數(shù)字信號的基帶傳輸課件

第三章數(shù)字信號的基帶傳輸學(xué)習(xí)目標(biāo)基帶傳輸系統(tǒng)組成及各部分功能基帶信號的波形、碼型（時域）和頻譜特征數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的基本模型碼間干擾噪聲信道噪聲調(diào)制解調(diào)信道基帶脈沖輸入基帶脈沖輸出編碼解碼信源信宿基帶脈沖輸出基帶脈沖輸入編碼信源解碼信宿噪聲信道信號形成器接收濾波器信道噪聲調(diào)制解調(diào)信道基帶脈沖輸入抽樣判決器基帶脈沖輸出基帶脈沖輸入基帶脈沖輸出3.1數(shù)字基帶系統(tǒng)的組成信源編碼器信道信號形成器信道檢測器噪聲解碼器同步器信宿均衡器過濾器接收濾波器再生判決位同步幀同步信號形成器——對基帶信號進(jìn)行必要的處理，使其與信道特性相適應(yīng)均衡器——對輸入信號作某些處理，以消除或減弱信道所引入的畸變。過濾器——濾除加性干擾檢測器——對多畸變的信號進(jìn)行觀察，并根據(jù)事先確定的規(guī)律進(jìn)行判決，變換成規(guī)則信號同步器——同步換取裝置，向檢測器提供位同步脈沖，向解碼器提供幀同步信號。3.2數(shù)字基帶信號及頻譜特性數(shù)字基帶信號單極性波形雙極性波形單極性歸零波形雙極性歸零波形差分波形多值波形（多電平波形）基帶信號的頻譜特性隨機(jī)序列的譜分析問題3.2.1數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號是數(shù)字信息序列的一種由信號表示的形式，它是用不同的電平或脈沖來表示相應(yīng)的數(shù)字消息的特點(diǎn)：功率譜集中在零點(diǎn)頻率附近碼型設(shè)計的目標(biāo)信號頻譜時鐘同步差錯檢測信號干擾和抗噪聲度費(fèi)用和復(fù)雜性基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型復(fù)習(xí)幾個概念信息量信息速率、比特率、數(shù)據(jù)率碼元、碼元寬度碼元速率調(diào)制速率基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型在實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)中，并不是所有代碼的電波形都能在信道中傳輸。例如：含有直流分量和較豐富低頻分量的單極性基帶波形就不適宜在低頻傳輸特性差的信道中傳輸，因?yàn)樗锌赡茉斐尚盘枃?yán)重畸變。又如，當(dāng)消息代碼中包含長串的連續(xù)1或0時，非歸零波形呈現(xiàn)出連續(xù)的固定電平，因而無法獲取定時信息。基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型傳輸用的基帶信號的主要要求對各種代碼的要求，期望將原始信息符號編制成適合于傳輸用的碼型——稱為傳輸碼型的選擇對所選碼型的電波形要求，期望電波形適宜于在信道中傳輸——稱為基帶脈沖的選擇傳輸碼的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮主要特性信號頻譜：相應(yīng)的基帶信號無直流成分和只有很小的低頻成分時鐘同步;能從其相應(yīng)的基帶信號中獲取定時信息不受信息源統(tǒng)計特性的影響，即能適應(yīng)于信息源的變化盡可能地提高傳輸碼型的傳輸效率差錯檢測：具有內(nèi)在的檢錯能力能信號干擾和抗噪聲度費(fèi)用和復(fù)雜性NRZ-L(單極性)NRZ-L(雙極性)RZ-L(單極性)RZ-L(雙極性)NRZI(單極性)同步時鐘101101001010-11010-110雙相位曼徹斯特碼0=在間隔的中間位置從高向低跳變1=在間隔的中間位置從低向高跳變差分曼徹斯特碼在間隔的中間位置總是有一個跳變0=在間隔的起始位置跳變1=在間隔的起始位置沒有跳變曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼同步時鐘1011010010-110-1特點(diǎn)不歸零碼與歸零碼前者的脈沖寬度大，信號的能量大，可提高信噪比，但不含時鐘信息；后者包含時鐘信息，但脈沖寬度窄，占用較寬的頻帶，信道利用率低。雙極性碼與單極性碼前者直流輸出很少，有利于傳輸，而后者含直流分量，不宜在線路上傳輸，通常用于設(shè)備內(nèi)部傳輸曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特碼自含時鐘，能進(jìn)行差錯檢測，且沒有直流輸出，便于傳輸。但是，他要求比數(shù)據(jù)率更高的信號傳輸速率，和NRZ相比，需要更大的帶寬。不適合遠(yuǎn)距離傳輸。雙極性AMI0=沒有線路信號1=交替的變換為正電平和負(fù)電平偽三進(jìn)制0=交替的變換為正電平和負(fù)電平1=沒有線路信號8零替換碼（B8ZS）先進(jìn)行雙極性AMI編碼，連續(xù)8個零的比特串被另一個比特串取代，這個比特串中有兩個碼是違反編碼規(guī)則的。雙極性3零碼（HDB3）先進(jìn)行雙極性AMI編碼，連續(xù)4個零的比特串被另一個比特串取代，這個比特串中有一個碼是違反編碼規(guī)則的。HDB3和AMI碼的功率譜密度AMI碼不含直流成分高低頻分量少能量集中在頻率為1/2碼速處位定時頻率分量雖然為0，但只要將基帶信號經(jīng)全波整流變成單極性歸零波形，便可提取位定時信號。提供一定程度的定時同步能力

優(yōu)點(diǎn)三元碼及多元碼與二元碼性能比較不存在靜直流成分，信號帶寬較窄一個信號元素只代表一個比特——三進(jìn)制log23=1.58bits接收器必須區(qū)分三個電平（+1，-1，0），在信噪比一定的情況下，差錯率要高得多

沒有二元碼效率高差分編碼概念差分編碼中，被傳輸?shù)男畔⑹怯蓛蓚€連續(xù)信號之間是否發(fā)生變化而不是信號元素本身的大小決定的優(yōu)點(diǎn)在有噪聲的情況下，比起將信號值與門限值直接比較，檢測信號的跳變更為可靠在復(fù)雜的傳輸結(jié)構(gòu)中，信號的正負(fù)極很容易變得不具有任何意義單極性不歸零碼——用脈沖寬度等于碼元間隔的矩形脈沖的有無表示碼元。直流分量不為0雙極性不歸零碼——用寬度等于碼元間隔的兩個幅度相同但極性相反的舉行脈沖表示碼元。直流分量近似為0單極性歸零碼——與單極性不歸零碼相似，只是脈沖的寬度小于碼元間隔雙極性歸零碼——與雙極性不歸零碼相似，只是脈沖的寬度小于碼元間隔交替極性碼——用無脈沖表示碼元0，而碼元1則交替的用正極性脈沖和負(fù)極性脈沖表示差分碼——用相鄰脈沖極性的改變表示1，用極性不改變表示0多電平信號（多元碼）——用幅度能取多個值的脈沖表示多進(jìn)制的碼元數(shù)字基帶信號的頻譜特性研究基帶信號的頻譜結(jié)構(gòu)是十分必要的，通過譜分析，我們可以了解信號需要占據(jù)的頻帶寬度，所包含的頻譜分量，有無直流分量，有無定時分量等。這樣才能針對信號譜的特點(diǎn)來選擇相匹配的信道，并確定是否能從信號中提取定時信號。頻譜分析方法：傅里葉變換？隨機(jī)信號的分析理論1、基帶信號的時域表達(dá)方式一般令代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)符號0，代表1，碼元的時間間隔為T。假設(shè)數(shù)據(jù)序列出現(xiàn)0、1的概率分別為P和1-P，且認(rèn)為他們的出現(xiàn)彼此統(tǒng)計獨(dú)立，則基帶數(shù)據(jù)信號可表示為：2、基帶信號的功率譜密度利用隨機(jī)信號的分析方法可得信號序列的功率譜密度表達(dá)式為：其中是符號速率，連續(xù)譜：始終存在離散譜：與1、0出現(xiàn)的概率和信號脈沖的寬度有關(guān)，在某些情況下可能沒有離散譜分量。3、幾種基帶數(shù)字序列的功率譜密度雙極性歸零序列設(shè)1、0出現(xiàn)的概率各為1/2，脈沖寬度為幅度為A，則，矩形脈沖其功率譜密度為雙極性不歸零序列設(shè)1、0出現(xiàn)的概率各為1/2，矩形脈沖脈沖寬度為幅度為A，單極性歸零序列設(shè)1、0出現(xiàn)的概率各為1/2，0碼發(fā)1碼發(fā)0，矩形脈沖為其功率譜密度為單極性不歸零序列離散譜：提供定時信息連續(xù)譜：有效帶寬連續(xù)譜的第一個過零點(diǎn)脈沖寬度的倒數(shù)4、功率譜特點(diǎn)（1）單極性碼——既有連續(xù)譜，又有離散譜，但單極性不歸零碼，雖有離散譜，但無f=fs的譜線，無法提取定時信息雙極性碼——只有連續(xù)譜，沒有離散譜（2）不歸零碼——連續(xù)譜第一個零點(diǎn)為歸零碼——連續(xù)譜第一個零點(diǎn)為5、了解基帶信號的功率譜密度的意義根據(jù)功率譜，可知道信號的功率主要集中在哪個頻率范圍內(nèi)，這樣就可以考慮系統(tǒng)應(yīng)有過的傳輸帶寬?？梢粤私馊绾螐慕邮諗?shù)據(jù)信號序列中提取接收端需要的碼元定時信息3.3碼間干擾基帶通信系統(tǒng)的一般模型再生判決器對該信號進(jìn)行抽樣判決，以確定所傳送的數(shù)字消息序