ch4 数字信号基带传输系统

第4章数字信号基带传输系统内容4.1数字基带信号的波形4.2数字基带信号的传输码型4.3数字基带信号功率谱分析4.4数字基带信号的传输及码间干扰4.5眼图4.6均衡4.7基带通信系统仿真实例

基带传输系统噪声源信源信道编码信源编码调制器信道解调器信宿信道译码信源译码数字基带信号来自数据终端的原始数据信号，或者模拟信号经数字化处理后的数字信号频谱都是从零频或零频附近开始，其功率主要集中在一个有限的频带范围内基带传输频带传输

不经过调制直接进行数字信号的传输称为数字信号的基带传输。数字基带信号含有大量的低频分量以及直流分量。数字基带传输和数字频带传输基带传输频带传输经过调制，利用载波传输调制后的频带信号的传输方式称为数字信号的频带传输。数字基带传输和数字频带传输脉冲形成器输入发送滤波器定时脉冲输出信道信号形成器信道接收滤波器抽样判决器同步提取恢复原来基带信号

三、基带传输系统将原始二进制序列变换成比较适合信道传输的码型，并提供同步定时信息将输入的矩形脉冲变换成适合信道传输的波形

常为有线信道会引入噪声滤除带外噪声，对信道特性进行均衡4.1数字基带信号的波形图5-3数字基带信号的常用码型单极性NRZ

双极性NRZ

单极性RZ

双极性RZ

差分码

4.2数字基带信号的传输码型AMI码

HDB3码用“000V”或“B00V”代替“四连0”B码和V码各自都应始终保持极性交替变化的规律，以便确保输出码中没有直流成分。V码必须与前一个信码同极性，以便和正常的AMI码区分开来。HDB3码编码规则：CMI码密勒码

双相码

DMI码编码规则：对于输入二元码“0”，若前面变换码为01或11，则DMI码为01；若前面变换码为10或00，则DMI码为10。对于输入二元码“1”，则DMI码00和11交替变化。密勒码编码规则：“1”码用码元持续中心点出现跃变来表示，即用10或01来表示，如果是连“1”时则须交替。“0”码有两种情况，单个“0”时，在码元持续时间内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变；连“0”时，在两个“0”码的边界处出现电平跃变，即00和11交替。

4.2数字基带信号的传输码型DMI码多进制码

“0”码用01表示，“1”码用00和11交替表示。

CMI码编码规则：4.3数字基带信号功率谱分析一、数字基带信号的功率谱密度

数字基带信号的表示其中：其中：v(t)的功率谱密度

一、数字基带信号的功率谱密度

u(t)的功率谱密度

一、数字基带信号的功率谱密度

s(t)的功率谱密度

一、数字基带信号的功率谱密度

单边带双边带

二、功率谱密度计算举例

1．单极性不归零码当P=0.5时二、功率谱密度计算举例

2．单极性归零码当P=0.5时m为奇数：

m=0：m为偶数：

有直流有离散谱无离散谱二、功率谱密度计算举例

3．双极性码

不归零时：归零时：无直流无离散谱演示4.4数字基带信号的传输及码间干扰一、码间串扰的概念

发送滤波器信道接收滤波器抽样判决噪声GR(f)C(f)GT(f)二、码间串扰的数学分析

基带传输抽样判决H(f)其中：

可得：

二、码间串扰的数学分析

第j个码元的值其他码元值总和—码间干扰噪声三、码间串扰的消除

要消除码间串扰

求和凑零无法实现波形截断困难抽样点为零四、奈圭斯特准则1、无码间串扰基带传输系统的要求

两条要求

抽样点上无码间串扰或

h(t)尾部衰减快2、理想基带传输系统

T为码元持续时间102、理想基带传输系统h(t)的零点间隔等于T，在理论上，可以用持续时间为T的码元进行传输而无码间串扰。传输带宽：B=1/(2T)Hz传输速率:RS=(1/T)波特速率带宽比:RS/B＝2Baud/Hz理想低通滤波器在实际中是不可能存在的

why?3、无码间串扰的等效特性

思考：什么样的滤波器可以满足无串绕要求，而且又能实现呢？频域上无法实现矩形幅度特性滤波器。即使能实现，也要求有一个非常精确的抽样点，如果稍微偏离，码间干扰将急剧增加。

答案：就是一些有过渡特性的滤波器。

3、无码间串扰的等效特性

奈奎斯特1928年给出了一条解决途径，他证明了为得到无码间串扰的传输特性，系统传输函数不必为矩形，而容许是具有缓慢下降边沿的任何形状。

－－称为奈奎斯特准则。要求：即：在（，）区间内能叠加成一个矩形频率特性，演示4、升余弦滚降传输特性

1滚降系数：升余弦滚降：4、升余弦滚降传输特性

【例4-1】某基带系统的频率特性是截止频率为1MHz、幅度为1的理想低通滤波器。求此基带系统无码间串扰的码速率。设此系统传输信息速率为3Mbps，能否无码间串扰传输？（2）设传输M进制信号，则（1）即当采用8n进制信号时，码速率，可以【例4-2】

11设某数字基带传输系统的传输特性如下

检验该系统能否实现无码间干扰传输？试求该系统的最大码元传输速率为多少？这时系统的频带利用率为多少？可以4.5眼图

演示

眼图模型

最佳判决时刻最佳判决门限电平过零点失真信号失真斜率噪声容限4.6均衡

一、概述1、均衡器的用途

--减小码间串扰2、均衡器的种类：

频域均衡器：使系统总传输特性满足奈奎斯特准则；时域均衡器：横向滤波器。二、时域均衡1、概念二、时域均衡1、实现可用矩阵形式表示为：

其中：

三抽头横向滤波器，输入序列输出序列。【例4-3】

4.7基带通信系统仿真实例

一、仿真目的(1)通过实验进一步掌握、了解数字基带传输系统的构成及其工作原理。(2)观察数字基带传输系统接收端的眼图，掌握眼图的主要性能指标。二、仿真原理图5.7基带通信系统仿真实例

三、仿真参数基带信号速率：128波特；采样频率：10240Hz；每码元采样点数：80；仿真点数：5000；仿真时间：0~488.18359375e-3s；采样间隔：97.65625e-6s；脉冲波形：RootCosine型，脉冲宽度，7.8125e-3s；四、仿真模型五、仿真结果成形滤波前后信号波形图SystemView00100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-31500e-30-500e-3-1AmplitudeTimeinSecondsSink1400100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-31500e-30-500e-3-1AmplitudeTimeinSecondsSink15001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-50-100-150-200-250-300-350-400PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpectrum001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-20-40-60-80PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpectrum五、仿真结果加噪前后波形时域频域对比图SystemView00100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-33210-1-2-3AmplitudeTimeinSecondsSink1200100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-31500e-30-500e-3-1AmplitudeTimeinSecondsSink15001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-20-40-60-80PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpectrum001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-20-40-60PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpectrumofSink12(dBm50ohms)MixedRadix五、仿真结果接收端滤波前后信号波形时域、频域对比图SystemView00100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-31.51500e-30-500e-3-1-1.5AmplitudeTimeinSecondsSink1100100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-33210-1-2-3AmplitudeTimeinSecondsSink12001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-20-40-60PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpectrum001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-20-40-60PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpect五、仿真结果接收信号眼图五、仿真结果接收信号与原始信号对比图小结

1．码型编码①最基本二元码的数字基带波形最基本的数字基带波形分别是单极性NRZ、双极性NRZ、单极性RZ、双极性RZ和差分码。单极性波形有直流，且接收端判决电平不固定，因而应用受限。双极性波形等概时无直流，且接收端判决电平固定为零，因而应用广泛。与NRZ相比，RZ码波形的主要缺点是带宽大，主要优点是位与位之间易于分清，尤其是单极性RZ码波形存在fs离散分量，可用于位定时。差分码的特点是，即使接收端收到的码元极性与发送端完全相反，也能正确进行判决。

②常用的1B/1T码常用的1B/1T码有AMI码、HDB3码、PST码，它们都是把1位二进制信码变换成1位三电平取值的码。这三种码型都有无直流的特点，而且同步信息丰富，但AMI的缺点是连“0”码过多时提取定时信息困难，HDB3码的缺点是编码比较复杂，而PST码的缺点是在识别时需要提供“分组”信息，即需要建立帧同步。

③常用的1B2B码常用的1B2B码有Manchester码、Miller码、CMI码、DMI码，它们都是把1位二进制码变换成2位二进制码。它们都有无直流、同步信息丰富等优点，但它们的缺点是码元传输速率增加一倍，因此所需信道带宽也要增大。④多进制码多进制码是用一个码元去代表一组二进制码，在码元速率相同，即其传输带宽相同的情况下，可提高信息传输速率小结

2．基带信号功率谱。二进制基带信号功率谱包括连续谱和离散谱两部分：连续谱可用于决定带宽，离散谱用于查看是否存在直流和其他单频分量，尤其是位定时分量3．无码间干扰时域条件频域条件三类系统：①理想LPF系统②滚降系统③部分响应系统小结

4．信道噪声的影响单极性情况:双极性情况:【习题与作业】1.设基带传输系统的发送滤波器