數(shù)字通信原理-精品課件

1、數(shù) 字 通 信 原 理第四章 數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸 本章要點(diǎn)：數(shù)字傳輸?shù)幕鶐Ю碚揚(yáng)CM信號(hào)的再生中繼及傳輸性能分析傳輸碼型設(shè)計(jì)原則及常用碼型差錯(cuò)控制編碼的控制方式和原理7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理基帶傳輸：基帶是指未經(jīng)調(diào)制變換的信號(hào)所占的頻帶基帶信號(hào)是指高限頻率與低限頻率之比遠(yuǎn)大于1的信號(hào)基帶傳輸是指不搬移基帶信號(hào)頻譜的傳輸方式。7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理基帶傳輸系統(tǒng)定義：不使用調(diào)制和解調(diào)裝置而直接傳送基帶信號(hào)的系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)：信道信號(hào)形成器信道接收濾波器抽樣判決器干擾基帶脈沖基帶脈沖輸入輸出7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字

2、通 信 原 理碼型編碼：將信源或信源編碼輸出的碼型（通常為單極 性不歸零碼NRZ）變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)拇a 型。發(fā)濾波器：將m(t)變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)牟ㄐ危鐚?m(t)中的高頻成分濾掉，限制進(jìn)入信道信號(hào) 的帶寬。 收濾波器：與發(fā)濾波器、信道相配合，使進(jìn)入抽樣判 決器的信號(hào)無(wú)碼間串?dāng)_，濾除帶外噪聲。位同步器：提取位同步信號(hào)，cp(t)的頻率等于碼速率， 上升沿與r(t)中信號(hào)的最大值對(duì)齊。抽樣判決器：再生數(shù)字基帶信號(hào)m3(t) ，一般為NRZ碼， 可能有誤碼。 碼型譯碼：使輸出碼型符合收終端的要求。 7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理誤碼原因：1）碼間串?dāng)_ 2）噪聲3）

3、位同步信號(hào)相位抖動(dòng) 等 Ts市10011Em(t)m (t)m1 (t)m2 (t)r (t)cp (t)m3 (t)碼間串?dāng)_m(t)r(t)cp(t)7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理數(shù)字基帶信號(hào)就是消息代碼的電波形以由矩形脈沖組成的基帶信號(hào)為例，介紹幾種最基本的基帶信號(hào)波形：?jiǎn)螛O性波形基帶信號(hào)的零電位及正電位分別與二進(jìn)制符號(hào)0及1一一對(duì)應(yīng)特點(diǎn)：在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)，不是有電壓，就是無(wú)電壓；電脈沖之間無(wú)間隔；極性單一7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理雙極性波形基帶信號(hào)的正、負(fù)電位分別與二進(jìn)制符號(hào)0、 1一一對(duì)應(yīng)特點(diǎn)：電脈沖之間也無(wú)間隔；當(dāng)0、1符號(hào)

4、等可能出現(xiàn)時(shí)，它將無(wú)直流成分。單極性歸零波形單極性波形的歸零形式電脈沖寬度比碼元寬度窄，每個(gè)脈沖都回到零電位雙極性歸零波形雙極性波形的歸零形式對(duì)應(yīng)每一符號(hào)都有零電位的間隙產(chǎn)生，即相鄰脈沖之間必定留有零電位的間隔7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理差分波形/相對(duì)碼波形把信息符號(hào)0和1反映在相鄰碼元的相對(duì)變化上的波形特點(diǎn)：在形式上與單極性或雙極性波形相同；但它代表的信息符號(hào)與碼元本身電位或極性無(wú)關(guān)，而僅與相鄰碼元的電位變化有關(guān)多值波形（多電平波形）多于一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖的波形由于一個(gè)脈沖可以代表多個(gè)二進(jìn)制符號(hào)，故在高速率數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，采用這種信號(hào)形式是適宜的7/24

5、/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理基帶信號(hào)的表示：實(shí)際上，組成基帶信號(hào)的單個(gè)碼元波形并非一定是矩形的根據(jù)實(shí)際的需要，還可有多種多樣的波形形式，比如升余弦脈沖、高斯形脈沖、半余弦脈沖等等這說(shuō)明，信息符號(hào)并不是與唯一的基帶波形相對(duì)應(yīng)。7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理幾種常見(jiàn)二元碼7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理1B2B碼7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理AMI與HDB3碼7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理HDB3碼編碼步驟如下。 取代變換：將信碼中4個(gè)連0碼用取代節(jié)000V或B00V

6、代替，當(dāng)兩個(gè)相鄰的V碼中間有奇數(shù)個(gè)1碼時(shí)用000V代替4個(gè)連0碼，有偶數(shù)個(gè)1碼時(shí)用B00V代替4個(gè)連0碼。信息代碼中的其它碼保持不變。 加符號(hào)：對(duì)中得到的1碼、破壞碼V及平衡碼B加符號(hào)。原則是，V碼的符號(hào)與前面第一個(gè)非0碼的符號(hào)相同，1碼及B碼的符號(hào)與前面第一個(gè)非0碼的符號(hào)相反。 AMI碼波形及HDB3碼波形都無(wú)直流且低頻分量微弱，比較適合于基帶信道傳輸。AMI碼信號(hào)的正負(fù)電平交替出現(xiàn)、HDB3碼信號(hào)中連0電平數(shù)最多為3，若接收信號(hào)破壞了上述規(guī)則說(shuō)明傳輸過(guò)程中出現(xiàn)誤碼，因此這兩種碼型具有自檢錯(cuò)能力。HDB3碼連0個(gè)數(shù)最多為3，這對(duì)位定時(shí)信號(hào)的提取十分有利。四次群以下的A律PCM終端設(shè)備的接口碼

7、型均為HDB3碼。 7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理碼間串?dāng)_1t/sd(t)m(t)r(t)Ts(t)r(kTs)Ts(t)m(t)無(wú)碼間串?dāng)_有碼間串?dāng)_000017/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理理想低通系統(tǒng)7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理 理想低通頻率特性無(wú)碼間串?dāng)_的最大碼速率為 當(dāng) 時(shí)，無(wú)ISI。當(dāng) RBt)7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理Ce1dmin(a)1tC1C2tdmin(b)C1C2tedmint(c)7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理線性分組碼定義：是

8、指信息碼元與監(jiān)督碼元間為線性關(guān)系的一種差錯(cuò)控制碼記為（n,k), 其中n為碼長(zhǎng)，k為信息位長(zhǎng)漢明碼：設(shè)計(jì)用來(lái)糾正一位錯(cuò)碼的線性分組碼。若監(jiān)督位有r位，則碼長(zhǎng)n=2r-1。編碼效率較高：R=k/n=(2r-1-r)/( 2r-1)=1-r/( 2r-1) 7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理舉例：構(gòu)造一（n，k)分組碼，k=4并能糾正一位錯(cuò)碼欲糾正一位錯(cuò)碼，由（2）式知r 3。取r=3，則n=k+r=7設(shè)7位碼元為：a6a5 a0；三個(gè)伴隨式：S1、S2、S3；則可規(guī)定S1S2S3的八種組合與一位錯(cuò)碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下（也可規(guī)定為另一種對(duì)應(yīng)關(guān)系）：7/24/2022電信學(xué)院通信

9、教研室數(shù) 字 通 信 原 理從上表可見(jiàn)：當(dāng)一位錯(cuò)碼發(fā)生在a2、a4、a5或a6上時(shí)，S1為1；否則為0。即 a2、a4、a5和a6構(gòu)成偶監(jiān)督關(guān)系： S1= a2+a4+a5+a6同理，a1、a3、a5和a6構(gòu)成偶監(jiān)督關(guān)系： S2= a1+a3+a5+a6 a0、a3、a4和a6構(gòu)成偶監(jiān)督關(guān)系： S3= a0+a3+a5+a6 發(fā)端編碼的原則：信息碼元a6 、a5 、a4、a3來(lái)源于待編碼的信息序列；監(jiān)督碼元 a2 、a1、 a0的取值應(yīng)根據(jù)信息碼元按監(jiān)督關(guān)系式來(lái)決定，即使上面三式中的S1、 S2 、S3均為0： a2+a4+a5+a6=0 a1+a3+a5+a6=0 （3） a0+a3+a5+

10、a6=07/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理進(jìn)一步推導(dǎo)得： a2=a4+a5+a6 a1=a3+a5+a6 （ 4） a0=a3+a5+a6于是，給定信息位后，根據(jù)上式算出各監(jiān)督位，于是該編碼的所有碼組如下表：7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理卷積碼基本概念幾點(diǎn)說(shuō)明：又名連環(huán)碼，是一種非分組碼與分組碼相比，在同等碼率和相似的糾錯(cuò)能力下，卷積碼的實(shí)現(xiàn)往往更簡(jiǎn)單卷積碼主要應(yīng)用于FEC數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中基本原理：在任何一段規(guī)定時(shí)間里編碼器產(chǎn)生的n個(gè)碼元，不僅取決于這段時(shí)間中的k個(gè)信息碼元,而且還取決于

11、前N-1段規(guī)定時(shí)間內(nèi)的信息碼元，編碼過(guò)程中相互關(guān)聯(lián)的碼元為Nn個(gè)。N段時(shí)間內(nèi)的碼元數(shù)目Nn稱為卷積碼的約束長(zhǎng)度。記作(n，k，N)，編碼效率R=k/n。7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理舉例說(shuō)明：編碼：輸入信息碼位一方面直接輸出，另一方面可暫存在移位器中。每當(dāng)輸入編碼一個(gè)信息位，就立即計(jì)算出一監(jiān)督位，并且此監(jiān)督位緊跟此信息位之后發(fā)送出去。D1D2+mcmici卷積碼輸出mi信息碼輸入簡(jiǎn)單 (2,1,2)卷積碼編碼器tm1m2m3m4tm1c1m2c2m3c3m4c47/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理編碼器工作過(guò)程：移位寄存器按信息位的節(jié)拍工作，輸

12、入一位信息，電子開(kāi)關(guān)倒換一次，即前半拍（半個(gè)輸入碼元寬）接通m端，后半拍接通c端。編碼公式：c1=0+m1 c2=m1+m2 c3=m2+m3 ci=mi-1+mi可見(jiàn)：卷積碼結(jié)構(gòu)為：“信息碼元、監(jiān)督碼元、信息碼元、監(jiān)督碼元、 ”。一個(gè)信息碼元和一個(gè)監(jiān)督碼元組成一組，但每組中的監(jiān)督碼元除與本組信息碼元有關(guān)外，還跟上一組信息碼元有關(guān)。 7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理譯碼： 1D2D1+信息碼輸出卷積碼輸入+D3+Smc3c簡(jiǎn)單 (2,1,2)卷積碼譯碼器7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理解碼器工作過(guò)程：解碼器輸入端的電子開(kāi)關(guān)按節(jié)拍把信息碼元與監(jiān)

13、督碼元分接到m端與c端；3個(gè)移位寄存器的節(jié)拍比碼序列節(jié)拍低一倍，其中移位寄存器D1，D2在信息碼元到達(dá)時(shí)移位，監(jiān)督碼元到達(dá)期間保持原狀；而移位寄存器D3在監(jiān)督碼元到達(dá)時(shí)移位，信息碼元到達(dá)期間保持原狀；移位寄存器D1，D2和模2加法器1構(gòu)成與發(fā)端一樣的編碼器，它從接收到的信息序列中計(jì)算出對(duì)應(yīng)的監(jiān)督序列來(lái)；模2加法器2把計(jì)算出的監(jiān)督序列與接收到的監(jiān)督序列進(jìn)行比較：兩者相同，輸出“0”；兩者不同，輸出“1”，顯然此時(shí)，必定出現(xiàn)了差錯(cuò)。 如果有差錯(cuò)，則要確定差錯(cuò)位置并糾錯(cuò)。 7/24/2022電信學(xué)院通信教研室數(shù) 字 通 信 原 理 本 章 小 結(jié) 數(shù)字信號(hào)傳輸方式按它是否需要載波可分為：數(shù)字信號(hào)基帶傳輸和數(shù)字頻帶傳輸。由于可以把對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制的調(diào)制器和從載波中將信號(hào)解調(diào)出來(lái)的解調(diào)器劃歸廣義信道，因此，許多數(shù)字信號(hào)傳輸