通信原理第六章ppt

第六章数字基带传输系统主要内容：数字基带信号的频谱结构基带信号传输的常用码型码间干扰的基本概念奈奎斯特第一准则奈奎斯特第二准则时域均衡的基本概念抗噪声性能的分析方法重点：基带信号的频谱特征常用码型的规则和选择方法奈奎斯特准则的应用时域均衡器6.1引言6.2数字基带信号及其频谱特性6.3基带传输的常用码型6.4基带脉冲传输与码间干扰6.5无码间干扰的基带传输特性6.1引言基带信号定义：未经调制处理的数字信号基带系统的任务：将原始基带信号变换成有效的信道基带信号，完成无失真传输。信道信号形成器接收滤波器抽样判决器噪声源信道原生基带脉冲再生基带脉冲基带系统框图：6.2数字基带信号及其频谱特性6.2.1基带信号波形6.2.2基带信号表达式6.2.3基带信号频谱6.2.1基带信号波形（电气特征）000111100011110EE_单极性非归零单极性归零双极性非归零双极性归零sT：码元宽度特征：非归零和归零信号的码元宽度相同，但占空比τ不同，导致信号频谱不同。τsTsT11110000001111原始波形差分波形差分波形每个码元的电平不由自身状态决定，而与相邻码元电平值有关。规则：“1”---相邻码元电平值跳变“0”---相邻码元电平值保持多值波形00010110001111sTsT6.2.2基带信号的数学表达式由于二进制数字基带信号是随机脉冲信号，且码元波形可任意，需采用随机信号分析法。设码元宽度为Ts，则基带信号S(t)可表示成∑∞∞_nn)t(S)t(S分别表示二进制两个状态的波形函数)t(Sn)nTt(gs_1)nTt(gs_2以概率p以概率（1-p）其中：)nTt(gs_1)nTt(gs_2、0t010012Ts_2T3s_2Ts2T3s)t(S∴由随机信号理论知，S(t)的功率谱密度函数PS(ω)与截短信号ST(t)的功率谱密度函数PST(ω)有关ST(t)是S(t)的截短信号要求：T=(2N+1)TsN足够大6.2.3基带信号的频谱随机序列的谱分析法一：由随机过程的相关函数着手，得功率谱。法二：用脉冲出现概率描述。nn)t(S)t(S∵基带信号NNnnT)t(S)t(S取s2TNS2TSTT)1N2()(SE)(P)t(ST)(SE)(P)t(SlimT][⇔][⇔∞→∵∴对S(t)的分析转化为对ST(t)的分析∴随机过程的数字特征法二：)t(u)nTt(g)p1()nTt(gp)t(S)t(v)t(S)t(uNNnns_NNn2__s_NNn1_NNnnT_TT___∑∑∑∑∴令ST(t)=稳态波＋交变波（等效为广义直流和交流）=vT(t)+uT(t)∴vT(t)是ST(t)的统计平均分量)nTt(g)p1()nTt(gp)t(vs_NNn2_NNns_1T_∑∑_∴)t(Sn)nTt(gs_1)nTt(gs_2以概率p以概率（1-p）将带入uT(t)=an[g1(t-nTs)-g2(t-nTs)]∴对ST(t)的谱分析又转化为对vT(t),uT(t)的谱分析。再令T∞，通过v(t),u(t)进而求得S(t)的功率谱。∴un(t)＝(1-p)[g1(t-nTs)-g2(t-nTs)]以概率p-p[g1(t-nTs)-g2(t-nTs)]以概率1-p-p以概率1-p其中：an=1-p以概率p∑NNns_s_nT_)nTt(g)nTt(ga)t(u21∴v(t)功率谱u(t)功率谱22122111|)f(G)f(G|)p(pf)mff()mf(G)p()mf(pGf)f(Pssmssss结论：S(t)功率谱nssTT)nTt(g)p()nTt(pg)t(vlim)t(v211又∵v(t)=v(t+Ts)是周期信号由傅氏变换知，必有tmjmmse)t(vC其中v(t)的功率谱)nTt(g)p()nTt(gp)t(vs_NNn_NNns_T_∑∑_211t'=t-nTsω=mωs1sTnjnelim)mf(G)p()mf(pGfdte)t(g)p()t(pgf'dt)'t(g)p()'t(pgefdt)nTt(g)P()nTt(pgefdte)t(vTCssstmjsnTnTTnT)nT't(mjsnss/T/Ttmjstmj/T/Tsmsssssssssssss2121212221222211111)fm(G)t(g)fm(G)t(gss2211其中tmjssmsse)mf(G)p()mf(pGf)t(v211因为周期信号对应离散谱，根据频移特性)mff(C)t(vsmm∵)mff(|)mf(G)p1()mf(pGf|)mff(C)f(Ps2s2s1mssm2mv∴为离散谱幅度谱功率谱结论1：u(t)的功率谱②代入①dte)t(u)ω(UtωjTT_∫∞+∞=-[]dte)nTt(g)nTt(ga)f(Utfπ2js_2_s_1NNnnT__∫∑∞+∞=_=[])f(G)f(Gea21nTfπ2jNNnns_•=__∑=[]∑==NNns_2_s_1nT_)nTt(g)nTt(ga)t(u①②时移特性又∵|UT(f)|2=UT(f)·UT*(f))f(G)f(G)f(G)f(Geaa__T)mn(fjnNNnNNmms____21212∑∑)f(G)f(G)f(G)f(Ge)aa(E|)f(U|EsT)mn(fjnmNNnNNmT212122讨论E(aman)③)f(P)f(PTUTUlim∞→=∴PUT(f)=E[|UT(f)|2]截短交变的功率谱T122_1_NNnsN|)f(G)f(G|)p1(pT)1N2(1_lim∑∞→22_1_sN|)f(G)f(G|)p1(pT)1N2(1N2lim++=∞→=p(1-p)|G1(f)-G2(f)|2sT1为连续谱交变波的功率谱与g1(t),g2(t)的频谱出现概率有关，是连续谱。稳态波的功率谱与g1(t),g2(t)的频谱出现概率有关，是离散谱。特征：结论2：∵ST(t)=vT(t)+uT(t)∴Ps(ω)=Pv(ω)+Pu(ω)单边谱：222121222121()2(1)|()()||(0)(1)(0)|()2|()(1)()|()sssssssmPffppGfGffpGpGffpGmfpGmffmf)t(u)t(v)t(S)t(STTlimS(t)的功率谱22122111|)f(G)f(G|)p(pf)mff()mf(G)p()mf(pGf)f(Pssmssss双边谱：单极性非归零信号功率谱双极性非归零信号功率谱Sa(πmfsTs)在f=mfs处为零点(m≠0))Tf(ST41)f(41)Tf(ST41)mff(|)Tfm(S|41|)f(G|f41)mff(|)mf(G21f|)f(Ps2ss2ss2mssa2ss2msssaa∵g1(t)=0g2(t)=g(t)∴G1(f)=0G2(f)=G(f)g(t)∴设g(t)为矩形脉冲，且p=1/2∴G(f)=TsSa(πfTs)2ss2mss221ss2ms2s1ss|)f(G|)p1(pf)mff(|)mf(G)p1(f||)f(G)f(G|)p1(pf)mff(|)mf(G)p1()mf(pGf|)f(P单极性非归零信号功率谱∴频谱图特征：包含离散谱和连续谱2Ts2Ts0)t(gtNRZ：2Ts2Ts0)t(gtτ=Ts/2ssT1ff0sf2sf2sf)f(Pssff0sf2sf2sfsf3sf3)f(PsRZ：令g1(t)=-g2(t)=g(t)双极性矩形脉冲结论：随机脉冲序列的功率谱包括:1）连续谱Pu(f)2）离散谱Pv(f)无论g1(t)与g2(t)的形式，Pu(f)总是存在(∵G1(f)≠G2(f))当g1(t)与g2(t)为双极性脉冲时Pv(f)=0(p=1/2))Tf(ST)p(|)f(G|f|)f(G|)p(pf)mff(|)mf(G)p(f|)f(Psssssmsssa2222211412双极性非归零信号功率谱特征：只有连续谱频谱图2Ts2Ts0)t(gt双极性非归零：2Ts2Ts0)t(gtτ=Ts/2ssT1ff0sf2sf2sf)f(Pssff0sf2sf2sfsf3sf3)f(Ps双极性归零：6.3基带传输的常用码型传输码的功率谱结构特性：2、便于提取定时时钟以便接收机实现同步控制1、无直流、很少的低频分量3、不受信息源统计特性的影响4、易于实现5、具有一定的检错能力不同的码型具有不同的功率谱结构，须根据信道的传输特性来选择密勒码（Miller）AMI码HDB3码PST码CMI码曼彻斯特码（Manchester）AMI码：传号交替反转码规则：代码“1”（传号）----传输码交替为“+1”、“-1”“0”（空号）----传输码“0”例：消息代码：1001100011AMI码：+100–1+1000–1+1特点：1）无直流分量，低频成分很小。2）当出现长串连“0”时，提取定时时钟困难。AMI波形代码波形3）三进制码，实现简单HDB3码：三阶高密度双极性码（改进的AMI码）规则：代码“1”（传号）---传输码交替为“+1”、“-1”“0”（空号）---传输码“0”；破坏点V处为“+1”或“-1”破坏点V的规则：1）每4个连“0”小段的第4位是破坏点V2）+V、-V交替出现3）V的极性与连“0”串前的非0符号的极性相同4）当相邻V符号之间有偶数个非0符号时，必须将后面连“0”小段的第一位换成B，B符号的极性与相邻前一非0符号的极性相反，V的极性同B，V后面的非0符号极性从V开始调整。V_B_0000111100000000100011100000000011_10000000011_1_1_1_1_11V+V+例AMI波形代码波形HDB3波形特点：1）每一个破坏点V的极性总是与前一个非0符号的极性相同。B也视为非0符号。2）只要找到破坏点V，就可判断其前面必为3个连0符号。3）利于提取定时时钟。VVVBPST码：选择三进码规则：1）将二进制代码分组，2个码元为一组，共4种状态。2）每组用选定的两位三进制数字表示（三进制数字为+、-、0，两两组合共9种状态，选其中4种有电位变化的状态）二进制代码＋模式－模式00－＋－＋010＋0－10＋0－011＋－＋－例：代码01001110101100＋模式0+-++--0+0+--+－模式0--++-+0–0+--+＋、－模式交替使用以使直流分量为0。特点：1）无直流分量，提供定时时钟2）需建立帧同步，以提供分组信息曼彻斯特码：双向码（Manchester）例：消息代码110010双向码101001011001特点：1）提供定时分量2）只有两个电平值3）码元宽度压缩一倍，信号带宽增加一倍4）代码的中点出现跳变规则：代码“1”（传号）----传输码“10”“0”（空号）----传输码“01”密勒码：（Miller）延迟调制码。双向码的变形。规则：代码“1”（传号）----传输码“10”或“01”“0”（空号）----传输码“00”或“11”说明：1）代码“1”对应的传输码中点必出现跳变，因而要求连续“1”之间不出现跳变2）代码“0”对应的传输码中点必不出现跳变，因而要求连续“0”之间出现跳变3）代码“1”与代码“0”之间不跳变特点：1）提