个相隔Ts的sinx/x波形之和

R1,R2,5.6无码间干扰基带系统的抗噪声性能信道噪声:平稳高斯白噪声,零均值,方差信道噪声的瞬时值为V，则判决电路输入噪声，平稳高斯随机噪声，功率谱密度805.6无码间干扰基带系统的抗噪声性能信道噪声:平稳高斯双极性基带信号,在一个码元持续时间内,抽样判决器输入端波形发“1”时,的一维概率密度发“0”时,的一维概率密度81双极性基带信号,在一个码元持续时间内,抽样判决器输入端波形31错判为0,概率Pe1,0错判为1,概率Pe2

821错判为0,概