通信原理第4章-1.ppt

1、数字信号基带传输系统，第4章，第2节，内容，数字基带传输概述数字基带信号及其频谱特性普通码型基带脉冲传输和符号间无串扰基带传输特性无符号间串扰基带系统的抗噪声性能眼图均衡技术部分响应系统，第3节，教学要求，数字基带传输系统组成及各部分功能；数字基带信号的时城市波形和频谱特性；AMI码、HDB3码、PST码和双相码的编解码原理和特点；无符号间干扰的基带传输特性，奈奎斯特带宽；升余弦滚降特性、滚降系数与频带利用率的关系；无符号间干扰的基带系统抗噪声性能分析：眼图与基带信号传输质量的关系；时域均衡的原理及均衡效果的测量；一级和二级部分响应系统。4.1数字基带传输系统概述，5。数字基带信号：由报文转换

2、而来的原始电信号，(基本频带)数字基带信号：离散(数字)原始电信号，(报文编码的电波形)频谱基本上从零扩展到宽频带信号：原始信号经过调制后加载到载波上，或调制信号上；光谱离开零点，便于传输。数字基带传输系统，数字通信系统的信号处理可以概括为两种转换基带转换：消息和数字脉冲信号之间的转换：基带信号通过信道机调制载波，产生带信号或从调制信号中解调恢复基带信号。传输基带信号的系统成为基带传输系统。基带传输系统，其中数字基带信号(PCM信号)直接发送到信道进行传输，无需调制；7.数字基带传输系统，其输入信号是终端设备或编码器产生的脉冲序列。通常是单极脉冲序列，即NRZ码。为了适合在信道中传输，通常需要

3、通过信道信号形成器进行模式转换和波形转换：模式转换通常将二进制码转换成交替标记反转，即AMI码或HDB3码。波形变换的目的是减少符号间干扰。为了减小加性噪声的影响，接收机首先使信号进入匹配滤波器，然后通过均衡器来校正由于信道特性不理想而引起的波形失真或码间干扰。当采样定时脉冲到达时，决定恢复基带数字信号。8.基带系统各点示意图，4.2。数字基带信号和频谱特性，10。数字基带信号是信息代码的电波形。不同的基带传输系统由于信道特性和要求不同，采用不同的数字脉冲波形。常用的有：矩形脉冲、三角波、高斯脉冲、升余弦脉冲等。易于形成和转化；11，101，101，由矩形脉冲组成的二进制信号序列，数字基带信号

4、，和12，101，数字基带信号。典型的数字信号波形是二进制矩形脉冲信号，它可以构成各种形式的二进制信号序列，如图所示。为了分析二进制矩形脉冲信号的频谱和传输特性，首先分析了单个矩形脉冲的频谱。单个矩形脉冲的时域表达式和频谱表达式如下：13 .设二进制随机序列为S (t)，安为基带信号在NTst(n 1)Ts的幅度，这是一个随机量。数字基带信号，14，数字基带信号的表达式，定义基带信号的表达式如下：对应于an :的第n个信息符号的电平值(0，1或-1，1)由信号编码和编码规则确定；Ts :符号间隔，g(t) :是标准脉冲波形。对于二进制码序列，如果g1(t)代表“0”，G2 (T)代表“1”，那

5、么就有必要研究基带信号的频谱结构。通过频谱分析，我们可以知道：信号。单个脉冲信号的频谱可以通过傅里叶变换获得。在数字通信中，16，基带信号的频谱特性，假设随机信号序列是平稳随机过程，其中“0”和“1”的出现概率分别为p和(1P)，并且它们的出现在统计上是独立的，那么有：17，随机序列的总功率谱，双边功率谱密度表达式：单边功率谱密度表达式：18，结论，随机脉冲序列连续谱总是存在的；在某些特殊情况下不存在离散谱，或者某些离散谱分量不存在。随机序列的带宽可以根据连续谱来确定。根据离散频谱，可以确定随机序列是否包含DC分量(m=0)和定时分量(m=1)。19，功率谱特性，优良的功率谱特性，窄主瓣(窄传

6、输带宽)，快速滚降收敛，无脉冲谱决定功率谱主要特性的参数，码型和波形结构及形状，先验概率传输速率的标记和空间数，20，单极波形功率谱密度，概率为0，1的单极不归零码功率谱，单极不归零信号带宽，Bs=fs，21，单极波形功率谱密度， 单极性半占空比归零码功率谱密度，单极性半占空比归零码带宽，Bs=2 fs，22，单极性归零码，单极性不归零码，归一化功率谱，单极性波形功率谱密度，23，双极性波形功率谱密度，双极性不归零码功率谱密度，双极性归零码功率谱密度G1(f=TS/2)，23时间波形的占空比越小，频带越宽。 通常，频谱的第一个零点被认为是矩形脉冲的近似带宽，它等于脉冲宽度的倒数，即Bs=1/。

7、=不归零脉冲的Ts，然后bs=fs。=半占空比归零脉冲的Ts/2，则Bs=1/=2fs。其中fs=1/Ts，位定时信号的频率在数值上等于码率RB。25，功率谱密度，单极性归零信号包含DC、fs和fs的奇次谐波项。这表明可以从中提取位同步信息。单极性不归零信号中没有定时成分。如果你想得到定时成分，你需要变换波形。概率为0和1的双极性信号没有离散频谱，也就是说，没有DC分量和定时分量。4.3、27，基带传输的常见代码类型。在实际的基带传输系统中，并非所有代码的电波形都可以在信道中传输。例如，包含DC分量和丰富低频分量的单极基带波形不适合在低频传输特性差的信道中传输，因为它可能导致严重的信号失真。例

8、如，当消息代码包含一长串连续的“1”或“0”符号时，不归零波形呈现连续的固定电平，因此不可能获得定时信息。单极性归零码在传输“0”时也有同样的问题。传输基带信号有两个主要要求：编码要求，原始报文编码必须编译成适合传输的编码类型；所选代码类型的电气波形应适用于基带系统的传输。28，选择数字基带信号时应考虑的原则有助于提高系统的频带利用率。它应该具有尽可能少的直流、极低频和高频分量。它应该具有足够大的信号分量码型来提取符号同步，这基本上不受信号源统计特性的影响。基带传输码型应具有很强的抗噪声和码间干扰能力以及自检能力，以最小化解码过程引起的误码扩散，并提高传输性能。29、基带传输的常见码型，为了满

9、足基带传输的要求，单极性脉冲序列必须在基带进行适当编码，以保证传输码型中没有DC分量，并且具有一定的自检能力和适应不同信源统计特性的能力。用于基带传输的常用码是AMI码、HDB3码、4B3T码、CMI码和曼彻斯特码。30、单极码有DC分量，主要分量集中在低频，标记交替码AMI码，AMI码也叫平衡对称波形。32，1 1 0 1 0 1，标记交替码AMI码具有无DC分量、高低频分量少、传输频带窄的优点。具有一定的错误检测能力。频谱中没有时钟分量，但可以在接收端通过全波整流提取时钟，将其转换为RZ码。AMI码的缺点：长串二进制“0”会影响定时时钟的提取。33，HDB3代码，HDB3代码是AMI的改进

10、代码。编码规则是：当连续零的个数不超过4时，与AMI的编码规则相同。当连续零的数量超过3时，第四个“0”变为非“0”脉冲，记录为V或-V，称为破坏脉冲。相邻V码的极性必须交替出现，以确保编码码中没有DC；为了便于识别，V码的极性应与其先前的非“0”脉冲的极性相同；否则，四个连续“0”中的第一个“0”被改变为与破坏脉冲具有相同极性的脉冲，并且信号代码的极性在被记录为B或-B破坏脉冲之后也应该交替。34、-1001b-00v-1-1b00v 0-1000v-，当信号代码中的“0”代码不超过三个时，仍被视为AMI代码。当信号流中有三个以上连续的“0”码时，每四个连续的“0”码分成一组，用000V或B

11、00V的替换段来替换。当从该替换节点到前一个相邻的替换节点有奇数个原始信号时，选择000伏替换节点，并且V码的极性与前一个信号的极性相同。当该替代节点与最后一个相邻替代节点之间存在偶数个(包括0)原始信号时，选择B00V替代节点。替换部分中的b和v具有相同的极性，并且与先前的传输号相反。B- V-，B，V，HDB3代码，35，0110001010000011，1-1，让前一个替换节点的极性为，找到HDB3代码，NRZ代码，HDB3代码，V，-11，b-00v-1对应NRZ代码解码时，一旦发现两个信号的极性一致，最后一个信号及其前三个代码全部变为“0”。HDB3码，36、0 1 1 0 0 0

12、1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1，HDB3码，v码与相邻的前一个传输码极性相同，易于识别。解码时，一旦发现两个信号的极性一致，最后一个信号及其前三个代码都将变为“0”。HDB3码，37，HDB3，hdb3码的功率谱密度，hdb3码的特点：无DC分量，高低频分量少，传输频带窄。具有不中断业务的错误检测能力。频谱中没有时钟分量，但可以在接收端通过全波整流提取时钟，将其转换为RZ码。克服了AMI码的不足，抑制了长连接的“0”。HDB3码，38，HDB3码，HDB3码，v码的极性是交替的，除了v码之外的信号的极性也是交替的，所以替换段的引入不会导致正负码流的不平衡。HDB3码的功率谱密度

13、与AMI码相似，无DC分量，高低频分量少，传输频带窄。频谱中没有时钟分量，但可以在接收端通过全波整流提取时钟，将其转换为RZ码。HDB3码保留了AMI码的优点，并抑制了长的连续“0”。CCITT被推荐为第一、第二、第三和第四组动力系统控制模块的传输代码类型之一。39，PST代码，PST代码是成对选择的二进制代码。编码过程是：首先，二进制码成对分组，然后每个码组被编码成两个三进制数(，0)。两位三进制数字有九种状态，其中四种可以灵活选择，防止PST码的直流漂移。当一个代码组中仅发送一个脉冲时，两种模式应交替改变。例如，代码：0.1001.101.01.100 PST代码：0.00或0.000 P

14、ST代码可以在没有DC分量的情况下提供足够的定时分量，并且编码过程相对简单。然而，该代码在识别时需要提供“分组”信息，也就是说，它需要建立帧同步。40、数字双相码，又称曼彻斯特码。它用正负对称方波的周期表示“0”，用它的逆周期表示“1”双相码富含位定时信息，因为它们在每个符号周期的中心都有电平跳变。因为这个代码的正负电平是一半，所以没有DC分量，并且编码过程很简单，但是带宽是原始代码的两倍。米勒码，也称为延迟调制码，是双相码的变体。编码规则如下：“1”码由符号间隔中心点的过渡表示，即“10”或“01”。“0”代码有两种情况：当使用单个“0”时，在符号间隔内没有电平跳变，并且在相邻符号的边界处没

15、有跳变。当使用“0”时，在两个“0”代码之间的边界有一个电平跳变，即“00”和“11”交替出现。42、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。编码规则是：“1”码由“11”和“00”两位数字交替表示；“0”码由“01”固定表示，其波形图显示CMI码有更多的电平跳变，因此它包含了丰富的时序信息。因为10是一个禁止的代码组，所以不会有超过3个连续的代码，所以这个规则可以用于宏错误检测。由于CMI码易于实现并具有上述特点，它是CCITT为PCM高阶群推荐的接口码类型，有时在速度低于8.448兆字节/秒、43，44兆字节/秒的光纤传输系统中作为线路传输码类型使用。

16、在数字双相码、米勒码和CMI码中，每个原始二进制码都由一组2位二进制码表示，因此这种码也称为1B2B码。NBmB码是一种新的代码组，它把原始信息流的N位二进制码作为一个组，并把它们编织成M位二进制码。由于mn，新的代码组可能有2m个组合，因此有更多(2m-2n)个组合。一些有利的代码组被选择作为可用代码组，而其余的代码组被禁止以获得良好的特性。在光纤数字传输系统中，通常选择mn 1，包括1B2B码、2B3B码、3B4B码和5B6B码，其中5B6B码已投入使用并作为第三组和第四组以上的线路传输码。45，5B6B码，当程控交换系统的数字中继线采用光纤传输时，5B6B码常被选作PCM立方群或高阶群的线路传输码型。对于5B6B代码，每5位二进制信息被编码成一个6位代码。有32种5位代码组合和64种6位代码组合。因此，5B6B编码转换表由包含3 1和3 0的平衡码和包含4 1和2 0或4 0和