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文檔簡(jiǎn)介
數(shù)字基帶傳輸
第6章數(shù)字基帶信號(hào)的特性—波形頻譜碼型如何設(shè)計(jì)傳輸總特性—以消除碼間干擾如何提高抗噪聲性能—以減小噪聲影響眼圖—估計(jì)系統(tǒng)性能的實(shí)驗(yàn)手段部分響應(yīng)時(shí)域均衡—改善系統(tǒng)性能的兩個(gè)措施
本章內(nèi)容:
第6章數(shù)字基帶
引言
基帶傳輸系統(tǒng)組成:信道:給基帶信號(hào)提供傳輸通道。引言西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院
引言輸入信號(hào)碼型變換傳輸波形信道輸出接收濾波輸出位定時(shí)脈沖恢復(fù)的信息錯(cuò)誤碼元
基帶傳輸系統(tǒng)各點(diǎn)波形:引言10數(shù)字基帶信號(hào)
及其頻譜特性§6.1單個(gè)序列六種基本信號(hào)波形§6.1.1
數(shù)字基帶信號(hào)(a)~(d)的共性?
歸零
QA
四電平波形:00——+3E
01——+E10——-E
11——-3E若各碼元波形相同而取值不同,則可表示為:第n個(gè)碼元的電平取值—隨機(jī)量
TB—碼元持續(xù)時(shí)間g(t)—某種脈沖波形一般情況下:隨機(jī)脈沖序列
數(shù)字基帶信號(hào)的表示式方法:相關(guān)函數(shù)功率譜密度
由功率譜密度的定義式
目的:信號(hào)帶寬位定時(shí)分量、直流分量等
思路:分解交變波
穩(wěn)態(tài)波
§6.1.2
基帶信號(hào)的頻譜特性---PSD推導(dǎo):設(shè)二進(jìn)制的隨機(jī)脈沖序列:
“0”----g1(t)-----P“1”----g2(t)-----1-PTB-TBg2(t-2TB)g2(t-TB)g1(t-2TB)g1(t+2TB)g2(t+TB)g1(t)
穩(wěn)態(tài)波v(t)和
交變波u(t)v(t):隨機(jī)序列s(t)的統(tǒng)計(jì)平均分量,每個(gè)碼元統(tǒng)計(jì)平均波形相同:——周期性信號(hào)u(t):——隨機(jī)脈沖序列周期TB可展成傅里葉級(jí)數(shù)式中
1
v(t)的功率譜密度---Pv(f)∵
在(-TB/2,TB/2)內(nèi):∴
∵只存在(-TB/2,TB/2)內(nèi)故有∴積分限可改為-到根據(jù)周期信號(hào)的功率譜密度與傅里葉系數(shù)的關(guān)系可得:其中22即u(t)的截短函數(shù):取截短時(shí)間:2
u(t)的功率譜密度---Pu(f)
其中
其中
m≠n:m=n:雙邊譜單邊譜
3
s(t)=u(t)+v(t)的功率譜密度---Ps(f)連續(xù)譜
帶寬B離散譜定時(shí)分量(m=1)等
連續(xù)譜能否消失?離散譜消失的條件?
QA討論:例參見(jiàn)教材P137~139自行推導(dǎo)示意圖:解
譜零點(diǎn)帶寬:
歸納:基帶傳輸de常用碼型§6.2
①無(wú)直流分量,且低頻分量??;②定時(shí)信息豐富;
③高頻分量??;
④不受信源統(tǒng)計(jì)特性的影響;
⑤有自檢能力,⑥編、譯碼簡(jiǎn)單。
AMI碼、HDB3---1B1T碼雙相碼、CMI碼---1B2B碼塊編碼§6.2.1
選碼原則§6.2.2幾種常用的傳輸碼型編碼規(guī)則:“1”——+1、-1交替“0”——0
特點(diǎn):信碼有長(zhǎng)連0串時(shí),難以獲取定時(shí)信息。缺點(diǎn):1
AMI
碼
——傳號(hào)極性交替碼
信碼:100110000000110011AMI碼:+100-1+10000000–1+100–1+1應(yīng)用:
PCM24路基群(北美系列)1.544Mb/s的線路碼型。舉例:
2
HDB3碼——3階高密度雙極性碼
編碼規(guī)則:連“0”個(gè)數(shù)不超過(guò)3個(gè)時(shí),遵循AMI的編碼規(guī)則;連“0”個(gè)數(shù)超過(guò)3個(gè)時(shí),將第4個(gè)“0”改為非“0”脈沖,
記為V+或V-,稱為破壞脈沖。相鄰V碼的極性必須交替出現(xiàn)(確保無(wú)直流);V碼的極性應(yīng)與前一個(gè)非“0”脈沖的極性相同,否則,
將0000更改為B+00V+
或
B-00V-
。B稱為調(diào)節(jié)脈沖。V碼之后的傳號(hào)碼極性也要交替。
信碼
1000100100001000011000011
HDB3碼
-1000+100-1000V-+1000V+-1+1B-00V-+1-1除保持了AMI碼的特點(diǎn)之外,還將連“0”碼限制在
3個(gè)以內(nèi),有利于位定時(shí)信號(hào)的提取。應(yīng)用:
A律PCM四次群以下的線路接口碼型?!?000±1±100±1
特點(diǎn):舉例:譯碼:
“0”——01;“1”——10帶寬比原信碼大1倍。
3
雙相碼——曼徹斯特碼(Manchester)信碼11010010雙相碼
1010011001011001
局域網(wǎng)中的傳輸碼型。編碼規(guī)則:特點(diǎn):缺點(diǎn):應(yīng)用:
4
CMI碼——傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼
特點(diǎn):
雙極性二電平碼,連碼個(gè)數(shù)不超過(guò)3個(gè)。
編碼規(guī)則:“1”——11、00交替“0”——01
應(yīng)用:
A律PCM四次群的接口碼型;速率低于8.448Mb/s的光纜傳輸系統(tǒng)中。
5
nBmB碼(m>n)m位二進(jìn)制碼(新碼組)n位二進(jìn)制碼(原信碼組)2n
種組合2m
種組合從2m種中選擇許用碼組,其余為禁用碼組
例如:4B/3T碼,把4個(gè)二進(jìn)制碼變換成3個(gè)三元碼,——1B/1T碼的改進(jìn)型。在相同的碼速率下,4B/3T碼的信息容量大于1B/1T,因而可提高頻帶利用率。
4B/3T碼、8B/6T碼等適用于高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),如
高次群同軸電纜傳輸系統(tǒng)。
6
nBmT碼
(mn)m位二進(jìn)制碼(新碼組)n位二進(jìn)制碼(原信碼組)數(shù)字基帶信號(hào)傳輸
與
碼間串?dāng)_§6.3基帶傳輸系統(tǒng)組成基帶傳輸系統(tǒng)模型§6.3.1系統(tǒng)組成與傳輸模型輸入信號(hào)碼型變換傳輸波形信道輸出接收濾波輸出位定時(shí)脈沖恢復(fù)的信息錯(cuò)誤碼元
何謂ISI?產(chǎn)生ISI的原因?誤碼原因
——系統(tǒng)傳輸總特性不理想。{an}對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)基帶傳輸總特性§6.3.2
定量分析如何消除ISI?
如何抑制n(t)?接收濾波器輸出信號(hào):設(shè)抽樣時(shí)刻,則抽樣值為:
ISI值
噪聲
研究的問(wèn)題:延時(shí)無(wú)碼間串?dāng)_de基帶傳輸特性§6.4若能使:,則無(wú)ISI怎么做?
做不到
關(guān)注抽樣時(shí)刻等TB的零點(diǎn)§6.4.1消除碼間串?dāng)_的設(shè)計(jì)思想含義:本碼元抽樣時(shí)刻有值;其他碼元抽樣時(shí)刻均為0。§6.4.2無(wú)碼間串?dāng)_的條件
時(shí)域條件根據(jù),并利用時(shí)域條件:分段積分求和
頻域條件則有=1令1利用時(shí)域條件:TB即得頻域條件頻域條件:——檢驗(yàn)或設(shè)計(jì)H()能否消除碼間串?dāng)_的理論依據(jù)。含義示例:注:TS
=
TB
§6.4.3H()的設(shè)計(jì)1
理想低通特性奈奎斯特帶寬(最窄帶寬)奈奎斯特速率(無(wú)ISI的最高波特率)存在問(wèn)題:特性陡峭不易實(shí)現(xiàn);響應(yīng)曲線尾部收斂慢,擺幅大,對(duì)定時(shí)要求嚴(yán)格。fN—奈奎斯特帶寬f—超出fN的擴(kuò)展量2
余弦滾降特性
余弦滾降特性與時(shí)域響應(yīng):越大,h(t)的拖尾衰減越快,但B
η
幾種滾降特性和響應(yīng)曲線:各抽樣值之間增加一個(gè)零點(diǎn),
尾部衰減較快
升余弦滾降:歸納QA——部分響應(yīng)技術(shù)(見(jiàn)§6.7)西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院
課件制作:曹麗娜滾降系數(shù)系統(tǒng)帶寬無(wú)ISI的最高頻帶利用率無(wú)ISI的最高碼元速率Baud=1(Baud/Hz)例(1)H(f)滿足無(wú)碼間串?dāng)_的頻域條件(2)(3)解基帶傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能§6.5研究:在無(wú)ISI條件下,噪聲n(t)引起的誤碼率Pe
高斯E[nR(t)]=0高斯白噪E[n(t)]=0nR(t)特性x(t)=s(t)+nR(t)PenR(t)§6.5.1二進(jìn)制雙極性基帶系統(tǒng)的Pe
分析模型
nR(t)的一維概率密度函數(shù)為
可簡(jiǎn)記為:對(duì)于雙極性基帶信號(hào),其抽樣值為(+A,-A),則合成波x(t)=s(t)+nR(t)
在抽樣時(shí)刻的取值為:——高斯
x(t)特性
x(kTB)>Vd,判為“1”碼
x(kTB)Vd,判為“0”碼設(shè)判決門限為Vd,判決規(guī)則:VdP(0/1)
P(1/0)=P(xVd)=P(x>Vd)“1”—正確—錯(cuò)誤“0”—錯(cuò)誤—正確誤碼率Pe
P(0/1)——發(fā)1錯(cuò)判為0的概率:P(0/1)
P(1/0)——發(fā)0錯(cuò)判為1的概率:P(1/0)
Pe的值取決于——P(1)、P(0)、A、和Vd
雙極性基帶系統(tǒng)的總誤碼率
:QA可見(jiàn)
——使Pe最小的判決門限電平P(0/1)
P(1/0)P(1)=P(0)時(shí):P(0/1)
=P(1/0)Pe=最佳門限電平§6.5.2二進(jìn)制單極性基帶系統(tǒng)的Pe對(duì)于單極性基帶信號(hào),其抽樣值為(+A,0),則合成波x(t)=s(t)+nR(t)
在抽樣時(shí)刻的取值為:對(duì)比:雙極性基帶信號(hào),其抽樣值為(+A,-A)
∴只需將的分布中心由-A移到0即可:Vd歸納對(duì)比:等概時(shí):等概時(shí):眼圖§6.6估計(jì)和調(diào)整系統(tǒng)性能的一種實(shí)驗(yàn)方法何謂眼圖?觀察方法Tc=TB成因(a)無(wú)ISI的情況——大“眼睛”(c),線跡細(xì)而清晰;(b)有ISI的情況——小“眼睛”(d),且線跡雜亂。
眼圖示例TB存在噪聲時(shí),眼圖線跡變成了模糊的帶狀線;噪聲越大,線條越寬、越模糊,“眼睛”張開(kāi)的越小,
甚至閉合。眼圖模型眼圖照片(a)無(wú)ISI和n(t)的情況(b)有一定ISI和n(t)的情況二進(jìn)制雙極性升余弦信號(hào)三電平部分響應(yīng)信號(hào)部分響應(yīng)和時(shí)域均衡§6.7——改善系統(tǒng)性能的兩種措施設(shè)計(jì)目標(biāo):§6.7.1
部分響應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想:——利用部分響應(yīng)波形
進(jìn)行傳輸?shù)幕鶐到y(tǒng)觀察TB思路第Ⅰ類
部分響應(yīng)系統(tǒng)——當(dāng)前碼元只對(duì)下一個(gè)碼元產(chǎn)生碼間串?dāng)_TBTBTBTB
若g(t)為傳送信號(hào)的波形,且發(fā)送碼元的間隔為TB
則本碼元的抽樣值僅受
前一碼元的相同幅度樣值的串?dāng)_。合成波形TBNyquist速率:(無(wú)ISI的
最高波特率)無(wú)ISI的最高頻帶利用率:Nyquist帶寬:頻譜結(jié)構(gòu)/TB實(shí)現(xiàn)方法(a)原理方框圖預(yù)編碼:可消除接收端的“差錯(cuò)傳播”現(xiàn)象:
bk=ak?
bk-1(模2加)即ak=bk?
bk-1
Ck=bk+bk-1
相關(guān)編碼:(算數(shù)加)接收端對(duì)Ck作“模2判決”即可恢復(fù)ak
:
[Ck]mod2=[bk+bk-1
]mod2=ak(b)實(shí)際系統(tǒng)組成框圖第Ⅳ類部分響應(yīng)系統(tǒng)相關(guān)編碼:Ck=bk-bk-2預(yù)編碼:bk=ak?
bk-2
即ak=bk?
bk-2
對(duì)Ck作模2判決以恢復(fù)ak:[Ck]mod2=[bk-bk-2
]mod2=bk?
bk-2=ak——當(dāng)前碼元只對(duì)下下一個(gè)碼元產(chǎn)生碼間串?dāng)_注意缺點(diǎn)有ISI??(??)§6.7.2
時(shí)域均衡目的:消除或減小碼間串?dāng)_(ISI)方法:頻域均衡和時(shí)
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