第4章数字基带传输系统

1、第4章数字基带传输系统，4.1数字基带信号的代码类型和波形，4.2数字基带信号的功率谱，4.3数字基带传输和符号间干扰(ISI)，4.4无符号间干扰的基带传输特性，4.5基带传输系统抗噪声性能分析，4.6部分响应系统，4.7时域均衡技术，4.8眼图，第4章数字基带传输系统，补充知识：指数形式的傅立叶级数(信号和系统，第92页)。 如果f(t)的周期为T1，角频率为1=2/T1，频率为f1=1/T1，则：第4章数字基带传输系统，4.1数字基带信号的码型和波形，4.1.1数字基带信号的码型，4.1 4.1.1数字基带信号的码型1。 不同的数字通信系统对数字基带信号的编码类型有不同的要求。在实践中，

2、必须合理设计和选择数字基带信号的编码类型。在设计基带传输信号模式时，应考虑以下原则：(1)对于传输频带有限的信道，一般要求编码信号不包含离散DC分量，尽量减少低频分量。(2)便于从相应的基带信号中提取定时同步信号。(3)选择的代码类型应具有错误检测和纠正的能力。信号传输中会有误差，因此方便接收机采取措施保证信号传输质量。(4)模式转换应该独立于源的统计特征，即对源透明。(5)编译和解码应简单易行。(6)尽可能提高编码效率。第4章数字基带传输系统，2。通用代码类型1。二进制码常用的二进制码包括单极不归零码(NRZ码)、双极不归零码(BNRZ码)、单极归零码(RZ码)、双极归零码(BRZ码)和差分

3、码等。它们的图表如图所示。NRZ码的“0”码对应0电平，“1”码对应正脉冲，脉冲宽度等于符号宽度Ts，即占空比为1。这是最简单的常见代码类型BNRZ代码。“0”码和“1”码分别对应负脉冲和正脉冲，占空比为1。该码与单极性不归零码的区别在于，高电平在整个符号周期内不会保持不变，而是仅持续一段时间，然后在符号周期的剩余时间内返回零(低)电平。也就是说，它的脉冲宽度比符号宽度窄，并且每个脉冲返回到零电平。第四章数字基带传输系统，BRZ码也是一种脉冲宽度小于符号宽度、信号波形占空比小于1的归零码。差分码的编码规则是“0”码和“1”码用两个符号的极性是否跳跃来表示。当“1”码用极性跳变表示，“0”码用不

4、变性表示时，此时称为符号微分码；它也可以用反码来表示，这在当时被称为空间差分码。通常，编码前的信息代码称为绝对代码，它被记录为一个；编码代码被称为差分代码，它被记录为bn。当发送差分代码时，它们具有公式所示的关系。Bn=anbn-1an=bnbn-1，第4章，数字基带传输系统，2.1B2B代码将1位二进制代码编码为2位二进制代码，通常称为1B2B代码。常用的1B2B码包括数字双相码、米勒码和符号反转码。如果原始信息码中的N位二进制码被编码为M位二进制码，我们称此码为nBmB码。在光纤传输系统中，通常选择m=n 1，例如，使用5B6B码作为三次群和四次群的传输码型。第四章数字基带传输系统，(1)

5、二相码二相码又称曼彻斯特码。它用正负对称方波的周期表示“0”，用其反相波形表示“1”。编码规则之一是“0”码用“01”二进制码(零相位的一周方波)表示，“1”码用“10”二进制码(相位的一周方波)表示，例如：码：11010010二相码：101001011001，第四章数字基带传输系统编码规则如下：“1”“0”代码：分为单个“0”或连续“0”；当使用单个“0”时，0之前的电平保持不变，即电平不在符号的边界处跳变，电平不在符号的中点处跳变；对于连续的“0”，在两个“0”代码之间出现一个电平跳变，即“00”和“11”交替出现。0110000111000111，结论：(1)“1”代码是10或01，“0

6、”代码是11或00；(2)“1”码，如果前一个码元是高电平，则编码为10，否则编码为01；“0”代码，如果它的前一个代码元素是高级，它被编码为11，否则它被编码为00；注意：当有连续的0时，00和11应该交替出现。第四章数字基带传输系统，(3)CMI码CMI码是符号反转码的简称，也是一种类似于数字双相码的双极性二级码。编码规则为：“1”码：由“11”和“00”两位数交替表示；代码“0”:它由“01”固定表示。优点：不会有超过三个连续的零码，并且有许多电平跳变，因此有丰富的定时信息，并且没有DC分量。编解码电路简单，易于实现，并具有误码监测能力。该代码在高阶群光纤通信终端设备中用作接口代码类型。

7、第四章，数字基带传输系统，(1)AMI码AMI码是一种交替反转码。其编码规则是将二进制信息码“1”(信号)交替转换为传输码“1”和“-1”，而“0”(空间)保持不变。例如，消息代码：100110000000110011AMI代码：1001 1000000-1 100-1 1 AMI代码具有高频和低频分量少的优点。全波整流后，可以提取位定时信号。AMI码的缺点：当原始码以“0”串出现时，信号电平长时间不跳变，难以提取定时信号。解决“0”码连接问题的有效方法之一是使用HDB3码。3。三进制码，第四章数字基带传输系统，(2)HDB3码HDB3码的全称是三阶高密度交替符号反转。HDB3编码后，偶数“0

8、”码长度小于等于3，当偶数“0”数小于4时，其编码规则与AMI码相同；当连续的“0”数为4或更多时，需要将第4个“0”码改为“1”码(即，用“0001”代替“0000”)，该“1”码的极性与前一个非零码的极性相同，并满足极性交替。这个代码是一个破坏性的脉冲，用“V”标记。然而，当两个相邻的“V”码之间有偶数个“1”时，不能满足“V”码的极性交替，因此第一个“0”也将变为“1”码，这被称为平衡码，并由符号“B”来标识。第四章数字基带传输系统，可按以下步骤编码：(1)编码转换：报文编码中4个连续的“0”码替换为“000伏”或“B00伏”。如果在两个相邻的4个连续0串之间有奇数个“1”码，用000伏

9、替换下面的4个连续0串；如果在两个相邻的4个连续0字符串之间有偶数个“1”代码，将使用B00V代替后面的4个连续0字符串。其他消息代码将保持不变。(2)在“1”代码、“V”代码和“B”代码上添加符号。其中“1”码和“b”码按照正、负交替的规律一起签名，“v”码的符号与前一个非零码的符号相同。示例：已知信息的原始代码是10000011000010000，请尝试确定相应的AMI代码和HDB3代码。原码10000011000010000AMI码100000-1 10000-10000HDB3码1000 V0-1 1-B00-V 1000 V，第4章，数字基带传输系统，解码规则：从上述原理出发，每一个

10、损坏的符号V总是与先前的非零符号(包括b)极性相同。也就是说，从接收到的符号序列中可以容易地找到破坏点v，因此还确定v符号和它前面的三个符号必须是连续的0符号，从而恢复四个连续的0码，然后将全1变为1以获得原始消息码。HDB3码1000 10-1 1-100-1 1000 1原始码10000011000010000HDB3码不仅保留了AMI码的优点，而且甚至将“0”码限制在3以内，这有利于位定时信号的提取。HDB3代码是最广泛使用的代码类型，在四进制分组下的接口代码都是HDB3代码。第四章，数字基带传输系统，4.1.2数字基带信号的矩形脉冲起伏较大，低频分量和高频分量相对较大，占用的频带也相对

11、较宽。如果信道带宽有限，基于矩形脉冲的编码信号带宽较宽，直接发送到信道传输时容易产生失真。因此，有必要选择适当的波形来指示所选择的代码模式。例如升余弦、余弦和高斯(也称为钟形)波形。矩形谱脉冲和升余弦谱脉冲编码在数字通信系统中起着非常重要的作用。第4章数字基带传输系统，1。数字基带信号的数学表达式，2。数字基带信号功率谱密度计，出口，数字基带信号4.2功率谱，数字基带信号4.2功率谱。由于传输信号的信道具有一定的频率特性，仅仅研究数字基带信号的码型是不够的，还需要了解各种基带信号的频谱特性。只有这样，我们才能正确地确定什么样的信号。同时，信号的频谱可以用来分析信号中是否存在DC分量，是否存在用

12、于提取同步信号的离散分量，以及是否可以根据连续频谱来确定基带信号的带宽。因此，在研究基带传输系统时，有必要对基带信号频谱进行分析。第4章数字基带传输系统，1。数字基带信号的数学表达式设置为N进制随机脉冲序列。在每个符号宽度Ts中，gi(t)用于表示符号“I”的N进制数，其中i=0，1N-1。在通信系统中，基带信号可以表示为、其中g(t)是基本波形，例如公式，因此，实际中遇到的基带信号通常是随机脉冲序列。对于二进制信号，第4章数字基带传输系统，2。数字基带信号的功率谱密度通常是通信中的随机脉冲序列，是一个未确知信号。因此，随机信号的频谱分析过程可以利用随机过程的相关函数来计算功率谱密度。在第四章

13、，数字基带传输系统中，假设一个二进制随机脉冲序列中每个符号的宽度为Ts，则它的双边功率谱密度函数在公式中，p是“1”码出现的概率、和单边功率谱是连续谱和离散谱。第四章，数字基带传输系统，结论：1。随机脉冲序列的功率谱密度可以包含连续谱和离散谱。它必须包含连续谱，但离散谱可能不包含。2.随机序列的带宽取决于连续谱。3.当存在f=fs的脉冲函数时，表明可以从基带信号中提取定时信息。4.当零点处有脉冲函数时，这意味着基带信号包含DC分量。第4章数字基带传输系统，示例：让二进制信号被编码，让符号宽度为Ts，将出现“1”和“0”的概率。信号波形采用脉冲宽度为1 v、脉冲高度为1V的矩形脉冲。(1)如果对

14、二进制信源编码进行单极性不归零码编码，则得到单极性不归零码信号的功率谱密度，并判断其是否包含提取同步信号所需的离散分量f=fs。(2)如果二进制信源编码经过单极性归零编码(脉冲占空比为0.5)，则获得单极性不归零码信号的功率谱密度，并判断其是否包含提取同步信号所需的离散分量f=fs。(3)如果对二进制信源编码进行双极性不归零编码，则获得双极性不归零编码信号的功率谱密度，并判断其是否包含提取同步信号所需的离散分量f=fs。在第四章“数字基带传输系统”中，可以看到等概率单极不归零码不包含f=fs的离散分量。在第四章数字基带传输系统中，可以看到等概率单极归零码包含f=fs的离散分量。在第四章，数字基

15、带传输系统中，可以看到bip从上述例子的分析可以知道，以矩形脉冲作为基本波形的二进制信号波形的带宽等于矩形脉冲宽度的倒数，即，B=1/。(a)单极不归零码的功率谱；双极不归零码的功率谱；单极归零码的功率谱(占空比0.5)。第四章数字基带传输系统，4.3数字基带传输和码间干扰，4.3.1数字基带传输系统的组成和工作过程，4.3.2数字基带传输系统的组成和工作过程数字基带传输系统由编码器、发射滤波器、信道、接收滤波器、采样决策器和解码器组成。为了保证系统可靠有序的运行，还应该有一个同步系统。系统工作过程。第四章数字基带传输系统，各部分的功能简述如下：在：编码器数字基带传输系统中，编码器将原始码转换

16、成适合信道传输并能提取同步信息的码型。传输滤波编码器的输出波形一般基于矩形脉冲，占用带宽大，在信道中传输时容易失真。传输滤波器将其转换为更平滑的波形，从而限制信号带宽并防止不必要的频率成分干扰相邻信道。接收滤波器首先通过接收滤波器滤除接收信号的带外噪声，并对信号进行均衡以消除或减少输出符号间干扰。在第四章数字基带传输系统中，采样决策者在同步电路提取的同步信号的控制下，围绕每个接收基带信号波形的中心做出采样决策。当采样值大于阈值时，判定为高电平，否则判定为电平。解码器再次恢复原始信息代码。数字基带系统各点的波形，第4章数字基带传输系统，4.3.2数字基带传输的定量分析符号间串扰1。符号间串扰由于

17、发射滤波器和接收滤波器的存在以及不良的信道传输特性，基带脉冲信号通过系统，系统的滤波使脉冲展宽，甚至持续几个符号周期，并延伸到相邻符号。接收端在该符号的样本处获取的样本不仅包含该符号的信号值，还引入了其他符号的信号值。我们称之为符号间干扰采样时其他引入符号的信号值之和。根据系统分析理论和数字基带通信系统的等效图，我们将发射滤波器(包括波形变换)、信道和接收滤波器串联的系统视为一个整体。如果它的系统功能是H(f)，那么信号d(t)将通过系统被转换，并且信道中的噪声也将被引入。因此，具有系统功能的系统将输出信号R(f)。在系统无时间偏差的情况下，第k个符号的理想采样时间为t=kTs，因此采样点的信号值可以得出：结论：可见，符号间干扰和加性噪声是影响数字基带系统通信质量的重要因素。因此，为了在基带传输系统中实现较低的误码率，必须采取某些措施来最小化或消除符号间干扰和附加噪声的影响。因此，研究基带传输系统的特性和消除符号间干扰的措施具有重要意义。第4章数字基带传输系统，4.4基带传输特性，无码间干扰，4.4