數(shù)字基帶信號的傳輸44課件

第六章數(shù)字基帶信號的傳輸?shù)诹聰?shù)字基帶信號的傳輸6.1引言6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型6.3基帶傳輸系統(tǒng)的波形設(shè)計6.4部分響應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng)6.5眼圖6.6均衡6.7基帶數(shù)據(jù)傳輸差錯率計算數(shù)字信號的基帶傳輸-----不通過高頻調(diào)制，直接傳送視頻脈沖的傳輸系統(tǒng)（通常由有線傳送）。注：一切數(shù)字通信系統(tǒng)中高頻調(diào)制前的各功能模塊間的信號傳輸也屬基帶傳輸！6.1引言一、數(shù)字通信系統(tǒng)框圖此前為基帶系統(tǒng)注：復(fù)用可能在信源編碼之后注：擴頻一般在高頻調(diào)制前6.1引言三、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)框圖6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型對于傳輸頻帶低端受限的信道，碼型的頻譜中應(yīng)不含有直流分量且低頻分量應(yīng)盡量小碼型變換過程對任何信源都具有透明性，即與信源的統(tǒng)計特性無關(guān)有利于提取位同步信號具有一定的檢錯能力誤碼增值（擴散）小譯碼設(shè)備盡量簡單一、碼型設(shè)計原則6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型二、常用基帶傳輸碼型6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型二、常用基帶傳輸碼型HDB3碼的編碼步驟（1）取代變換： 將信碼中4個連“0”碼用取代節(jié)“000V”或“B00V”代替，當(dāng)兩個相鄰的V碼中間有奇數(shù)個“1”碼時用“000V”代替4個連“0”碼，有偶數(shù)個“1”碼時用“B00V”代替4個連“0”碼。信息代碼中的其它碼保持不變。（2）加符號： 對1中得到的“1”碼、破壞碼“V”及平衡碼“B”加符號。原則是：“V”碼的符號與前面第一個非“0”碼的符號相同，“1”碼及“B”碼的符號與前面第一個非“0”碼的符號相反。加符號后即得到HDB3碼。6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型三、基帶傳輸系統(tǒng)的組成6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型

：傳輸?shù)牡趍個碼元：所有其他碼元對正在接收判決的第m個碼元的影響，稱為碼間串?dāng)_（ISI）

：加性噪聲三、基帶傳輸系統(tǒng)的組成6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型二進制隨機脈沖序列分析基帶碼的功率譜實際上就是分析隨機脈沖序列的功率譜。有兩類性質(zhì)的隨機序列：無記憶（獨立）和有記憶（相關(guān)）。四、基帶碼的功率譜分析

6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型二進制基帶碼S(t)的功率譜密度(推導(dǎo)參見附錄B)四、基帶碼的功率譜分析1）無記憶基帶碼的功率譜密度函數(shù)------前后兩相鄰碼元之間獨立四、基帶碼的功率譜分析（續(xù)）若S(t)為獨立等概的雙極性二進制脈沖序列，且基帶波形g(t)為方波，則1）無記憶基帶碼的功率譜密度函數(shù)------前后兩相鄰碼元之間獨立四、基帶碼的功率譜分析（續(xù)）3)基帶碼功率譜密度分析小結(jié)如均值則基帶信號中有離散譜（即正弦波分量)，如均值為0，則無離散譜；式中第二項為連續(xù)譜（即非周期分量）；對于無記憶等概二電平碼（+1、-1的概率均等于1/2），有：上式適用于一切基帶碼元，包括有記憶、無記憶和多電平。將上述參數(shù)代入上式得：-----這即為前面求得的獨立基帶碼的功率譜例6.2.1雙極碼是一種有記憶碼，因為‘1’的取值前后相關(guān)。詳見書。6.2數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型四、基帶碼的功率譜分析（續(xù)）幾種常見碼型的基帶信號功率譜6.3基帶傳輸系統(tǒng)的波形設(shè)計接收端送至抽樣判決器的波形由基帶碼型、發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器共同決定可通過改變發(fā)送濾波器和接收濾波器的特性獲得較好的接收端波形6.3基帶傳輸系統(tǒng)的波形設(shè)計接收波形滿足抽樣值無失真?zhèn)鬏數(shù)某湟獥l件是：僅在本碼元的抽樣時刻上有最大值，而其他所有碼元在該時刻的串?dāng)_值均為0。一、奈奎斯特準(zhǔn)則：抽樣值無失真6.3基帶傳輸系統(tǒng)的波形設(shè)計滿足抽樣值不失真的充要條件：一、奈奎斯特準(zhǔn)則：抽樣值無失真6.3基帶傳輸系統(tǒng)的波形設(shè)計滿足抽樣值不失真條件的傳遞函數(shù)：

6.3基帶傳輸系統(tǒng)的波形設(shè)計理想低通沖激響應(yīng)奈奎斯特帶寬：1/2T，無失真?zhèn)鬏敶a元周期為T的序列時所需的最小頻帶寬度系統(tǒng)頻帶利用率達到最大：2波特/赫茲一、奈奎斯特準(zhǔn)則：抽樣值無失真6.3基帶傳輸系統(tǒng)的波形設(shè)計1)信號的頻譜函數(shù)和波形函數(shù)二、升余弦滾降信號6.4部分響應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng)二、部分響應(yīng)系統(tǒng)的基本原理高于奈氐速率傳輸，必定會有碼間串?dāng)_；在前一碼元正確接收條件下，對下一碼元的串?dāng)_是己知的（如‘1’為正，‘0’為負）；既己知就可在判決時去除。原理：優(yōu)點：傳輸速率高（可高于奈奎斯特極限）。缺點：設(shè)備較復(fù)雜；在相同SNR條件下誤碼率較高（引入了判決損失）。6.4部分響應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng)第I類部分響應(yīng)信號：三、第I類部分響應(yīng)系統(tǒng)6.4部分響應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng)第I類部分響應(yīng)系統(tǒng)實現(xiàn)原理框圖由于光纖帶寬富裕，因而部分響應(yīng)在基帶傳輸中稀有應(yīng)用（在無線通信系統(tǒng)中有采用）三、第I類部分響應(yīng)系統(tǒng)6.4部分響應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng)四、部分響應(yīng)系統(tǒng)的一般形式6.5眼圖6.6均衡均衡：對信號在傳輸過程中的線性失真進行校正，是一切通信系統(tǒng)中的必備模塊線性失真：振幅頻率失真相位頻率失真（群時延失真）均衡器設(shè)計的兩個基本途徑：頻域均衡：使包括均衡器在內(nèi)的整個系統(tǒng)的傳輸函數(shù)滿足無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件時域均衡：使包括均衡器在內(nèi)的整個系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無碼間串?dāng)_的條件一、均衡概述6.6均衡信道失真引起的碼間串?dāng)_二、時域均衡(又稱信道均衡）產(chǎn)生原因：多徑延時、多普勒頻移和信道群延時失真等。t=T時刻的采樣值干擾相鄰碼元?？朔椒ǎ翰捎眯诺谰馄鳌８蓴_相鄰碼元圖6.6.76.6均衡橫向濾波器形式的信道均衡器二、時域均衡傳輸函數(shù)：輸出波形：橫向濾波均衡器的設(shè)計算法（拍零法）二、時域均衡（續(xù)）令t=mT，m=0,±1,±2,±3,…,對y(t)進行采樣，如不計噪聲，并假設(shè)只有N個相鄰碼元會產(chǎn)生串?dāng)_（通常取N=1或2，即取橫向濾波器為3節(jié)或5節(jié)），可得：表示為矩陣形式有：給定Y，己知X求C，有多種算法，上述算式稱之為拍零法。二、時域均衡（續(xù)）橫向濾波均衡器的設(shè)計算法（拍零法）例6.6.1針對圖6.6.7的波形失真，采用3節(jié)橫向濾波器，試用拍零法求橫向濾波器系數(shù)。解：3節(jié)，對應(yīng)N=1.將數(shù)據(jù)代入方程，有：解方程（可將矩陣化為聯(lián)立方程組）得：，均衡后的輸出是：注：系統(tǒng)中實際應(yīng)用是在碼流中相距一段時間便插入測試序列，確定系數(shù)C，認(rèn)為在信道相關(guān)時間內(nèi)參數(shù)不變，均衡有效。測試序列占用了信道資源。不插入測試序列的均衡算法稱之為盲均衡。6.7基帶數(shù)據(jù)傳輸差錯率計算

二元碼：

信道中引入的高斯噪聲：

接收濾波器的輸出：

對單極性碼，若不考慮碼間串?dāng)_的影響，則抽樣時刻有一、二元碼的誤比特率6.7基帶數(shù)據(jù)傳輸差錯率計算發(fā)“0”碼時接收波形的幅度概率密度函數(shù)發(fā)“1”碼時接收波形的幅度概率密度函數(shù)一、二元碼的誤比特率6.7基帶數(shù)據(jù)傳輸差錯率計算一、二元碼的誤比特率6.7基帶數(shù)據(jù)傳輸差錯率計算單極性二元碼雙極性二元碼在相同誤比特率時，單極性二元碼的平均信號功率為雙極性二元碼的兩倍；在相同信噪比時，雙極性二元碼的誤比特率低于單極性二元碼。Q函數(shù)是計算誤碼率的常用算式，只能由表查數(shù)值解（見附錄C）。一、二元碼的誤比特率式中，S是信號功率，N是噪聲功率，是比特能量SNR，是噪聲功率譜密度。6.7基帶數(shù)據(jù)傳輸差錯率計算數(shù)字通信中，常用與比特能量信噪比的歸一化形式表示系統(tǒng)性能指標(biāo)與信噪比S/N的關(guān)系一、二元碼的誤比特率6.7基帶數(shù)據(jù)傳輸差錯率計算M元碼誤符號率的一般表達式碼元錯誤概率與比特錯誤概率之間的關(guān)系二、M元碼的錯誤概率---由二元碼推廣而來，式中A仍表示兩碼元之間的電平差值。表示成SNR形式：自然二進碼：格雷碼：---這即是信道編碼理論中增加碼組長度可獲益的原理！小結(jié)：（1）數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型各有各自的設(shè)計目的，如去除直流分量，減少連0串，加強位同步信息或壓縮頻帶等；（2）基帶碼的功率譜決定于碼元波形和碼流的相關(guān)特性，一般需通過相關(guān)函數(shù)求功率譜密度函數(shù)；（3）數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)通過碼元的波形設(shè)計來消除碼間串?dāng)_的影響，升余弦信號是最常用的基帶信號之一；（4）部分響應(yīng)基帶傳輸可以使傳輸速率高于奈奎斯特極限，目前在有線通信中還未見采用，但在頻帶受限的無線通信系統(tǒng)中有應(yīng)用；（5）信道均衡是通信系統(tǒng)中廣泛采用的技術(shù)，橫向濾波器均衡應(yīng)用廣泛；（6）誤碼率是一切數(shù)字通信系統(tǒng)的重要指標(biāo)，Q函數(shù)是在高斯噪聲干擾下計算差錯率的公式，其值由數(shù)值解求得。非高斯噪聲干擾下不能用Q函數(shù)計算誤碼。基帶傳輸一章結(jié)束習(xí)題：6.1，6.2，6.3，6.5，6.6，6.10，6.17，6.21，6.25ThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7J7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiR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