《數(shù)字通信原理》課件 項目三-認知數(shù)字基帶傳輸

數(shù)字通信原理01項目1：認識通信系統(tǒng)02項目2：認識通信信號CONTENTS03項目3：認知數(shù)字基帶傳輸04項目4：理解調制解調05項目5：揭秘編碼06項目6：認知定時與同步07項目7：仿真數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)08項目8：仿真移動通信系統(tǒng)09項目9：探索通信新技術項目3認知數(shù)字基帶傳輸認知數(shù)字基帶傳輸項目3項目描述在本項目中，將學習數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型，數(shù)字基帶傳輸中的基本碼型、常用碼型。通過編碼、繪圖、仿真學習認知基帶傳輸系統(tǒng)，了解數(shù)字基帶信號的通信傳輸過程，理解基帶碼產(chǎn)生轉換、濾波、噪聲干擾、再生恢復等通信重要技術原理。項目分析常見基本碼型有單極性不歸零碼(NRZ)、雙極性不歸零碼(BNRZ)、單極性歸零碼(RZ)、雙極性歸零碼(BRZ)、差分碼、多電平碼，適合長距離傳輸?shù)某Ｓ么a型包括AMI碼、HDB3碼，可以使用systemview進行仿真。認知數(shù)字基帶傳輸項目3學習目標熟悉基帶傳輸模型；掌握基帶傳輸碼型編碼原理；理解基帶傳輸中碼間干擾及應對方法。課程思政結合基帶芯片性能演進變化的研究，認識我國通信芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意義，通過調研與基帶技術工作崗位職責要求，激發(fā)學生的愛崗敬業(yè)和努力進取的精神。了解數(shù)字基帶信號碼型任務3.1任務目標掌握基帶傳輸中使用的常用碼型編碼方法。任務分析通過對編碼過程分析，掌握單極性不歸零碼（NRZ）、雙極性不歸零碼（BNRZ）、單極性歸零碼（RZ）、雙極性歸零碼（BRZ）、差分碼、多電平碼編碼原理及方法。3.1了解數(shù)字基帶信號碼型在數(shù)字通信系統(tǒng)中，未經(jīng)調制的數(shù)字信號所占據(jù)的頻譜是從零頻或很低頻率開始，稱為數(shù)字基帶信號?；鶐盘柛唠娖酱怼?”，低電平代表“0”。這些信號往往含大量的低頻分量，因而稱之為數(shù)字基帶信號。Internet路由器計算機打印機互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字基帶信號基站傳輸設備數(shù)字基帶信號配線架配線架基站控制器傳輸設備遠距離光纖近距離同軸電纜頻帶信號圖3-3移動通信系統(tǒng)中的基帶傳輸圖3-2計算機通信中的基帶傳輸3.1了解數(shù)字基帶信號碼型1.單極性非歸零碼NRZ（Non-ReturntoZero）

0：由0電平表示二進制符號“0”，整個碼元期間電平保持不變

1：用正電平（高電平）表示二進制符號“1”，整個碼元期間電平保持不變+E

0T011001013.1.1常見的基本碼型0+5v

01.單極性非歸零碼NRZ（二）判決判決規(guī)則(2)小于判決電平，判定為“1”

。(1)大于（等于）判決電平，判定為“1”；1011001結論：單極性碼的判決電平等于“1”電平的一半（?）。當距離變長衰耗增大判決電平將變化

3.1.1常見的基本碼型2.雙極性非歸零碼BNRZ（BipolarNon-ReturntoZero）1：正電平表示符號“1”，整個碼元期間電平保持不變0：負電平表示符號“0”，整個碼元期間電平保持不變01100101+E-E(1)

不含直流成分，不需要接地的電纜來傳輸。(2)存在最佳判決電平0(3)出現(xiàn)連0或連1時，不能提取位定時信息。應用：

V系列接口和RS-232C接口標準。

3.1.1常見的基本碼型3.單極性歸零碼RZ（ReturntoZero）01011001+E

01：正向脈沖表示“1”，高電平持續(xù)τ秒后，又返歸零0：負電平表示“0”，整個碼元期間電平保持不變Tτ占空比可直接提取位定時信息。應用：其他信號提取位同步信息的過渡碼形。

3.1.1常見的基本碼型正向脈沖表示“1”，負向脈沖表示“0”。正向脈沖和負向脈沖都在碼元間隔時間內(nèi)返歸到零。01011001+E-E4.雙極性歸零碼BRZ

3.1.1常見的基本碼型傳號差分NRZ(M)“1”相鄰碼元電平發(fā)生跳轉，“0”相鄰碼元電平不改變。+E0110110015.差分碼(傳號差分、空號差分）差分碼波形代表的信息僅與相鄰碼元的電位變化有關，而與電平的極性無關。101

001

0

011011001akbk-1bk0110000110000001絕對碼相對碼解決載波相位模糊問題

3.1.1常見的基本碼型傳輸碼的結構應具有下列主要特性：1.數(shù)字基帶信號應不含有直流分量，且低頻及高頻分量也應盡量的少。2.數(shù)字基帶信號中應含有足夠大的定時信息分量。這就要求數(shù)字基帶信號中含有或經(jīng)過簡單處理后含有定時脈沖信號的線譜分量，以便同步電路提取。3.基帶傳輸?shù)男盘柎a型應與信源的統(tǒng)計特性無關。碼型結構含有內(nèi)在的檢錯能力。3.1.2基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型編碼規(guī)則：傳輸時，原“0”碼仍編為傳輸碼的0；原“1”碼，交替地變換為+1，-1，+1，-1，…1.傳號交替反轉碼AMI碼(AlternateMarkInversion)AMI碼功率譜中不含直流成分，連0時不利于定時信息碼:10011000000011001+100-1+10000000-1+100-1AMI碼:+E-E3.1.2基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型2.三階高密度雙極性碼HDB3碼(HighDensityBipolar3)HDB3是改進的AMI碼，它克服了AMI碼的缺陷而保留了其合理性能。1.取代變換:將4個連0碼用000V或B00V代替，000V:相鄰V碼中間有奇數(shù)個1時，B00V:相鄰V碼中間有偶數(shù)1碼。2.加符號:給1碼、V碼及B碼加符號。原則是，V碼的符號與前一個非0碼的符號相同，1碼及B碼的符號與前個非0碼的符號相反。1000010000110000l1代碼：+1000+V-1000-V+1-1+B00+V-l+1HDB3碼:1000V1000V11B00V11+1000+1-1000-1+1-1+100+1-l+13.1.2基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型3.2.1基帶傳輸模型數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)：不使用調制和解調裝置而直接傳輸數(shù)字基帶信號的系統(tǒng)。3.2理解基帶傳輸過程

圖3-12基帶傳輸系統(tǒng)模型（3）各部分功能：碼型變換器--把原始基帶信號變換成適合于信道傳輸?shù)牡母鞣N碼型，達到與信道匹配的目的；發(fā)送濾波器--碼型變換器輸出的各種碼型是以矩形為基礎的，發(fā)送濾波器的作用就是把它變換為比較平滑的波形，如升余弦波形等，這樣利于壓縮頻帶、便于傳輸；信道--它是允許基帶信號通過的媒質，通常不滿足無失真?zhèn)鬏敆l件，甚至是隨機變化的。另外信道還會進入噪聲。一般認為噪聲為AWGN；接收濾波器--濾除帶外噪聲，對信道特性均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決；抽樣判決器--傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時刻（由位定時脈沖控制）對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復或再生基帶信號。3.2.1基帶傳輸模型基帶系統(tǒng)各點波形示意圖單極性碼雙極性歸零碼發(fā)送濾波后信道噪聲疊加接受濾波抽樣判決信號再生誤碼3.2.2碼間干擾的概念

圖3-13矩形脈沖傳輸畸變示意圖信道發(fā)送信號接收信號信號在經(jīng)過信道傳輸后會發(fā)生變化，這些變化對接收端正確接收信號非常不利。單個矩形脈沖在通過信道時，信號的幅度會因為部分能量轉化為熱能而衰減，同時信號的形狀也會發(fā)生變化，脈沖的寬度會展寬，有時會有常常的拖尾。數(shù)字基帶信號傳輸畸變示意碼間干擾示意3.2.2碼間干擾的概念拖尾零點處避免碼間干擾零點Ts=無碼間干擾傳輸?shù)淖罡咚俾蔙Bmax=3.2.3無碼間干擾傳輸特性奈奎斯特準則

某信道帶寬如上A圖所示，求最高傳輸速率RB=2*B=2000（波特）RB=2BRB=？某信道帶寬如上B圖所示，求最高傳輸速率H(f)-1000f(Hz)1000A圖H(f)-300f(Hz)300B圖3.2.3無碼間干擾傳輸特性系統(tǒng)頻域特性如圖所示:當發(fā)送速率為2/Ts時，以下基帶系統(tǒng)能否實現(xiàn)無碼間干擾？1.利用最高頻帶利用率發(fā)送速率=最高傳輸速率/n,可以實現(xiàn)無碼間干擾傳輸3.2.3無碼間干擾傳輸特性

濾波