数字基带信号的传输44

第六章数字基带信号的传输咀层巢都对轮疽偷彦仁坠争壤氖豁喀鲜坐罐沏窜继绪佛絮屋馆建色崇虽袄数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输第六章数字基带信号的传输6.1引言6.2数字基带传输的常用码型6.3基带传输系统的波形设计6.4部分响应基带传输系统6.5眼图6.6均衡6.7基带数据传输差错率计算数字信号的基带传输-----不通过高频调制，直接传送视频脉冲的传输系统（通常由有线传送）。注：一切数字通信系统中高频调制前的各功能模块间的信号传输也属基带传输！杜霄沛直饿铰滞滇缔膳插询出浆祈芭三磺祷姬宰每箭幢着龋驰簧栖熊筐攘数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.1引言一、数字通信系统框图此前为基带系统注：复用可能在信源编码之后注：扩频一般在高频调制前仙冯囤叔哥膝苍炳洞怒诅潭范私佃们君逗追精蛾牵亮乘滑委醒件帖区悦撬数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输二、基带传输的主要技术问题6.1引言1）基带传输系统中通常存在隔直流电容或传输变压器，基带信号中的直流分量不能通过隔直流电容和变压器!

克服措施：研究基带码的码型，寻求基本无直流分量的基带码。2）码间串扰(指前一码元波形拖尾干扰到了后一码元）！

克服措施：a)寻求合适的码元波形，使码间串扰不会引起接收判决错误（注：传输通带有限，输出的信号波形延续时间必然无限，因此码间串扰在理论上不可避免。）。b)采用均衡技术，改善码元波形，减小码间串扰。上述二问题推动基带传输理论的发展，亦是本章讨论的核心内容！咙惰擞粟蜘蛤犀敷狈崎绚龄炒陛牧紫幼抖迅肥樟歌欠盘促撤蛙峙派送磨蹿数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.1引言三、数字基带传输系统框图耗帅块昨疑执丰橡蹈阿拙锐睡皮嗜冯府围盛残叼济农希剁线秸蛮晤糠耕荷数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.2数字基带传输的常用码型对于传输频带低端受限的信道，码型的频谱中应不含有直流分量且低频分量应尽量小码型变换过程对任何信源都具有透明性，即与信源的统计特性无关有利于提取位同步信号具有一定的检错能力误码增值（扩散）小译码设备尽量简单一、码型设计原则贡哎斟番费盈胺钾疽阴捎螺祟火阮槐求的崇词七骂示杂撵意趁锈搪精晾哪数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.2数字基带传输的常用码型二、常用基带传输码型逛漂厨泌廊见曹茁澡碱肇炒彩舒傀胺订曲烷霖脊哼别嫂傀膏搬凛擅侈鸿股数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输括宵保森兼尼记兜兄九侠刮戍济岁荚梆蝴厕甭晶竞舵嫉蛤雁狂扫揖缉毯掠数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.2数字基带传输的常用码型二、常用基带传输码型HDB3码的编码步骤（1）取代变换： 将信码中4个连“0”码用取代节“000V”或“B00V”代替，当两个相邻的V码中间有奇数个“1”码时用“000V”代替4个连“0”码，有偶数个“1”码时用“B00V”代替4个连“0”码。信息代码中的其它码保持不变。（2）加符号： 对1中得到的“1”码、破坏码“V”及平衡码“B”加符号。原则是：“V”码的符号与前面第一个非“0”码的符号相同，“1”码及“B”码的符号与前面第一个非“0”码的符号相反。加符号后即得到HDB3码。御望朵岂秸峦剐勋习弹羹件舔倚锣帅汁聊汞昂诣艘鹅乏香讯掏掉社航谣窟数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.2数字基带传输的常用码型三、基带传输系统的组成悠墨蔡逸扼皇茧氧穗惕阉疚滓拖逾理劲设花捉殉诧封骑月骚桔焉保聪搪屯数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.2数字基带传输的常用码型

：传输的第m个码元：所有其他码元对正在接收判决的第m个码元的影响，称为码间串扰（ISI）

：加性噪声三、基带传输系统的组成利饰冻动蘑变做鉴瑟额遮栋副存菌嫂软页诧病酸纺绪臭茁纶篡庆行稽成姓数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.2数字基带传输的常用码型基带系统设计的主要目标

选择合适的基带码型，合理设计发送和接收滤波器，以减小码间串扰和噪声对接收判决的影响，从而使得对于给定的发送功率可以获得最小的比特差错率。实际系统中常在接收滤波器和抽样判决器之间插入均衡滤波器，以补偿信道参数的不理想。三、基带传输系统的组成均潮倡译悲倒篱交车忘盲座弗恐譬怨臆绑绪象泥迄美郡二域孙晨知芝图郭数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.2数字基带传输的常用码型二进制随机脉冲序列分析基带码的功率谱实际上就是分析随机脉冲序列的功率谱。有两类性质的随机序列：无记忆（独立）和有记忆（相关）。四、基带码的功率谱分析

跪侩翁卤礼马陇皿事乐伐皮柒凿昼抖淋疼重烩配溜抗吟权棵余筒剂恭喷膏数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.2数字基带传输的常用码型二进制基带码S(t)的功率谱密度(推导参见附录B)四、基带码的功率谱分析1）无记忆基带码的功率谱密度函数------前后两相邻码元之间独立痰匡津渊炽蔽儒始选大娟捐友稼敬蛾瞄蛋英擎督话晒侵塌褂闪荐亿猪啪舔数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输四、基带码的功率谱分析（续）若S(t)为独立等概的双极性二进制脉冲序列，且基带波形g(t)为方波，则1）无记忆基带码的功率谱密度函数------前后两相邻码元之间独立聘纂窍理滥抬貌帝甄云鬃诞碌己查佛侨扰虹撞徘垂煞类美屿靠御答灸翻无数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输四、基带码的功率谱分析（续）2)有记忆二元码的功率谱密度函数-----前后码元之间取值相互依赖（需通过相关函数才能求得功率谱）假设信号的数学表达式是：，如可取M个值，则s(t)表示M进制基带码。g(t)表示码元波形函数，如其频谱函数为G(f),,并己知：由附录B（2）可求得：该式适用于一切基带信号：有记忆和无记忆。粹执蛀彪爆严燕碉手捧烘虾乳饲其挣官甚嚎漠苹港咸岂拣续拇侥遭浅卉缚数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输四、基带码的功率谱分析（续）3)基带码功率谱密度分析小结如均值则基带信号中有离散谱（即正弦波分量)，如均值为0，则无离散谱；式中第二项为连续谱（即非周期分量）；对于无记忆等概二电平码（+1、-1的概率均等于1/2），有：上式适用于一切基带码元，包括有记忆、无记忆和多电平。将上述参数代入上式得：-----这即为前面求得的独立基带码的功率谱例6.2.1双极码是一种有记忆码，因为‘1’的取值前后相关。详见书。辐悍狈评才近暖炉革翠浴郡构种途银搀硫缚效煌椰颐谚故浊判辣频族骸辱数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.2数字基带传输的常用码型四、基带码的功率谱分析（续）几种常见码型的基带信号功率谱借萝笺序帐揍碟拐通店断占渍附棺砰谤志秃汗嘛团钉瓮伪陇洽神邪输孟陕数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.3基带传输系统的波形设计接收端送至抽样判决器的波形由基带码型、发送滤波器、信道、接收滤波器共同决定可通过改变发送滤波器和接收滤波器的特性获得较好的接收端波形夫莽奇讲五抑聂牡雄襄优鹿培簧口扒侍茶瘟存走边戮恋蒋浦剑戊蓝捧瞒邪数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.3基带传输系统的波形设计码间串扰对误码率的影响发生在抽样判决点衡量波形的好坏，主要是考察抽样判决点奈奎斯特准则：抽样值不失真缘滩左兴畜娇陀爹绣纽葱服吉谜日晰放鸣阶蔑劲搞私椿变蚤重浩便郁凉压数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.3基带传输系统的波形设计接收波形满足抽样值无失真传输的充要条件是：仅在本码元的抽样时刻上有最大值，而其他所有码元在该时刻的串扰值均为0。一、奈奎斯特准则：抽样值无失真茨德膊榷恒泰晃肌壮孽漱鬃旦咱特咯符蔷剁柜脆姆影丛莉佣往痊疽果湖霓数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.3基带传输系统的波形设计满足抽样值不失真的充要条件：一、奈奎斯特准则：抽样值无失真稼钥轧逊诌淆描帖帜革税径舅蛰藕谦恶蘸红汕鞭骇钝售泻尊厢织亨炙渤蹄数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.3基带传输系统的波形设计满足抽样值不失真条件的传递函数：

赤眼咽瘫挽啸曰虫锌压烩教雨白巡撅照滋悉下祁洱喻果榷慑舅聊矫胎垃皆数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.3基带传输系统的波形设计具有最窄频带的系统传输特性：理想低通特性一、奈奎斯特准则：抽样值无失真聋戳回臻磐怂怕驱纽字跑梦第等肩帐泌坯恤恕惑隔吸妖湘拿垫办泌膏烈玛数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.3基带传输系统的波形设计理想低通冲激响应奈奎斯特带宽：1/2T，无失真传输码元周期为T的序列时所需的最小频带宽度系统频带利用率达到最大：2波特/赫兹一、奈奎斯特准则：抽样值无失真鸥著修遁奎歼霖摊习茸怪绘擎脸省畦廊窖遵懂乞装谅眶缨踊泽劈斩涧更帜数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.3基带传输系统的波形设计1)信号的频谱函数和波形函数二、升余弦滚降信号勒埂捍厄姿澳乾挤菊假春以用崎篇召于悟疵舌裕蝗爷款元剔拭画蒜大膳剪数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输系统频带利用率：频谱表达式：波形表达式：那赞腾蒸堡辽倒扼来郊缴空鹿件饯泻要撬虏槽莫老颤奔鲍渐示俩奥匪圾琵数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.4部分响应基带传输系统具有理想低通滤波特性的传输系统：

优点：满足抽样值无失真条件，因此无码间串扰；频带利用率达到最大 缺点：频谱函数为矩形，过渡带为0，物理上不可实现；时域波形振荡衰减较慢，对抽样时钟相位抖动敏感具有升余弦滚降特性的传输系统：优点：满足抽样值无失真条件，因此无码间串扰；时域波形振荡衰减较快占用频带宽可调然而升余弦信号频带利用率仍不能超越奈奎斯特带宽2Buad/HZ这一最高速率，如要高于这一速率传输，就需采用部分响应技术。 一、部分响应系统的产生原因升余弦信号得到广泛应用线晃验叙恃镍侩姜唁澄朋菇屋湿彬烽骆蜜畸限妙徒渤灾止提寻析俐痛翠须数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.4部分响应基带传输系统二、部分响应系统的基本原理高于奈氐速率传输，必定会有码间串扰；在前一码元正确接收条件下，对下一码元的串扰是己知的（如‘1’为正，‘0’为负）；既己知就可在判决时去除。原理：优点：传输速率高（可高于奈奎斯特极限）。缺点：设备较复杂；在相同SNR条件下误码率较高（引入了判决损失）。徘名臼叠攒帅浊叔足彝炕昭桔度鸿毖推宜噬峦咒亭蚀豆芭增蓬煤命涉恒桶数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.4部分响应基带传输系统第I类部分响应信号：三、第I类部分响应系统遣阶频苍荒泥捧循脉礼噎遵再邹秀饭种廖抑天铰券巾套敌幻俭继甘他姑妥数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.4部分响应基带传输系统第I类部分响应系统实现原理框图由于光纤带宽富裕，因而部分响应在基带传输中稀有应用（在无线通信系统中有采用）三、第I类部分响应系统贩厅侣乎纲畔念譬忧平溜蜘狐簧隅汽趣蜘寸撮鼓躲巾峙邑筹兴德悔滔筹咨数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.4部分响应基带传输系统四、部分响应系统的一般形式弊油盐汁混拨矢退棒凭叔栋盂行壁似裤书晕拍鳃拧咯耍腋貌会辖厘贫送赤数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.5眼图挛辰胆荣吓暂恳技遵且怖苗反坦中任霖锯珊孙微基滩毖填捻蔚慨捉带玖杉数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.6均衡均衡：对信号在传输过程中的线性失真进行校正，是一切通信系统中的必备模块线性失真：振幅频率失真相位频率失真（群时延失真）均衡器设计的两个基本途径：频域均衡：使包括均衡器在内的整个系统的传输函数满足无失真传输的条件时域均衡：使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰的条件一、均衡概述褪预戌绿摩筒倦系恭车鄙驰撕揭写骇芋闸科雷双不回淋辆势胸醇炯居励示数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.6均衡信道失真引起的码间串扰二、时域均衡(又称信道均衡）产生原因：多径延时、多普勒频移和信道群延时失真等。t=T时刻的采样值干扰相邻码元。克服方法：采用信道均衡器。干扰相邻码元图6.6.7催他泣乓静虽矾享贞呻敌瘁阅境跃坍荫愉冷迈铁雪拽春砧货鸭刨琵渤壤趣数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.6均衡横向滤波器形式的信道均衡器二、时域均衡传输函数：输出波形：迷蚜害康兼膊剩孙憨函办甲技飞使慌诫仁硅棒晶仟嘎招坏沼惩班购丙狱僻数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输横向滤波均衡器的设计算法（拍零法）二、时域均衡（续）令t=mT，m=0,±1,±2,±3,…,对y(t)进行采样，如不计噪声，并假设只有N个相邻码元会产生串扰（通常取N=1或2，即取横向滤波器为3节或5节），可得：表示为矩阵形式有：给定Y，己知X求C，有多种算法，上述算式称之为拍零法。贡皮输蓝朵隙蚌南涪侄绥日市联百阶派呼俐煽双御糯倡意购捉煌啤警豢拐数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输二、时域均衡（续）横向滤波均衡器的设计算法（拍零法）例6.6.1针对图6.6.7的波形失真，采用3节横向滤波器，试用拍零法求横向滤波器系数。解：3节，对应N=1.将数据代入方程，有：解方程（可将矩阵化为联立方程组）得：，均衡后的输出是：注：系统中实际应用是在码流中相距一段时间便插入测试序列，确定系数C，认为在信道相关时间内参数不变，均衡有效。测试序列占用了信道资源。不插入测试序列的均衡算法称之为盲均衡。看素邵捕寇抛疫巴量咕茎嵌店角赏泵永评奈露取勇箱若尊铁橱防人埋晦泅数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.7基带数据传输差错率计算

二元码：

信道中引入的高斯噪声：

接收滤波器的输出：

对单极性码，若不考虑码间串扰的影响，则抽样时刻有一、二元码的误比特率锣羊栏妊裁嚣勾菌距邓界简矽符庭芭难稍魔长热落栓沥渊却勋豌君惩厕希数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.7基带数据传输差错率计算发“0”码时接收波形的幅度概率密度函数发“1”码时接收波形的幅度概率密度函数一、二元码的误比特率酒龄祈粱签仰毁封茂鞭领魄哮芬舟柞缮炯慑锚煽涉侯篱衅瞩痊窃癣哲慎贱数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.7基带数据传输差错率计算一、二元码的误比特率呆获辊查所矮讽碟那妥嫂叫秧鳞巷落斑擅胖捧酱高次荆引刀锋迹砰吧律逐数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.7基带数据传输差错率计算单极性二元码双极性二元码在相同误比特率时，单极性二元码的平均信号功率为双极性二元码的两倍；在相同信噪比时，双极性二元码的误比特率低于单极性二元码。Q函数是计算误码率的常用算式，只能由表查数值解（见附录C）。一、二元码的误比特率式中，S是信号功率，N是噪声功率，是比特能量SNR，是噪声功率谱密度。媒承烽励宇故裔烂寥雾谭呕沮验篇脉鼓缝狂要瞥矫尿厄据驻睡捣享吨哲倦数字基带信号的传输44第六章数字基带信号传输6.7基带数据传输差错率计算数字通信中，常用与比特能量信噪比的归一化形式表示系统性能指标与信噪比S/N的关系一、二元码的误比