通信原理第6章数字基带传输(第7版)

数字基带传输第6章数字基带信号的特性—波形频谱码型如何设计传输总特性—以消除码间干扰如何提高抗噪声性能—以减小噪声影响眼图—估计系统性能的实验手段部分响应时域均衡—改善系统性能的两个措施本章内容:第6章数字基带引言有“用武之地”——如近程数据通信系统广泛采用了这种传输方式。有“共性问题”——基带包含带通系统的诸多基本问题（ISI、PSD、Pe）基带⤳带通——带通传输系统可等效成基带传输系统来研究。系统特征：直接传输基带信号、不含调制解调器研究意义：接收滤波器信道基带脉冲基带脉冲输入输出同步提取噪声发送滤波器抽样判决器基带传输系统组成：发送滤波器，即信道信号形成器：作用：原始基带信号适合于信道传输的基带信号。目的：匹配信道，减小码串，利于同步提取。信道：给基带信号提供传输通道。接收滤波器：作用：滤除带外噪声，对信道特性均衡，目的：使输出的基带波形有利于抽样判决。引言接收滤波器信道基带脉冲基带脉冲输入输出同步提取噪声发送滤波器抽样判决器抽样判决器：作用：对接收滤波器的输出波形进行抽样判决,目的：确定发送信码序列，再生基带信号。同步提取：提取用于抽样的位定时脉冲。引言a1111000dcb1011000fegt输入信号码型变换传输波形信道输出接收滤波输出位定时脉冲恢复的信息错误码元基带传输系统各点波形：引言10数字基带信号及其频谱特性§6.1单个序列六种基本信号波形10111000010111001011100-E00+E010110001010011+E+E+Et-E-E+EBT(d)(f)(a)(c)(e)(b)§6.1.1数字基带信号（a）单极性波形——特点：极性单一、有直流分量和低频分量。——应用：设备内部和数字调制器中。（b）双极性波形——优点：无直流分量（等概）、抗扰能力较强。——应用：V.24、RS-232C接口标准和数字调制器中。1011100010111000+E+E-EBT(a)(b)101110000111000+E-E+EBT(d)(c)(c）单归零码——特点：从中可直接提取位定时信号，——应用：作为其他码型提取同步时钟的过渡码型。（d）双归零码——它兼有双极性和归零波形的特点（a）~（d）的共性？QA/1sT归零（e）差分波形（相对码波形）——特点：用相邻码元电平的跳变/不变表示信息码元。传号差分(1变，0不变)空号差分(0变，1不变)——优点：可以消除设备初始状态不确定性带来的影响。1nnnbab1nnnabb差分编码差分译码1011100-E0+Et(e)10111000+EBT(a)（f）多电平波形——特点：一个脉冲可携载多个比特信息。——优点：传码率一定时，多电平波形的传信率高。——应用：高数据速率传输系统。四电平波形：00——+3E01——+E10——-E11——-3E10110001010011(f)nBnnTtgats)()(nntsts)()(若各码元波形相同而取值不同，则可表示为：第n个码元的电平取值—随机量TB—码元持续时间g(t)—某种脉冲波形一般情况下：随机脉冲序列12()()(1)BnBgtnTPstgtnTP，以概率出现（），以出现数字基带信号的表示式方法：相关函数功率谱密度由功率谱密度的定义式目的：信号带宽位定时分量、直流分量等思路：分解交变波稳态波)())((utstvt§6.1.2基带信号的频谱特性---PSD((()))suvPffPPf推导：设二进制的随机脉冲序列：“0”----g1(t)-----P“1”----g2(t)-----1-Pnntsts)()(1B2B()()(1)ngtnTPstgtnTP，以概率出现（），以出现TB-TBg2(t-2TB)g2(t-TB)g1(t-2TB)g1(t+2TB)g2(t+TB)g1(t)稳态波v(t)和交变波u(t)()()()utstvt12()[()(1)()]()BBnnnvtPgtnTPgtnTvtv(t)：随机序列s(t)的统计平均分量，每个码元统计平均波形相同：——周期性信号u(t)：)()()(tvtstunnnnntutu)()(12()()(1)BnBgtnTPstgtnTP，（），)(,,PPPPan11以概率以概率12()[()()]nnBButagtnTgtnT()()nnutut——随机脉冲序列nBBnTtgPnTtPgtv)]()()([)(211周期TB展成傅里叶级数式中1v(t)的功率谱密度---Pv(f)222()1BBBTjmftTBmCevdtTt2()BjmftmmevCt∵在（-TB/2，TB/2）内：∴∵只存在(-TB/2,TB/2)内故有∴积分限可改为-到BBB2B221()jmmTTftedtTCvt12()((()1))PvtPttggBBB21B2221()(1)()jmmftTTPgtPgtCedtTBB2121()(1)()mjmftPgtPgtCedtT根据周期信号的功率谱密度与傅里叶系数的关系可得：dtetgmfGtfmjBB211)()(212[()(1)()]()BBBBvmPffPGmfPGmffmf其中1BBfTm=0，对应直流分量；m=1，对应定时分量。121BBBmCfPGmfPGmf22即2()()limTuTEUfPfT2[()]()lim(21)TuNBEUfPfNTu(t)的截短函数：()()TTutUf(21)BTNT取截短时间:12()[()()()]NNnnBTBnNnNutagtnutTgtnT()TUf2u(t)的功率谱密度---Pu(f)2212212()()[()()][()()]BjftTTNjftnBBnNNjfnTnnNUfutedtagtnTgtnTedtaeGfGf211()()jftGfgtedt222()()jftGfgtedt2[()]()lim(21)TuNBEUfPfNT其中()TUf212()[()()]BNjfnTTnnNUfaeGfGf2()lim(21))([]uNTBUPfNTEf2()TTTUUfUff22212BNNjfnmTTmNnNmnUfeGfGfEEaa21212BNNjfnmTmnmNnNaaeGfGfGfGf1,,1nPPaPP以概率以概率其中222211121mnPPaaPPPPPP()，以概率，以概率()()，以概率()m≠n：m=n：22211mnnPPaaaPP，以概率，以概率221(11)mnPPPPEaaPP（（）（））2222(1)(1)2(1)()01mnPPPPEPaPaPP（）1,,1nPPaPP以概率以概率212212(21)(1)()()lim(21)(1)())()(NBBuNPPGfGfNTPffPPGfGf2()lim(21))([]uNTBUPfNTEf22122122()()21()()[]1NTnNnUfGfGfNEEaPPGfGf10mnPPmEaanmn，，2B122B1B2BB()()()(1)()()()(1)()()SuvmPfPfPffPPGfGffPGmfPGmffmf2B1222B11222B1B2BB2()(1)()()()(1)()()00()(1)()(02),msfPffPPGfGffPGPGfPGmfPGmffmff双边谱单边谱3s(t)=u(t)+v(t)的功率谱密度---Ps(f)2B122B1B2BB(1)()()(()(1)()()())()mSvufPPGfGffPGmPffPGmPfPffmff连续谱带宽B离散谱定时分量（m=1)等BBB1fRT连续谱能否消失？离散谱消失的条件？QA讨论：（1）试求单极性NRZ和RZ矩形脉冲序列的功率谱；（2）试求双极性NRZ和RZ矩形脉冲序列的功率谱。例参见教材P137~139(1)设g1(t)=0，g2(t)=g(t)当P=1/2时，解212()()()(1)()()suvBPfPfPffPPGfGf212[()(1)()]()BBBBmfPGmfPGmffmf22211()()()()44SBBBBmPffGffGmffmf若单极性NRZ1,20,BTtgtt其他sin()()BBBBBfTGfTTSafTfT当f=mfB时：若m=0，G(0)=TBSa(0)0，频谱有直流分量。若m为不等于零的整数，频谱中离散谱为零，无定时分量。()()0BBGmfTSan22sin111()()()()4444SBSBBBTfTPfTfSafTffT若g2(t)=g(t)为半占空归零矩形脉冲RZ()()22BBTfTGfSa当f=mfB时：若m=0，G(0)=TBSa(0)/20，Ps(f)中有直流分量。若m为奇数，，有离散谱，有定时分量（m=1时）。若m为偶数，，无离散谱。()()022BBTmGmfSa()()022BBTmGmfSa221()()()()162162BBSBmTfTmPfSaSafmf(2)设g1(t)=-g2(t)=g(t)22()4(1)()(21)()()sBBBBmPffPPGffPGmffmf当P=1/22()()SBPffGf若g(t)是高度为1的NRZ矩形脉冲若g(t)是高度为1的半占空RZ矩形脉冲2()()SBBPfTSafT2()()42BSBTPfSafT单极性0Bf3Bff蓝色——NRZ红色——RZ(1/2)P双极性蓝色实线——NRZ红色虚线——RZ(1/2)P0Bf3Bff不归零波形，无定时分量单极性归零波形，有定时分量等概的双极性波形，无离散谱归纳：1B谱零点带宽：BB==/2TT非归零：半占空：基带传输的常用码型§6.2①无直流分量，且低频分量小；②定时信息丰富；③高频分量小；④不受信源统计特性的影响；⑤有自检能力，⑥编、译码简单。AMI码、HDB3---1B1T码双相码、CMI码---1B2B码块编码§6.2.1选码原则§6.2.2几种常用的传输码型编码规则：“1”——+1、-1交替“0”——0特点：不含直流分量,低频成分少；三电平；编译码电路简单，有宏观自检能力信码有长连0串时，难以获取定时信息。缺点：1AMI码——传号极性交替码信码：100110000000110011AMI码：-100+1-10000000+1-100+1-1应用：PCM24路基群（北美系列）1.544Mb/s的线路码型。举例：2HDB3码——3阶高密度双极性码编码规则：连“0”个数不超过3个时，遵循AMI的编码规则；连“0”个数超过3个时，将第4个“0”改为非“0”脉冲，记为+V或-V，称为破坏脉冲。相邻V码的极性必须交