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1、第五章：数字信号的基带传输系统,3、掌握对传输码的主要要求及AMI、HDB3码的编译码。,2、了解数字基带信号的波形和数学表示式，理解其功率谱表示式，能计算基带信号的带宽。,1、掌握数字基带系统方框原理，理解系统工作过程 。,5、了解无码间串扰条件下码元速率、带宽和频带利用率之间的关系。,6、了解无码间串扰时基带误码率分析方法及其分析结论 。,7、理解眼图的作用、主要参数的意义和观察眼图的方法。,4、理解码间串扰的概念，掌握无码间串扰条件下传输特性及判断有、无码间串扰的方法。,第1节 数字基带传输系统的组成,一、组成框图,二、各部分的作用,1、 脉冲形成器,输入 通常为二进制码元序列,脉冲形成

2、器输出：,适合信道传输的脉冲波形,2 发送滤波器,3 信道,数字基带信号的传输信道是有线信道，如 电缆，明线等。,信道中噪声 ：均值为0的加性高斯白噪声。,4 接收滤波器,作用,滤除带外噪声,对接收信号进行波形均衡以利于抽样判决,5 抽样判决和码元再生,6 定时脉冲和时钟提取电路,定时脉冲：保证有序工作。,时钟提取电路：从接收信号中提取发送端时钟 作为接收端定时脉冲。,数字基带传输系统各点波形示意图：,对均衡后的输出波形在规定时刻抽取样值，与 判决电平进行比较以确定发送信号是“1”还是 “0”并恢复。,一、对传输码的要求：,、传输码型中无直流成分，且过高频、过低频成份尽量小。,2、有利于定时信

3、号的提取。,3、具有一定的误码检测能力。,4、码型变换设备简单，易实现。,5、误码增值要小。,6、光纤中不传输三电平码。,第2节 数字基带信号的码型和波形,二、数字基带信号的常用码型,1 、单极性矩形码,编码规则,特点：,（1）有直流成分,（2） 无法提取同步信息,（3）接收端判决电平为 A / 2，稳定性差，抗 干扰能力弱。,（4） 传输时要求信道必须一端接地。,单极性矩形码通常用在收发终端内。,2、双极性矩形码,编码规则,3 、单极性归零码,编码 规则,特点：包含定时同步信息。,若 称半占空码,特点：,（1） “0”“1”等概率时无直流成分。,（2） 接收端判决电平为0，稳定性好。,4 、

4、双极性归零码,编码 规则,特点：（1）“0”“1”等概时无直流成分； （2） 接收端全波整流后可提取定时时钟。,5 、差分码（相对码）,用相邻码元极性变化表示“0”“1”码， 如规定：,说明：0 时刻之前码元参考电平不同则波形不同,6 、极性交替转换码（AMI 码）,【例】：将下列二进制码元序列变换成AMI码,解：,+1 -1 0 +1 0 0- 1 +1 0 -1 +1 0 0 0,AMI码：,注意：“+1”表示正脉冲；“-1”表示负脉冲,输入码元序列： 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0,特点：,（1） “0”“1”不等概时也无直流成分，且 高，低频分量小。,（2） 采

5、用归零码形式，在接收端经全波整流 可提取同步信息。,（3） 具有一定检错能力。,（4） 输入码元序列在出现长“0”时（连“0” 数 4个）易丢失同步信息。,应用: 64Kbit/s接口,2）HDB3码的编码规则,7、 码 三阶高密度双极性码,（ 3）“1”码、“B”码满足正负交替， “V”码独自正负交替。,（4）“V”码极性与前 1“B”码同极性。,说明：“1”，“B”，“V”码传输中都为“1”码。,例如：11000000010000011000001,000V 000V 000V,1） 11000V0001000V011000V01,2） 11000V0001000V011B00V01,3）

6、 设第一个B码为B+，前一个V码为V+,B+B-000V-000B+000V+0B-B+B-00V-0B+,4） +1-1000-1000+1000+10-1+1-10+1,例如：11000000010000011000001,000V 000V 000V,3）HDB3码译码原理,（1）检出V码，识别B00V或000V。（用编码（4）,（3）全波整流还原成单极性码。,应用：PCM一次群、二次群、三次群的接口码型。,8 、成对选择三进码（PST码）,（1）CMI（传号反转码）,9、mBnB码,定义：分组码，把输入信码流中每m比码分 一组，然后变换为n比特，且nm。,例： 1 0 1 0 0 1

7、1,类似的码型有：双相码（Manchester码）， 密勒码（Miller码）， 传号反转码（CMI码）等。,b、特点：,b）无直流分量，波形变化繁。,c、应用：PCM四次群（139.246Mbit/s） 的接口码型。,（2）双相码 (BPH码) 110，001 1B/2B码，易于同步提取,（3）密勒码,第3节 数字基带信号的频谱分析,解决问题,信号频谱分布，信号带宽等,信号中是否含有直流分量,信号中是否含有定时同步信息,一、随机脉冲序列的波形和一般表达式,1、波形,设,2 、数学表示式,设出现“1”码概率为P，出现“0”码概率为1-P， 则二进制数字序列的表示式为：,3、将 分成稳态项和交变

8、项,稳态项和交变项的划分方法如图,（1） 稳态项 ：随机脉冲序列中的平均分量,在 时间间隔内：,平均值=,（2） 交变项 ： 中的变化部分,在某一码元间隔（以 为例）内：,（以概率P）,（以概率1-P）,一般表达式：,或写成,二、数字基带信号的功率谱密度,1 的功率谱密度,周期信号，展开为傅立叶级数：,其中：,功率谱密度：,这是数字基带信号功率谱密度中的离散谱部分,2 的功率谱密度,为随机功率信号，在其上取截短函数 ，其功率谱密度：,统计平均值：,当 时，有,当 时：,这是数字基带信号功率谱密度中的连续谱部分,3 的功率谱密度,单边功率谱密度：,三、功率谱密度各项的物理意义,码元重复频率,在单

9、边功率谱密度表达式 中,在数字基带信号中连续频谱总是存在的,离散分量决定数字基带信号中是否包含定时 同步信息。该项不为0时（特别是 分量不 为 0时），接收端可从接收码中提取出同步脉冲。,单极性矩形归零码中离散频谱不等于0。,例：试求单极性归零码随机脉冲序列的 功率谱密度。,【解】：,如图所示,代入功率谱密度表达式得：,其中有直流成分，但没有定时脉冲成分。,同理，可求出几种常用码型的功率谱密度,第4节 基带脉冲传输与码间串扰,一 、 码间串扰和噪声对数字通信的影响,1 、什么是码间串扰？,码间串扰：数字基带信号经信道传输时，由于 信道特性不理想（如传输带宽有限）等使输出 信号拖一条长长的“尾巴

10、”，从而影响后面其 它码元的抽样判决结果。这种影响称作“ ”。,2 、码间串扰和噪声对数字通信的影响,以传输数字信号 1 1 1 0 为例：,显然，在第四个码元抽样判决时刻,抽样值=,码间串扰：本码元判决时刻其它码元的影响,其中：,双极性码判决电平取 0,若,则第四个码元判为“0”，判决正确，无误码,若,则第四个码元判为“1”,“ 误码 ”,结论：码间串扰和噪声将导致数字基带传输 系统误码率上升。,二 、码间串扰的数学分析,数字基带系统模型：,码型变换,其中,数字基带信号,接收滤波器输出：,其中：,设第K个码元波形最大值时刻 抽样,式中：,三 、如何消除码间串扰,1 各项代数和等于0,2 前码

11、元波形在后码元判决时刻已衰减到0,3 前码元波形在后码元 抽样时刻为0，其余 时刻可为任意值。,（如图所示）,第5节 无码间串扰的传输特性,一 无码间串扰传输系统冲击响应,无码间串扰条件分析,（常数）,设 ，上式可写成,令,再令 ，则得,无码间串扰条件：,如 满足上式（见下图）。,二 、无码间串扰系统传输函数,系统传输函数,系统冲击响应,采用分段积分求和：,积分区间：,当上式的和一致收敛时，可以交换积分与求和 次序，即：,令等效传输函数,则,若 （常数），则,（常数）,无码间串扰时系统传输函数应满足,常数,称作“奈奎斯特第一准则”。,例考察下面两系统传输信号时是否会产生 码间串扰。,【解】：,

12、（A）传输特性中,（B）传输特性中,存在码间串扰,三、几种常用的无码间串扰的传输特性,1、 码元速率，系统带宽和频带利用率,系统带宽B：传输特性的整个频率范围。,码元重复频率 （赫兹Hz）,码元速率 （波特）,频带利用率：单位频带传输的码元速率,波特,2 、常用无码间串扰的传输特性,（1） 理想低通特性,传输系统带宽： B = W,最大无码间串扰传输速率,频带利用率,（2 ）升余弦特性,传输系统带宽 B = 2W,最大无码间串扰传输速率,频带利用率,（3）三角形特性,传输系统带宽 B = 2W,最大无码间串扰传输速率,频带利用率,（4） 直线滚降特性,传输系统带宽,最大无码间串扰传输速率,频带

13、利用率,（5） 余弦滚降特性,传输系统带宽,最大无码间串扰传输速率,频带利用率,3 无码间串扰传输系统的冲击响应,衡量指标：误码率,一、接收信号的概率分布,第6节 基带传输系统的抗噪声性能,设信道噪声 ：加性高斯白噪声，单边 功率谱密度为,接收滤波器输出噪声 ：窄带高斯噪声， 其均值为0，方差 。,的一维概率密度函数,设信道中传输的是双极性码,发“1”码,发“0”码,接收,概率 密度,波形,二、接收端判决准则,若判决门限电平为 ，则,1 、对于“1”码,2 、对于“0”码,抽样判决和码元再生电路框图,三、误码率的计算,设发送端发“1”码的概率为 ，发“0”码 概率为 ，则总误码率,设判决门限电

14、平为，则,双极性信号,当xVd， 判为“0”码(判决正确) 当xVd， 判为“1”(判决错误) 可见， 在二进制基带信号传输过程中， 噪声会引起两种误码概率： (1) 发“1”错判为“0”的概率P(0/1)： P(xVd)=,对“0”码,则可求得最佳门限电平,当P(1)=P(0)=1/2时 V*d=0 双极性基带传输系统总误码率为,发“1”码,发“0”码,2 、单极性信号,若发送端发送信号为单极性码,用与双极性码相同的方法可求得：,最佳门限电平,当条件下,同样的方法可推得：,误码率 与信噪比 之间关系曲线,第7节 眼 图,眼图：利用实验的方法估计和改善数字基带 传输系统性能时在示波器上观察到的类似人 眼睛一样的图形。,一、测试方法,接收滤波器输出接于 示波器垂直输入端 （Y输入端），调整 水平扫描周期，使之 与码元周期同步。,二 、如何根据眼图估计系统性能,1 无