第6章通信原理资料

第6章数字基带系统是数字通信中常用系统，也是研究数字频带传输系统的基础。数字基带信号的波形、码型和频谱特性的设计、以消除码间干扰和如何有效地减小信道加性噪声的影响，以提高系统抗噪声性能是基带传输系统的基本问题。利用实验手段————眼图，可方便地估计数字传输系统性能。利用部分相应和时域均衡可改善数字基带传输性能。教学提示第6章数字基带传输系统6．1引言6．2数字基带信号的码型6．3数字基带信号的频谱6．4基带传输中的码间串扰6．5无码间串扰的基带传输系统6．6部分响应系统6．7无码间串扰基带系统的抗噪性能6．8眼图6.9时域均衡第6章6．1引言1、概念基带传输：不经过调制而直接传送的方式，即发送端不使用调制器，接收端也不使用解调器。频带传输：使用调制解调器。即发送端使用调制器，接收端使用解调器。2、基带传输特点和频带传输相比，基带传输的优点是：1）.设备简单;2）.易做成一机多速率;3）.适应性强。3、基带传输系统的模型基带传输系统的模型如图所示。信道信号形成器信道接收滤波器抽样判决噪声系统中各单元的作用如下。1）信道信号形成器(也叫发送滤波器)：用来产生适合于信道传输的基带信号;2）接收滤波器：用来接收信号，并尽可能排除信道噪声和其它干扰；3）抽样判决电路：是在噪声背景下用来判定与再生基带信号的。第6章4、研究基带传输的目的1)在频带传输制式里同样存在基带传输的问题(如码间干扰等)，因为信道的含义是相对的，若把调制解调器包括在信道中(如广义信道)，则频带传输就变成了基带传输。可以说基带传输是频带传输的基础。2)随着数字通信技术的发展，基带传输这种方式也有迅速发展的趋势。目前,它不仅用于低速数据传输,而且还用于高速数据传输。3)理论上也可以证明，任何一个采用线性调制的频带传输系统，总是可以由一个等效的基带传输系统所替代。本章讨论的主要问题:1、.基带信号的频谱特性(随机二进制脉冲序列的功率谱密度)2、.基带波形的形成，码间干扰和眼图;3、时域均衡原理;4、部分响应系统;5、.无码间干扰的基带系统的性能。6．2数字基带信号的码型数字基带信号，就是消息代码的电波形。现以由矩形脉冲组成的基带信号为例，介绍几种最基本的基带信号波形。1单极性非归零码NRZ（NonReturnZero）基带信号的0电位及正电位分别与二进制符号0及1一一对应。E010代码TS此码型不宜传输，原因有1）有直流，一般信道难于传输零频附近的频率分量。2）收端判决门限与信号功率有关，不方便。3）要求传输线有一根接地。应用：机内码脉冲宽度τ等于码元宽度Ts.2双极性非归零码（BNRZ）双极性波形：二进制符号0、1分别与正、负电位相对应的波形τ=Ts,有正负电平。E-E10不能用滤波法直接从NRZ及BNRZ中提取位同步信号3单极性归零码（RZ）单极性归零波形：电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电位。τTs(便于获取码元的起始时刻）可用滤波法从RZ中提取位同步信号，NRZ码的缺点都存在。10应用：短距离传输。例如：RS232接口4双极性归零码（BRZ）它是双极性波形的归零形式，由图可见，此时对应每一符号都有零电位的间隙产生，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。整流后可用滤波法提取位同步信号。10以上四种波形，比较容易实现，常作机内和近距接口的码型。缺点：存在丰富低频分量，不适应进行交流耦合场合；信码序列中若出现长“1”或长“0”串，不归零波形呈现固定电平；当信息码流中各码元间相互独立时，这四种波形各码元取值也相互独立，因而无任何检错能力。5差分码把信息符号0和1反映在相邻码元的相对变化上的波形。(电平变化）传号差分码：以相邻码元的电位改变表示符号1，而以电位不改变表示符号0。空号差分码：以相邻码元的电位改变表示符号0，而以电位不改变表示符号1。空号差分码10011传号差分码差分码代表的信息符号与码元本身电位或极性无关，而仅与邻码元的电位变化有关。差分波形也称相对码波形，而相应地称前面的单极性或双极性波形为绝对码波形。传输码（传输码又常称为线路码）的结构将取决于实际信道特性和系统工作的条件。在较为复杂一些的基带传输系统中，传输码的结构应具有下列主要特性。（1）能从其相应的基带信号中获取定时信息；（2）相应的基带信号无直流成分和只有很小的低频成分；（3）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；（4）尽可能地提高传输码型的传输效率；（5）具有内在的检错能力；（6）编译码电路简单。p1416传号交替反转码（AMI）τ=0.5Ts，即占空比为0.5。编码规则：代码的0仍变换为传输码的0，而把代码中的1交替地变换为传输码的+1、-1、+1、-1…。此为三电平序列，三元码，伪三进制码，1B/1T码。010011优点：（1）“0”，“1”不等概时也无直流。（2）零频附近的低频分量小。（3）编译码电路简单（整流后即为RZ码）（4）具有检错能力。缺点：连0码多时，AMI整流后的RZ码连0也多，不利于提取高质量的位同步信号（位同步抖动大），μ律一、二、三次群接口码型。7三阶高密度双极性码（HDB3）把消息代码变换成AMI码，检查AMI码的连0串情况，当没有4个以上连0串时，则这时的AMI码就是HDB3码；当出现4个以上连0串时：四个连0用取代节000V或B00V代替，当两个相邻“V”码中间有奇数个1时用000V，为偶数个1时用B00V。B的符号交换反转，V的符号破坏交替反转原则，但相邻V码符号相反。例1000001100001000001B/1T码波形HDB31000V0-11–B00–V1000V0AMI100000-110000-100000特点：保留了AMI码的优点，克服了AMI连0多的缺点。A律一，二，三次群的接口码型译码规则：当收到的符号序列中出现破坏点V，则断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连0，再将所有-1变为+1后便得到原消息代码。8双相码（Manchester码）BPH码1→10，0→01特点：只有两个电平，能提供足够的定时分量，无直流漂移，编码过程简单。但带宽较宽（码元速率加倍）1B/2B码，易于提取位同步信号，用于以太网9传号反转码CMI码1→11或00，0→011B/2B码特点：能提供足够的定时分量，无直流漂移，编码过程简单。但带宽较宽（码元速率加倍）为PCM4次群接口码型，SDH的接口码型，一、二次群的传输码型10密勒码延迟调制码，双相码的变形1→10或01；0→单个0→在码元间隔内不出现电平跃变，与相邻码元边界也不发生跃变；连0→在两个0码边界处出现电平跃变，即00与11交替。特点：若两个1码中间有一个0码，Miller出现最大宽度2Tb的波形。应用：气象卫星和磁记录，低速率基带数传机。11nBmB码分组码，把原信息码流的n位二进制作为一组，变换为m位二进制码作为新码组。例如：光纤数字传输系统中，通常选择m=n+1,5B6B码，用作三次群和四次群的线路传输码型。特点：mn，多出2m-2n种组合，作为禁用码组，从而提高系统传输的性能。124B/3T码适于高速率的传输系统。因为传输速率比1B/1T低，所以可以提高频带利用率。nB/mT码注意：消息代码的电波形并非一定是矩形。矩形方波的频谱很宽，实际传输波形不可能是矩形脉冲，实际应用波形产生是冲击脉冲序列经过一个形成波形的带通滤波器。6.3数字基带信号的频谱p134在研究基带传输系统时，对于基带信号频谱的分析是十分必要的。由于基带信号是一个随机脉冲序列，没有确定的频谱函数，所以只能用功率谱来描述它的频谱特性。方法一：由随机过程的相关函数去求功率（或能量）谱密度方法二：将随机序列分解为稳态分量和交变分量分别对稳态分量和交变分量求功率谱密度将第2步的结果进行迭加即可求得总的功率谱密度1、二进制序列任意随机序列的一个样本如图所示。1)、时间波形概念由于是二进制序列，所以只有１和０两种状态。令g1(t)为１信号，g2(t)为０信号(或相反)，实际上g1(t)和g2(t)可以是任意脉冲。表达式为：)t(s)t(sn码码0p1),nTst(g1p),nTst(g)t(s21n2、功率谱密度的计算方法S(t)是随机二进制脉冲序列，一般功率信号的功率谱密度令T=(2N+1）Ts，则1）s(t)看成是由一个稳态波和一个交变波构成这里的所谓稳态波，即是随机信号s(t)的平均分量T]|)(S[|Elim)(P2TTs其中ST(ω)是ST(t)的附氏变换，ST(t)是S(t)的截短函数，长度为T。NNnnTtstS)()(s2TNsT)12N(]|)(S[|Elim)(P)t(u)t(v)t(s)t(STTNNnnT稳态波交变波第n个码元的统计平均值为)()1()()(21nTstgpnTstpgtVnsT(t)的平均值——稳态项NNnNNn21T)()1()()()(nTstgpnTstpgtVtVnsT(t)的———交变项NNnnnntutVtstVtstu)()()()()()(NNnTTT)()(1)],t(g)nTt(g[P)t(v)nTt(g)],t(g)nTt(g)[P1()t(v)nTt(g{)(212s1Ts22s1Ts1nTstgnTstgAPnTPnTtunssn概率概率ppppAn1,,1概率概率例：-Ts/2g1(t)tg2(t)Ts/2-Ts/2Ts/2t若ts(t)1001011u(t)tV(t)t则V(t)为周期信号，具有离散谱。U(t)为随机信号，具有连续谱。)()1()()()(21nTstgpnTstpgtVtVnSstmfjmmTfectVs1)(222)(1sssTTtjmsmdtetVTc2）.求稳态波v(t)的功率谱密度Pv(f)周期信号的功率谱密度的计算：当N→∞VT(t)=V(t)V(t)以TS周期的周期性信号。V(t)可展成傅里叶级数，即其中系数：)mff(|c|f)(Psm2mvdtnTtgpnTtpgeTsssTTsstjms22n21)()1()(1tt’’,tsnTt换为再将令()212n2()(1)()ssssssTnTjmtnTTmsnTcfpgtpgtedt1essTjmn)m(G)p1()m(pGfdte)t(g)p1()t(pgfcs2s1stjm21sms)()()1()()()()1()()()()()()(2212212211ssssvssssvtjmstjmsmffmfGpmfpGffPmmGpmpGfPdtetgmGdtetgmGss即式中稳态波的功率谱PV(f)是冲击强度取决与|Cm|2的离散线谱，根据离散线谱可以确定随机序列是否包含直流分量（m=0)和定时分量(m=1)。3）求交变波u(t)的功率谱密度用u(t)截短信号uT(t)分析，先求出交变波uT(t)的频谱函数的UT(ω），在求其功率谱密度pu(ω)。根据uT(t)的时域表达式，其频谱函数为STNTTuTNUETUEP)12()()()(22limlimNNTjnnNNtjSSnTGGeAdtenTtgnTtgAUS)()()()()(2121dte)t(g)(G,dte)t(g)(Gtj22tj11为随机变量）仅ωωωωωωωωnm*2121NNmNNnT)mn(jnm*TT2TA,A(,