數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)

1、第六章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)本章教學(xué)基本要求：掌握：1.幾種常用傳輸碼型的編碼方案無(wú)碼間干擾時(shí)域、頻域條件會(huì)判斷、會(huì)畫基帶信號(hào)波形圖理解：數(shù)字基帶信號(hào)頻譜特性了解：眼圖與時(shí)域均衡本章核心內(nèi)容：一、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)二、數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性三、基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型四、基帶脈沖傳輸與無(wú)碼間干擾條件五、無(wú)碼間干擾基帶系統(tǒng)性能分析指標(biāo)及眼圖重點(diǎn)：常用三元碼及編碼規(guī)則；奈奎斯特第一準(zhǔn)則第一類部分響應(yīng)系統(tǒng)；二元碼的誤比特率；眼圖各部分的含義及理解；均衡的基本原理及分類難點(diǎn)：hdb3的編碼規(guī)則；無(wú)碼間干擾的傳輸條件；部分響應(yīng)系統(tǒng)的預(yù)編碼；二元碼的誤比特率的求解；學(xué)時(shí)安排：6學(xué)時(shí)引言：一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)的模型

2、可由圖6-1-1表示。6-1-1數(shù)字通信系統(tǒng)模型從消息傳輸角度看，該系統(tǒng)包括了兩個(gè)重要的變換：1消息與數(shù)字基帶信號(hào)之間的變換；2數(shù)字基帶信號(hào)與信道信號(hào)之間的變換。通常，前一個(gè)變換由發(fā)收終端設(shè)備來(lái)完成，它把無(wú)論是離散的還是連續(xù)的消息轉(zhuǎn)換成數(shù)字的基帶信號(hào)；而后一變換則由調(diào)制和解調(diào)器完成。然而，在數(shù)字通信中并非所有通信系統(tǒng)都要經(jīng)過(guò)以上兩個(gè)變換過(guò)程，在某些有線信道中，特別是傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，可以不經(jīng)過(guò)調(diào)制和解調(diào)過(guò)程而讓數(shù)字基帶信號(hào)直接進(jìn)行傳輸，我們稱之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸。與此相應(yīng)，另外一些信道，比如在無(wú)線信道和光信道中，數(shù)字基帶信號(hào)則必須經(jīng)過(guò)調(diào)制，將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸，我們把

3、這種傳輸稱為數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸。61數(shù)字基帶信號(hào)的碼型一、數(shù)字基帶信號(hào)消息代碼的電波形二、數(shù)字基帶信號(hào)碼型設(shè)計(jì)原則傳輸碼型的選擇，主要考慮以下幾點(diǎn)：碼型中低頻、高頻分量盡量少；碼型中應(yīng)包含定時(shí)信息，以便定時(shí)提??；碼型變換設(shè)備要簡(jiǎn)單可靠；碼型具有一定檢錯(cuò)能力，若傳輸碼型有一定的規(guī)律性，則就可根據(jù)這一規(guī)律性來(lái)檢測(cè)傳輸質(zhì)量，以便做到自動(dòng)監(jiān)測(cè)編碼方案對(duì)發(fā)送消息類型不應(yīng)有任何限制，適合于所有的二進(jìn)制信號(hào)。這種與信源的統(tǒng)計(jì)特性無(wú)關(guān)的特性稱為對(duì)信源具有透明性；低誤碼增殖；(7)高的編碼效率。三、常用二元碼型單極性二進(jìn)制：不歸零(NRZ)；歸零(RZ)不歸零(NRZ)歸零碼(RZ)T歸零差分波形：電位改變“1

4、”，不變“0”1001101(4)多值波形00011011+3E+E-E-3E0111001001四、三元碼(一)、AMI碼：碼即傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼。1、編碼規(guī)則：消息代碼中的0*傳輸碼中的0消息代碼中的1*傳輸碼中的+1、-1交替例如：消息代碼：1010100010111，JAMI碼:+10-10+1000-10+1-1+12、AMI碼的特點(diǎn)：由AMI碼確定的基帶信號(hào)中正負(fù)脈沖交替，而0電位保持不變;所以由AMI碼確定的基帶信號(hào)無(wú)直流分量，且只有很小的低頻分量；不易提取定時(shí)信號(hào)，由于它可能出現(xiàn)長(zhǎng)的連0串。3、解碼規(guī)則從收到的符號(hào)序列中將所有的-1變換成+1后，就可以得到原消息代碼。(二)HDB3

5、碼HDB3碼即三階高密度雙極性碼。1、編碼規(guī)則：(1)先將消息代碼變換成AMI碼，若AMI碼中連0的個(gè)數(shù)小于4,此時(shí)的AMI碼就是HDB3碼；(2)若AMI碼中連0的個(gè)數(shù)大于4,則將每4個(gè)連0小段的第4個(gè)0變換成與前一個(gè)非0符號(hào)(+1或-1)同極性的符號(hào)，用V表示(+1+V,-1-V);(3)為了不破壞極性交替反轉(zhuǎn)，當(dāng)相鄰V符號(hào)之間有偶數(shù)個(gè)非0符號(hào)時(shí)，再將該小段的第1個(gè)0變換成+B或-B,B符號(hào)的極性與前一非符號(hào)的相反，并讓后面的非零符號(hào)從V符號(hào)開(kāi)始再交替變化。例如：消息代碼：100001000011000011AMI碼：+10000-10000+1-10000+1-1HDB3碼：+1000+

6、V-1000-V+1-1+V00+V-1+12、HDB3碼的特點(diǎn)：由HDB3碼確定的基帶信號(hào)無(wú)直流分量，且只有很小的低頻分量；HDB3中連0串的數(shù)目至多為3個(gè)，易于提取定時(shí)信號(hào)。編碼規(guī)則復(fù)雜，但譯碼較簡(jiǎn)單。3、解碼規(guī)則從收到的符號(hào)序列中找到破壞極性交替的點(diǎn)V,可以斷定V符號(hào)及其前面的3個(gè)符號(hào)必是連0符號(hào)，從而恢復(fù)4個(gè)連碼；再將所有的-1變換成+1后，就可以得到原消息代碼。6.2數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜設(shè)一個(gè)二進(jìn)制的隨機(jī)脈沖序列如圖6-2-1所示。我們用g1(t)表示二進(jìn)制符號(hào)1,g0(t)表示二進(jìn)制符號(hào)0,碼元寬度為Ts。需要注意的是，圖6-2-1中雖然把g1(t)、g0(t)都畫成了高度不同的三

7、角形脈沖，但實(shí)際上g1(t)和g0(t)可以是任意的脈沖。圖6-2-1任意隨機(jī)脈沖序列示意波形基帶二進(jìn)制信號(hào)g(t)的一般表達(dá)式為g(t)=Vg1(t-nTs)，以概率p出現(xiàn)g2(t-nT)，以概率(1-p)出現(xiàn)2S下面我們來(lái)求基帶信號(hào)g(t)的功率譜密度p(f)因?yàn)榛鶐盘?hào)g(t)為功率信號(hào)，其能量為無(wú)窮，所以不存在傅氏變換，我們根據(jù)功率譜密度的定義來(lái)求基帶信號(hào)g(t)的功率譜密度p(f)。截取g(t)的一段gT(t)，設(shè)截短時(shí)間為T=(2N+l)Ts，貝9有g(shù)T(t)g(t),k:0，其他2貝山g(t)=pg(t-nT)+(1-p)g(t-nT)Tls2sn-N令g(t)分G(w),，則根

8、據(jù)功率譜密度的定義，基帶信號(hào)g(t)的功率譜密度P(f)為TTP(f)limTT8我們把gT(t)看成是由一個(gè)由穩(wěn)態(tài)分量和一個(gè)交變分量組成的，我們稱a(t)為其穩(wěn)態(tài)分量，稱u(t)為隨機(jī)過(guò)程的交變分量。一、周期信號(hào)a(t)的功率譜Pa(f)aa(t)aejnwstnn=sa丄A/2pg(tnT)+(1p)g(tnT)e一j2ftdtfpG(nf)+(1p)G(nf)nT_t/21s2ss1s2ssa|26(fnf)，此為離散譜。nn=s、交變分量u(t)的功率譜Pu(f)、l.E|Ug)|2l.P(f)limTlimuTT亠TEU)U3)1p(1p)G.(f)G(f)|2，此為連續(xù)譜。2/三、

9、基帶信號(hào)g(t)的功率譜P(f)p(f)p(f)+p(f)au四、結(jié)論1、g1(t)和g2(t)不能完全相同，故連續(xù)譜Pu(f)總是存在的。2、對(duì)于單極性不歸零碼：有直流成分；無(wú)離散譜，即無(wú)定時(shí)信息；B=fs；3、單極性歸零碼：有直流成分；有離散譜，有定時(shí)信息；B=2fs；4、雙級(jí)性碼：等概出現(xiàn)時(shí)無(wú)離散譜，也就是說(shuō)這種碼沒(méi)有直流分量和定時(shí)分量；經(jīng)全波整流后可變換成單極性碼。6.3無(wú)碼間串?dāng)_的傳輸波形一、基帶信號(hào)的典型模型T(w)C(w)R(w)s(t)a6(tnT)nsng、基帶信號(hào)的傳輸過(guò)程將發(fā)送濾波器、信道以及接收濾波器結(jié)合在一起看成基帶形成濾波器，則起傳輸函數(shù)為:S(w)=T(w)C(w

10、)R(w),h(t)=丄JsS)ej3d,則濾波器的輸出波形為：2兀一ss(t)二藝ah(t一nT)+n(t)，nTsCn=-s對(duì)s(t)進(jìn)行抽樣就可以確定ak的值，再生判決電路的抽樣時(shí)刻一般是在kT+t，則在該時(shí)刻的值為:ks0s(kT+t)=工ah(kT+t一nT)+n(kT+t)=ah(t)+工ah(k一n)T+t+n(kT+t)s0nTs0sCson0Ts0Cs0nnHk上式右邊第二項(xiàng)是接收信號(hào)中除地k個(gè)以外所有基本波形在此時(shí)刻上的總和，該值稱為碼間干擾。判決規(guī)則，假定判決門限為V則，s(kTs(kT+t)V,則判為“1”0+t)V,則判為“0”；0三、無(wú)碼間串?dāng)_的傳輸特性s(kT)=

11、ah(0)+n(kT)snCs也就意味著，h(t)=0,他S(w)=T(w)C(w)R(w),h(t)=JsS()ejQd,2w-s若把積分區(qū)間分成若干小段，每段的長(zhǎng)度為2n/T，則有h(kT)=護(hù)Jn=-s(2n+1)w/ts)e/kTdw=W藝卜/TS+2nW)ejkTd(2n-1)w/T2兀-w/TTn=-s乞S(w+2nWT)=T，-Tw-TwTwth(t)=Sa()若發(fā)送碼元間隔為T，則接受端在t=nT時(shí)抽樣就能達(dá)到無(wú)碼間干擾。頻帶利用率IAAfiff圖$54等歳理想LPF的構(gòu)應(yīng)耳=碼元傳輸速率=d，故該理想低通系統(tǒng)的最高頻帶利用率為2B/Hzs傳輸帶寬B其中，系統(tǒng)的頻率寬度1/2T

12、稱為奈奎斯特帶寬，T為奈奎斯特間隔。(二)升余弦滾降信號(hào)理想低通傳輸特性是我們所追求的網(wǎng)絡(luò)特性，它不僅消除碼間干擾，而且能夠達(dá)到性能極限，然而它是非物理可實(shí)現(xiàn)的。由網(wǎng)絡(luò)理論可知，若對(duì)理想低通的銳截止特性進(jìn)行適當(dāng)?qu。t;圓滑(通常稱為滾降)，即把銳截止變成緩慢截止，這樣的濾波器就是物理可實(shí)現(xiàn)的。滾降系數(shù)定義：三如.0a（5.9-10）有抽祥時(shí)刻上得到的碼間干擾此-耐刻的樣值；QQ公式中符號(hào)工表示工D上=_00顯然若不存在碼間干擾，則D=0-實(shí)際上，就是利用D值的大小來(lái)衡量均衡效果的優(yōu);益D值愈小均衡的效果愈好。最小均污畸變準(zhǔn)則均方畸變和的定義：1g,7oQv物理BX：與峰值畸孌類似-就的數(shù)值愈小均衡的該果愈好-四、時(shí)域均衡器奠別及用途實(shí)際的均衡器犬致有兩類：預(yù)首式自動(dòng)均衝；自適應(yīng)式自動(dòng)均衡.時(shí)域均衡（橫