5-lx-通信概论-数字信号的基带传输(1).ppt

1、,5.0 引言 5.1 数字基带信号 5.2 基带传输的常用码型 5.3 数字基带信号传输与码间串扰 5.4 无码间串扰的基带传输特性 5.5 基带传输系统的抗噪声性能 5.6 眼图,第5章 数字基带传输系统,本章内容简介,概述 数字基带信号 未经调制的数字信号，它所占据的频谱是从零频或很低频率开始的。 数字基带传输系统 不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，常用于传输距离不太远的情况下。 数字带通传输系统 包括调制和解调过程的传输系统 研究数字基带传输系统的原因： 近程数据通信系统中广泛采用 基带传输方式也有迅速发展的趋势 基带传输中包含带通传输的许多基本问题 任何一个采用线性调制的带通

2、传输系统，可以等效为一个基带传输系统来研究。,5.0 引言,第5章 数字基带传输系统,5.0 引言,第5章 数字基带传输系统,新概念 码型：数字信息的电脉冲存在形式。 码型编码：数字信息的电脉冲表示过程。 码型译码：由码型还原为原来数字信息的过程。 线路传输码型：在有线信道中传输的数字基带信号。 传输数字基带信号可能遇到的问题： 信号包含直流分量或低频分量，对于一些具有电容耦合电路的 设备或传输频带低端受限的信道，信号可能传不过去。 自然编码后可能出现连“0”或连“1”，对应的数字信号的电平会 长时间维持不变，难以确定各个码元的位置(定时信息)。 对接收端而言，难以判断接收到的数字信号中是否包

3、含有错码。,第5章 数字基带传输系统,5.1 数字基带信号,5.1.1 码型及码型变换,编码原则 码型中应不含直流分量，低频分量尽量少。 码型中高频分量尽量少。 码型中应包含定时信息。 码型具有一定的检错能力。 编码方案应能适用于信源变化。 低误码增殖。 高编码效率。 编译码设备应尽量简单。,第5章 数字基带传输系统,5.1 数字基带信号,5.1.1 码型及码型变换,第5章 数字基带传输系统,5.1 数字基带信号,5.1.2 数字基带信号,图5-3 几种数字基带电信号波形,第5章 数字基带传输系统,5.1 数字基带信号,5.1.2 数字基带信号,5.1 数字基带信号,5.1.2 数字基带信号,

4、二进制数字基带信号的一般表示,其中，an表示第n个码元所对应的电平值（0、1或-1、+1等）；g（t）表示脉冲的波形；Ts为码元持续时间。,第5章 数字基带传输系统,5.2 基带传输的常用码型（线路传输码）,线路传输码应具有的主要特性：,能够从其相应的基带信号中提取出定时信息；,相应的基带信号中应该不含直流分量，低频成分尽量少；,不受信源发送符号统计特性的影响，即能够适应信源的变化；,具有内在的检错能力；,编码方法应该尽量简单，并考虑尽量提高传输码型的传输效率。,常用线路传输码：AMI、HDB3、Manchester等。,第5章 数字基带传输系统,5.2 基带传输的常用码型（线路传输码）,第5

5、章 数字基带传输系统,5.2 基带传输的常用码型（线路传输码）,第5章 数字基带传输系统,5.2 基带传输的常用码型（线路传输码）,1双极性传号交替反转码（AMI码）,图5-9 AMI（RZ）码（= 0.5 Tc）的波形与功率谱密度图形,1不再含直流分量和丰富的低频分量； 2虽然它本身不含码元时钟fc 的频率成份，但只要在接受端将AMI信号简单整流就变为单极性归零码信号，就产生了时钟成份； 3注意到AMI码中不会相继出现极性相同的两个或多个脉冲，这点表明了AMI码具有一定的内在的检测误码能力。 4AMI码第一零点带宽是fs(与NRZ相同),效率较高;编解码简单易于实现。,第5章 数字基带传输系

6、统,5.2 基带传输的常用码型（线路传输码）,2双极性三阶高密度码（HDB3码）, 以传号交替翻转码（AMI）为基础，当遇到4个连零时，用“0001” 来取代“0000”，该“0001”称为取代节，其中“1”的极性与前边一个信号的极性相同，违背极性交替翻转原则，故此码被称为“V”码。, 在前一个V 码后，若经奇数个（包括0个）传号后出现 “0000”，用取代节 “000V” 来取代“0000”；若经过偶数个传号后出现“0000”时，取代节用“B00V”形式，其中B作为传号附加脉冲，其极性符合交替翻转原则，V与B极性相同，违背极性交替原则。, 可以证明，当两个V 码之间的传号数目为奇数时，输出编

7、码序列 中加入的 V 码的极性也是交替翻转的，不会破坏 “无直流分量”的基本要求；但当两V 码间的传号数目为偶数时，将会导致某一极性的 V 码增加，会使编码信号序列中产生直流分量，解决办法是：,HDB3码是一种连“0”抑制编码。具体编码规则如下：,第5章 数字基带传输系统,5.2 基带传输的常用码型（线路传输码）,2双极性三阶高密度码（HDB3码）, 从接收HDB3序列中找出V码，将该V码连同它前边的三位（或者是“000”，或者是“B00”）全部用“0”代换；,HDB3的解码非常简单，可分为以下两步：, 现在做完代换的序列中的正或负脉冲都代表原始信源数据中的“1”，只要我们对其进行简单的整流处

8、理，就得到信源输出的单极性归零（RZ）码。,第5章 数字基带传输系统,5.2 基带传输的常用码型（线路传输码）,2双极性三阶高密度码（HDB3码）,图5-10 HDB3编码与解码举例,第5章 数字基带传输系统,5.2 基带传输的常用码型（线路传输码）,3双相码（Manchester码）,数据代码 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1,双相码 相当代码 10 10 01 01 10 01 10 01 10 10 10,第5章 数字基带传输系统,4 差分双相码 为了解决双相码因极性反转而引起的译码错误，可以采用差分码的概念。双相码是利用每个码元持续时间中间的电平跳变进行同步和信码表示（由负到

9、正的跳变表示二进制“0”，由正到负的跳变表示二进制“1”）。而在差分双相码编码中，每个码元中间的电平跳变用于同步，而每个码元的开始处是否存在额外的跳变用来确定信码。无跳变则表示二进制“1”，有跳变则表示二进制“0”。,5.2 基带传输的常用码型（线路传输码）,第5章 数字基带传输系统,5 密勒码：又称延迟调制码 编码规则： “1”码用码元中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示，码元起始点无跳变。 “0”码有两种情况： 单个“0”时，在码元持续时间内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变， 连“0”时，在两个“0”码的边界处出现电平跃变，即00”与“11”交替。,5.2 基带传输

10、的常用码型（线路传输码）,第5章 数字基带传输系统,例：图(a)是双相码的波形； 图(b）为密勒码的波形；若两个“1”码中间有一个“0”码时，密勒码流中出现最大宽度为2Ts的波形，即两个码元周期。这一性质可用来进行宏观检错。 用双相码的下降沿去触发双稳电路，即可输出密勒码。,5.2 基带传输的常用码型（线路传输码）,第5章 数字基带传输系统,6 CMI码：CMI码是传号反转码的简称。 编码规则：“1”码交替用“1 1”和“0 0”两位码表示；“0”码固定地用“01”表示。 波形图举例：如下图(c) CMI码易于实现，含有丰富的定时信息。此外，由于10为禁用码组，不会出现3个以上的连码，这个规律

11、可用来宏观检错。,5.2 基带传输的常用码型（线路传输码）,第5章 数字基带传输系统,5.3 基带脉冲传输与码间串扰,我们希望使用尽量窄的系统频带，以提高系统的频带利用率。,我们也希望使用尽量窄的基带脉冲以提高传输速率，但这需要更大带宽。,某接收码元脉冲的展宽就会引起在邻近码元脉冲判决时刻产生干扰。,如何设计无码间串扰的基带系统？ 怎样提高基带系统的频带利用率？,第5章 数字基带传输系统,5.3 基带脉冲传输与码间串扰,第5章 数字基带传输系统,输入信号,码型变换后,传输的波形,信道输出,接收滤波输出,位定时脉冲,恢复的信息,第5章 数字基带传输系统,码间串扰 两种误码原因： 码间串扰 信道加

12、性噪声 码间串扰原因：系统传输总特性不理想，导致前后码元的波形畸变并使前面波形出现很长的拖尾，从而对当前码元的判决造成干扰。 码间串扰严重时，会造成错误判决，如下图所示：,第5章 数字基带传输系统,5.3 基带脉冲传输与码间串扰,设输入基带脉冲序列an为一冲激序列，并用d(t)表示为：,通过发送滤波器后，产生信号为s(t)，表示为：,这儿gT(t)是发送滤波器GT()的冲激响应，可表示为：,第5章 数字基带传输系统,5.3 基带脉冲传输与码间串扰,我们考察输入基带脉冲序列在经过发送滤波器GT() 、传输媒介C() 、接收滤波器GR()后的总输出，设为r(t)，则,其中h(t)是H()=GT()

13、C()GR()的冲激响应，可表示为：,第5章 数字基带传输系统,5.3 基带脉冲传输与码间串扰,我们考察判决电路对第k个脉冲响应时刻(t=kTs)的判决结果，以确定接收码元ak的取值。,to是考虑到接收定时的偏差。,加性噪声对判决结果的影响。,k以外的其他脉冲响应对判决结果的影响码间串扰。,第k个脉冲响应自身的判决结果。,第5章 数字基带传输系统,5.4 无码间串扰的基带传输特性,系统无码间串扰，要求对于输入脉冲(t-kTs)，在接收滤波器输出端的响应h(t-kTs)须满足：,第5章 数字基带传输系统,5.4 无码间串扰的基带传输特性,第5章 数字基带传输系统,5.4 无码间串扰的基带传输特性

14、,在一定的码速条件下，有的系统会由于特性不理想产生码间串扰，有的系统则无码间串扰。,在特定的码速条件下，什么样的系统特性无码间串扰？,在一定的系统特性条件下，采用多高的码元传输速率，可以作到无码间串扰？,特定系统特性条件下，无码间串扰的最大速率是多少？,特定系统的频带利用率是多少？采用最佳的系统特性和技术，系统的频带利用率最大可达到多少？,第5章 数字基带传输系统,5.4 无码间串扰的基带传输特性,1. 理想低通基带传输特性,带宽B=wHz的理想低通，无码间串扰的最小码元间隔为1/2w秒，最大码元速率为2w波特。最大频带利用率2波特/Hz。,第5章 数字基带传输系统,5.4 无码间串扰的基带传

15、输特性,1. 理想低通基带传输特性,带宽B=1/2TsHz的理想低通，无码间串扰的最小码元间隔为Ts秒，最大码元速率为1/Ts波特。最大频带利用率2波特/Hz。,第5章 数字基带传输系统,5.4 无码间串扰的基带传输特性,2. 非理想低通基带传输特性,可以证明，基带系统的传输特性只要满足下面的要求，系统都可以做到在抽样判决时刻不存在码间串扰。,第5章 数字基带传输系统,5.4 无码间串扰的基带传输特性,2. 非理想低通基带传输特性,基带系统的传输特性只要满足下面的要求，系统都可以做到在抽样判决时刻不存在码间串扰。,只要是常数便可。,等效“理想”低通特性。,第5章 数字基带传输系统,5.4 无码

16、间串扰的基带传输特性,2. 非理想低通基带传输特性,第5章 数字基带传输系统,2. 非理想低通基带传输特性,5.4 无码间串扰的基带传输特性,“”如何确定？,第5章 数字基带传输系统,5.4 无码间串扰的基带传输特性,2. 非理想低通基带传输特性,(5.4-4),第5章 数字基带传输系统,2. 非理想低通基带传输特性,5.4 无码间串扰的基带传输特性,图5-15 升余弦滚降特性低通的冲激响应,(6.4-13),第5章 数字基带传输系统,5.4 无码间串扰的基带传输特性,2. 非理想低通基带传输特性,任意滚降系数下，升余弦特性低通系统H()与h(t),任意滚降系数下，基带传输系统的频带利用率,(

17、5.4-6),频带利用率 = 无码间串扰最大码速/系统带宽 = 2/(1+) 单位：波特/Hz,第5章 数字基带传输系统,5.4 无码间串扰的基带传输特性,最大频带利用率 max = 2/(1+) |=0 = 2 (波特/Hz),奈奎斯特带宽,奈奎斯特速率,奈奎斯特第一准则:,基带系统特性满足(5.4-3)要求的， 均可在特定抽样时刻nTs无码间串扰，最大码速达1/Ts波特。,具有滚降特性的传输系统，可等效为一种“理想”低通Heq(f)或Heq() ，其最大带宽为1/2Ts Hz，称为奈奎斯特带宽fN。,满足(5.4-3) 的传输系统，无码间串扰的最大码速可达奈奎斯特带宽fN的2倍，即1/Ts=2fN波特，称为奈奎斯特速率。,第5章 数字基带传输系统,5.4 无码间串扰的基带传输特性, 应用举例,例1 某基带传输系统特性如下图，是否可以无码间串扰？系统的滚降系数是多少？无码间串扰的最大速率是多少？最大频带利用率是多少？还有哪些速率可消除码间串扰？,滚降系数=0.5 无码间串扰的最大速率Rmax=4000波特 最大频带利用率