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第五章 数字基带传输系统

第五章 数字基带传输系统. 5.1 数字基带信号 5.2 基带传输的常用码型 5.3 基带脉冲传输与码间干扰 5.4 无码间干扰的基带传输特性 5.5 部分响应系统 5.6 无码间干扰基带系统的抗噪声性能 5.7 眼图. 5.1 数字基带信号. 数字基带信号波形 在传输距离不远的有线信道 , 数字基带信号可直接传送 . 任何数字传输系统均可等效为基带传输系统 组成基带信号的单个码元可以是矩形、升余弦脉冲、高斯形脉冲、半余弦脉冲等。.

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第五章 数字基带传输系统

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  1. 第五章 数字基带传输系统 5.1 数字基带信号 5.2 基带传输的常用码型 5.3 基带脉冲传输与码间干扰 5.4 无码间干扰的基带传输特性 5.5 部分响应系统 5.6 无码间干扰基带系统的抗噪声性能 5.7 眼图

  2. 5.1 数字基带信号 • 数字基带信号波形 在传输距离不远的有线信道, 数字基带信号可直接传送. 任何数字传输系统均可等效为基带传输系统 • 组成基带信号的单个码元可以是矩形、升余弦脉冲、高斯形脉冲、半余弦脉冲等。

  3. 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 单极性波形 双极性波形 单极性归零 双极性归零 差分波形 3E E -E -3E 多值波形

  4. 基带信号的频谱特性 数字基带信号一般是随机信号，用功率谱密度来描述其频谱特性。 • 设二进制随机脉冲序列，g1（t）— 0， g2（t）— 1，码元宽度 Ts，在任一码元时间Ts内 g1（t）和g2（t）出现的概率为P，1-P，且统计独立。 Ts

  5. S（t）通常是功率型的 看成是由一个稳态波 和交变波 构成

  6. （稳态波）—的平均分量 1. 稳态波 的功率谱密度

  7. 2. 交变波 的功率谱密度 3. 的功率谱密度 (1)单极性波形 设

  8. (2) 双极性波形 一般地,如果 (与t无关) 且 0 ≤ k ≤ 1 则 g1(t) 及 g2(t) 组成的脉冲序列将无离散谱.

  9. 5.2 基带传输的常用码型 • 码型 , 脉冲波形的区别 • 传输码型(线路码)的设计原则: 传输频带的高频和低频部分均受限 • 便于从基带信号中提取位定时信息. • 对传输频带低端受限的信道,传输码型频谱不含直流分量. • 码型变换(码型编译码)过程不受信源统计特性影响.(传输码型的频谱与信源的统计特性有关)

  10. 4)尽可能提高传输码型的传输效率.5)具有内在的检错能力.4)尽可能提高传输码型的传输效率.5)具有内在的检错能力. • AMI码 Alternate Mark Inversion 0→0 , 1交替变换为+1,-1的归零码,通常脉冲宽度为码元周期之半. 消息 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 AMI码 +1 0 0 -1 +1 0 0 0 -1 +1 -1 特点: 基带信号正、负脉冲交替，0电位保持不 变 —无直流成分 二进制符号序列 —三进制符号序列 （一位）二进制符号 —（一位）三进制符号（1B/1T码型）

  11. 二进制信息 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1发送AMI码 +1 0 –1 0 0 0 0 0 +1 0 0 –1 +1 接收AMI码 +1 0 –1 0 0 +1 0 0 +1 0 0 –1 +1 破坏极性交替规律 • AMI码含有冗余信息， 具有检错能力。 • 缺点 与信源统计特性有关，功率谱形状随传号率（出现“1”的概率）而变化。 出现连“0”时，长时间不出现电平跳变，定时提取困难。

  12. 归一化功率谱 HDB3 AMI P=0.5 P=0.4 1 fT 能量集中在频率为1/2码速处,位定时频率(即码速频率)分量 为0,但只要将基带信号经全波整流变为二元归零码,即可得 位定时信号.

  13. HDB3码 (High Density Bipolar— 3 Zeros) 没有4个以上连0→HDB3 • 消息代码→AMI码 第4个0变为同极性V,相邻V之间有偶数 个非0符号,将该小段第1个0变换反极性 B,后面的非0符号从V开始交替变化. 消息码 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 AMI码 -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1 HDB3码 -1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V-1 +1 -B 0 0 -V +1 -1 译码:V是表示破坏极性交替规律的传号,V是破坏点,译码时,找到破坏点,断定V及前3个符号必是连0符号,从而恢复4个连0码,再将-1变成+1,便得到消息代码.

  14. + 5.3 基带脉冲传输与码间干扰 • 基带系统模型 发送滤波器 传输信道 n(t) 接收滤波器 发送滤波器输入 发送滤波器输出 r(t) 识别 电路 GT（ω） C（ω） GR（ω） d(t) s(t) nR(t)

  15. 接收波 限幅门限 限幅整形 抽 样 判决(再生)

  16. 发送滤波器传输特性为GT（ω）则： n(t)通过接收滤波器 • 接收滤波器输出信号r(t) r(t) →识别电路 抽样时刻kTs+t0 t0是可能的时偏(由信道特性及接收滤波器决定)

  17. 为使基带脉冲传输获得足够小的误码率,必须 最大限度地减少码间干扰和随机噪声的影响 第k个接收 基本波形 码间干扰 随机干扰

  18. 5.4 无码间干扰的基带传输特性基带传输特性 识别 h(t) 为系统 的冲激响应

  19. 当无码间干扰时, 对h(t)在kTs抽样,有: 奈奎斯特第一准则

  20. H(ω)为理想低通时,满足无码间干扰条件

  21. 输入数据以1/Ts波特进行传送,则在抽样时刻无码间干扰.输入数据以1/Ts波特进行传送,则在抽样时刻无码间干扰. • 系统频带宽度为 ,最高频带利用率 • 设系统频带为W (赫), 则该系统无码间干扰时的最高传输速率为2W (波特)

  22. 当H(ω)的定义区间超过 时,满足奈奎斯特第一准则的H(ω)不只有单一的解.

  23. 将 圆滑处理(滚降),只要 对W1呈奇对称,则 满足奈奎斯特第一准则. 滚降因数

  24. 按余弦滚降的 表示为 当α=1时, 带宽比α=0加宽一倍, 此时,频带利用率为1B/Hz

  25. 5.5 部分响应系统 • 奈奎斯特第二准则： 有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间干扰，而在其余码元的抽样时刻无码间干扰，那么就能使频带利用率提高到理论上的最大值，同时又可以降低对定时精度的要求。这种波形称为部分响应波形。 • 利用部分响应波形进行传送的基带传输系统称为部分响应系统。

  26. 例 两个时间间隔为一个码元时间Ts的sinx/x波形相加。

  27. g(t)的尾巴按1/t2变化，衰减大，收敛快。 • 若用g(t)作为传送波形,且传送码元间隔为Ts,则在抽样时刻,将发生前后码元相互干扰,而与其他码元不发生干扰. • 输入的二进制码元序列{ak},接收波形g(t)在相应的抽样时刻获得的ck值为: ck= ak+ak-1 若ak-1已经判定,则借助收到的ck,便可得到ak ak=ck-ak-1 易造成错误传播

  28. 让发送端ak变成bkak=bk⊕bk-1 预编码 • 即 bk=ak⊕bk-1 {bk}作为发送滤波器的输入码元序列 • ck=bk+bk-1 相关编码 对ck作模2处理 [ck]mod2=[bk+bk-1 ]mod2=bk⊕bk-1 =ak 模2判决 预编码—相关编码—模2判决 不存在错误传播现象

  29. 例 ak 1 1 1 0 1 0 0 1 bk-10 1 0 1 1 0 0 0 bk 1 0 1 1 0 0 0 1 ck 1 1 1 2 1 0 0 1 [ck]mod2 1 1 1 0 1 0 0 1 首个bk-1可任意预置

  30. T T 发ak 收ak bk bk ck 相加 模2判决 + bk-1 bk-1 抽样脉冲 预编码 相关编码

  31. 当g(t)是N个相隔Ts的sinx/x波形之和R1,R2,…Rn为n个冲激响应波形的加权系数,取值为正、负整数（包括0）当g(t)是N个相隔Ts的sinx/x波形之和R1,R2,…Rn为n个冲激响应波形的加权系数,取值为正、负整数（包括0） • 预编码 ak=R1bk+R2bk-1+…+Rnbk-(n-1) +: 模L相加, ak , bk 为L进制 • 相关编码 ck=R1bk+R2bk-1+…+Rnbk-(n-1) 算术加 • 对ck作模L处理 [ ck]modL=[R1bk+R2bk-1+…+Rnbk-(n-1)] modL=ak

  32. 5.6 无码间干扰基带系统的抗噪声性能 • 信道噪声: 平稳高斯白噪声,零均值,方差 • 信道噪声的瞬时值为V，则 • 判决电路输入噪声 ，平稳高斯随机噪声， 功率谱密度

  33. 双极性基带信号,在一个码元持续时间内,抽样判决器输入端波形双极性基带信号,在一个码元持续时间内,抽样判决器输入端波形 • 发“1”时, 的一维概率密度 • 发“0”时, 的一维概率密度

  34. 1错判为0,概率Pe1, 0错判为1,概率Pe2

  35. 发“1”的概率为P（1）发“0”的概率为P（0） 基带传输系统总的误码率 Pe=P（1） Pe1 +P（0） Pe2

  36. 使总误码率最小的判决门限 • 最佳门限电平 • 若P（0）=P（1）=1/2 此时 单极性基带波形 Pe=1/2 Pe1 +1/2 Pe2

  37. 5.7 眼图将接收波形输入示波器的垂直放大器，把 产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步，则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图案，称为“眼图”

  38. 5.7 眼图将接收波形输入示波器的垂直放大器，把 产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步，则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图案，称为“眼图”

  39. 5.7 眼图将接收波形输入示波器的垂直放大器，把 产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步，则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图案，称为“眼图”

  40. 5.7 眼图将接收波形输入示波器的垂直放大器，把 产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步，则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图案，称为“眼图”

  41. 最佳抽样时刻 抽样时刻畸变 噪声容限 判决门限电平 过零点畸变 斜率 对定时误差的敏感度 眼图模型

  42. 例 计算机输出二元码的数据速率为56Kbit/S，且采用基带信道传输，若按照以下几种滚降系数设计实际升余弦信道，求信道带宽。 • （1） （2） • 解 升余弦信道带宽 （1） W=1.25×28KHz=35KHz （2） W=1.5×28KHz=42KHz

  43. 时域均衡在基带系统中插入一种可调（也可不调）滤波器将能减小码间干扰的影响，这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。时域均衡在基带系统中插入一种可调（也可不调）滤波器将能减小码间干扰的影响，这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。 • 在接收滤波器之后插入一个横向滤波器 ，其冲激响应为： 完全依赖于H(ω),那么,理论上就可消除抽样时刻上的码间干扰。

  44. … 在抽样时刻 除K=0 外，我们期望所有的 都等于0， 适当选择

  45. 例：当均衡器的输入序列为 其余 为零，抽头系数 其余 为零，求

  46. 1 1 1 用有限长的横向均衡器减小码间干扰是 可能的，完全消除是不可能的

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