现代通信原理课件

通信原理第7章数字信号的基带传输系统第七章数字信号的基带传输系统本章的结构和重点§7.1引言(基带系统的用途)§7.2数字基带传输的常用码型§7.3数字基带信号的频谱分析§7.4码间串扰概念和无码间传输条件§7.5部分相应系统§7.6基带系统的抗噪声性能§7.7眼图§7.8时域均衡原理对于考研的同学第3,5,6节也很重要第七章数字信号的基带传输系统§7.1引言我们在第一章介绍过通信系统的分类按传输信号是模拟信号还是数字信号分分为模拟通信系统和数字通信系统按传输信号是基带信号还是频带信号分分为基带通信系统和频带(调制)通信系统如果传输的是数字信号,同时也是基带信号,则称这种系统为“数字基带通信系统”实际的例子有：USB通信、RS232串口通信、局域网通信等等…主要用于近距离有线通信第七章数字信号的基带传输系统§7.2数字基带传输的常用码型§7.2.1数字基带码型设计的原则(1)对信源具有“透明性”采用码型A和采用码型B对信源没有影响(2)接收端必须能正确解码(3)没有直流，且低频、高频分量要小直流和低频容易被耦合等电路隔离高频容易被线路的电容效应引起的回路损耗掉第七章数字信号的基带传输系统§7.2.1数字基带码型设计的原则（续）(4)易于从基带信号中提取同步信息这里的“同步”可以理解为数字电路中时钟(CLK)(5)最好有一定的误码检测功能检测出来错误后，能纠正就纠正，不能纠正可以请求重发(6)编码设备尽可能简单第七章数字信号的基带传输系统§7.2.2常用码型及其波形1、单极性不归零码tbTbT2bT3bT410110优点：简单缺点：有直流、最佳判决电平不确定不能直接提取同步（分析完频谱才能理解这一点）第七章数字信号的基带传输系统§7.2.2常用码型及其波形(续)2、单极性归零码tbTbT2bT3bT410110缺点：有直流、最佳判决电平不确定优点：能直接提取同步（分析完频谱才能理解这一点）占空比称为bT第七章数字信号的基带传输系统§7.2.2常用码型及其波形(续)3、双极性不归零码tbTbT2bT3bT410110优点：无直流、最佳判决电平确定(=0)缺点：不能直接提取同步（分析完频谱才能理解这一点）第七章数字信号的基带传输系统§7.2.2常用码型及其波形(续)4、双极性归零码tbTbT2bT3bT410110优点：无直流、最佳判决电平确定(=0)缺点：不能直接提取同步（分析完频谱才能理解这一点）、但是整流后就变成同步（CLK）第七章数字信号的基带传输系统§7.2.2常用码型及其波形(续)5、差分码（1表示“电平跳变”；0表示“不跳变”）tbTbT2bT3bT410110设初始状态为高电平差分码在数字调制（第八章）中广泛应用第七章数字信号的基带传输系统§7.2.2常用码型及其波形(续)6、数字双相码（又称Manchester码）属于“1B2B”码，即1个bit用2bit来传输（效率虽然降低，但可发现错误，同时可以消除直流）；1用“+-”表示；0用“-+”表示tbTbT2bT3bT410110第七章数字信号的基带传输系统§7.2.2常用码型及其波形(续)7、CMI码（CodeMarkInverse）也属于“1B2B”码。1用“++”“--”交替表示；0用“-+”表示。tbTbT2bT3bT410110第七章数字信号的基带传输系统§7.2.2常用码型及其波形(续)8、AMI码（AlternativeMarkInverse）1用“+”“-”交替表示；0用“0电平”表示。tbTbT2bT3bT410110优点：无直流、且可以发现简单错误缺点：如果出现长“0”则提取同步（CLK）困难第七章数字信号的基带传输系统§7.2.2常用码型及其波形(续)9、HDB3码（对AMI的改进,解决了连“0”问题）编码步骤：首先将数据变成AMI码如果有4个连0，则每4个连0分成1小组，称为一个“破坏节”将破坏节的第4个0用“+1”或“-1”替换掉，称之为V比特。V取“+1”或“-1”的法则是：第一个破坏节的V要保证与前一个非0比特同号以后，相邻的破坏节中的V要反号（注意，此时会产生一个问题：接收端无法区别哪个是原有的信息1，哪个是后加的V）第七章数字信号的基带传输系统HDB3编码规则（续）如果一个破坏节中的V与前一个非0比特同号，则不用再对这个破坏节进行任何动作如果一个破坏节中的V与前一个非0比特反号，则将这个破坏节中的第1个0替换成“+1”或“-1”，称之为B比特，B取“+1”或“-1”的法则是与本破坏节的那个V比特同号第七章数字信号的基带传输系统[例7.1]HDB3编码举例01000011000001010第1个破坏节第2个破坏节+-+-++V-V-B+-第七章数字信号的基带传输系统[例7.2]HDB3解码举例0+1000+1-1+1-100-10+10-10连续非0同号表明后面那个是V0连续非0同号表明后面那个是V由于中间只有2个0，所以前面那个是B00再把所有1的符号去掉就恢复了原始信息了第七章数字信号的基带传输系统§7.2.2常用码型及其波形(续)5B6B码（光纤通信常用码型）每5个bit用6个bit来表示（牺牲有效性，换取可靠性）6bit码选取方法：为了符合“尽量无直流”的原则，尽量使6bit中“1”与“0”的个数相等对于那些0/1个数不相等的码，设置2种模式（即每个5bit组有2个6bit组与之对应，其中1个6bit组“1”多，另1个6bit组“0”多）在传输时，使2种模式交替进行编码输出第七章数字信号的基带传输系统5B6B码举例如果输入00000,00000,00000,…则输出110010,110010,110010,…如果输入00001,00001,00001,00001,…则输出110011,100001,110011,100001,…如果输入00001,00010,00001,00010,…则输出110011,100010,110011,100010,…第七章数字信号的基带传输系统§7.3数字基带信号的功率分析§7.3.1二进制数字基带信号的功率谱密度分析思路：将二进制随机序列分解成2部分)]()([)()()]([)(tattattEta记)(tv即教材上的数通过画图可知为周期函是离散的其功率谱密度)(fPv)(tu即教材上的非周期函数是连续的其功率谱密度)(fPu第七章数字信号的基带传输系统v(t)的功率谱密度由上一节课的板书推导可知如何理解上式它是频域上一系列冲激信号的和；这些冲激信号位于0、±fb、±2fb、±3fb、…频率点上；这些冲激信号的系数，由信源“1”或”0”的概率分布，及g1(t)和g2(t)的付立叶变换在该频率点上的取值来决定。)(fPvmbbbbvmffmfGPmfPGffP)(|)]()1()([|)(221第七章数字信号的基带传输系统u(t)的功率谱密度计算过程通过u(t)的截短函数uN(t)来求得)(fPut)(0tu)(tv])[()(1Ptgt发生概率为当t])[()()()()(1Ptvtgtvttu概率为)(1tg=])[()(1Ptvtg概率为]1)[()(2Ptgt发生概率为当]1)[()()()()(2Ptvtgtvttu概率为]1)[()(2Ptvtg概率为第七章数字信号的基带传输系统u(t)的截短函数的表达式)(0tu=])[()(1Ptvtg概率为]1)[()(2Ptvtg概率为代入上式)()1()()]([)(21tgPtPgtEtv)(0tu=])][()()[1(21PtgtgP概率为]1)][()([21PtgtgP概率为na若定义=])[1(PP概率为]1[PP概率为)]()([)(2100tgtgatu则第七章数字信号的基带传输系统u(t)的截短函数的表达式及其付利叶变换)]()([)(2111bbTtgTtgatu同理)]2()2([)(2122bbTtgTtgatuNNnbbnnTtgnTtgatu)]()([)(21的截短函数为可知})]()({[21NNnbbnnTtgnTtgFa对应付立叶变换为质可变换为根据付立叶变换时移性bfnTjNNnnTefGfGafU221)]()([)(第七章数字信号的基带传输系统u(t)的截短函数的能量谱密度)()()(,*2fUfUfUTTT其能量谱密度为根据巴塞伐尔定理})]()([{})]()([{2*21221bbfmTjNNmmfnTjNNnnefGfGaefGfGaNNnmfTmnjnmbefGfGaa,2)(221)()(所以需要对上式求均值为随机变量由于,nmaa第七章数字信号的基带传输系统u(t)的截短函数的能量谱密度na因为=])[1(PP概率为]1[PP概率为ma同样=])[1(PP概率为]1[PP概率为nmaanm时当][)1(22PP概率为]1[22PP概率为)]1(2)[1(PPPP概率为)(2时即而nman][)1(2PP概率为]1[2PP概率为可以看出m=n和m不等于n时，乘积的概率分布是不同的第七章数字信号的基带传输系统u(t)的截短函数的能量谱密度的概率分布可求得及根据上页2nnmaaa)1(][2PPaEn0][nmaaENNnfTmnjnmbefGfGaaE2)(221)()(代入bfTjTefGfGPPNfU202212)()()1()12()(221)()()1()12(fGfGPPNTfUfPTTu2)(lim)()10.3.2(根据第二章的公式bTNfGfGPPN)12()()()1()12(221第七章数字信号的基带传输系统二进制数字基带信号功率谱通用表达式221)()()1()(fGfGPPffPbu)()()(.fPfPfPuv双边mbbbbmffmfGPmfPGf)(|)]()1()([|221221)()()1(fGfGPPfb第七章数字信号的基带传输系统§7.3.2用功率谱密度通用表达式推出最简单的4种码型功率谱图1、单极性不归零码t)(1tgt)(2tg2bT2bT付立叶变换)()(1bbfTSaATfGAfbT1付立叶变换f0)(2fGbT2第七章数字信号的基带传输系统单极性不归零码的功率谱密度mbbbbvmffmfGPmfPGffP)(|)]()1()([|)(221mbbbmffmfPGf)(|)([|2121,10P即等概率发设发mbbbvmffmfGffP)(|)(|4)(212则0,0,)(1除均为其他点外它除了在图形可知观察bmffG)(|)0(|4)(212fGffPbv第七章数字信号的基带传输系统单极性不归零码的功率谱密度)(|)0(|4)(212fGffPbv)(||422fATfbb)(42fA221)()()1()(fGfGPPffPbu另一方面20)()211(21bbbfTSaATf)(4122bbfTSaTA)(.fPNRZ双边单极)(4122bbfTSaTA)(42fA第七章数字信号的基带传输系统单极性不归零码的功率谱密度图)(.fPNRZ双边单极)(4122bbfTSaTA)(42fAfbT1bT2bT3第七章数字信号的基带传输系统2、单极性归零码的功率谱密度t)(1tg付立叶变换)()(1fSaAfGf12%50bT如果占空比bbTT212即则bT2bT1t)(2tg付立