数字基带传输系统资料

第五章数字基带传输系统主要内容：基带信号波形和频谱基带信号的常用码型奈奎斯特第一准则奈奎斯特第二准则——部分响应系统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常用码型编码的规则奈奎斯特准则的应用时域均衡器5.1引言基带信号定义：未经调制的数字信号。基带传输系统：不使用载波调制解调而直接传送基带信号的通信系统。频带传输系统：本章主要讨论如何不失真的传输基带信号，这不仅适用于基带系统，同样也适用于频带系统。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：5.2数字基带信号及其频谱特性5.2.1基带信号波形(电气特征)0001111单极性不归零(NRZ)单极性归零(RZ)Ts：码元宽度；τ：脉冲宽度τsTsT00011110EE_双极性不归零(NRZ-L)双极性归零(RZ-L)0EE_不归零和归零信号的码元宽度相同，但脉冲宽度τ不同，导致信号频谱不同。归零信号的占空比通常为1/2，称为半占空码；不归零信号的占空比为1。sT码元宽度脉冲宽度占空比0001111原始波形差分波形差分波形不是用码元的电平的高低来表示数字，而是用相邻码元电平的变化来表示数字符号。规则：“1”---相邻码元电平值跳变“0”---相邻码元电平值保持不变多值波形00010110001111sTsT单边谱：)(|)()1()(|2)(|)0()1()0(||)()(|)1(2)(212122212221smssssssmffmfGpmfpGffGppGffGfGppffP随机基带序列S(t)的功率谱密度221221|)()(|)1()()()1()()(fGfGppfmffmfGpmfpGffPssmssss双边谱：单极性功率谱双极性功率谱G1(f),G2(f)分别表示高电平脉冲和低电平脉冲的频谱0t2Ts_2T3s_2Ts2T3s)t(S离散谱和连续谱Sa(πfTs)在f=mfs处为零点(m≠0))(41)(41)(41)(|)(|41|)(|41)(|)(21|)(22222sssssmssassmsssTfSTfTfSTmffTfmSfGfmffmfGffPaa∵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g1(t)=-g2(t)=g(t)G1(f)=-G2(f)=G(f)双极性矩形脉冲结论：1、随机脉冲序列的功率谱包括:1）连续谱Pu(f)2）离散谱Pv(f)2、无论g1(t)与g2(t)的形式，Pu(f)总是存在[∵G1(f)≠G2(f)]3、当g1(t)与g2(t)为双极性脉冲,且p=1/2时Pv(f)=0)(|)(||)(|)1(4)(|)()12(|)(2222sssssmsssTfSTfGffGppfmffmfGpffPa双极性非归零信号功率谱特征：只有连续谱频谱图功率谱表达式p=1/2矩形脉冲2Ts2Ts0)t(gtNRZ：2Ts2Ts0)t(gtτ=Ts/2ssT1ff0sf2sf2sf)f(Pssff0sf2sf2sfsf3sf3)f(PsRZ：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：频谱特性不仅反映功率谱的计算，还可以根据离散谱是否存在判断能否从S(t)中提取需要的定时信息。频谱特征对于位同步，载波同步问题的研究起着重要作用。5.3基带传输的常用码型传输码的功率谱结构特性：1、无直流、很少的低频分量和高频分量，以便实现远距离通信2、能从基带信号中获取定时信息；3、不受信息源统计特性的影响4、具有一定的检错能力5、易于实现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）三元码二元码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V，V的极性与前一个非0符号的极性相同；2）+V、-V交替出现；3）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——成对选择三进码规则：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：双相码（Manchester）例：消息代码110010双相码101001011001特点：1）只有两个电平值，代码的中点出现跳变2）提供定时分量，有检错能力3）码元宽度压缩一倍，信号带宽增加一倍4）需帧同步规则：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）提供定时分量，无检错能力2）码元宽度比双向码大，信号带宽减小00011110代码波形双相码波形密勒码波形例：100110010110100110000111000110000电平0电平例：消息代码11010010CMI码1100011101010001特点：定时信息丰富（电平跳变点多）该码被推荐为PCM四次群的接口码型。CMI码：传号反转码规则：代码“1”（传号）----传输码“11”或“00”“0”（空号）----传输码“01”说明：代码“1”对应的传输码“11”、“00”交替出现nBmB码(mn)把n位二进制信息代码作为一组，变换为m位二进制编码作为新的码组。新码组可能有2m种组合，故多出(2m-2n)种组合。从中选择一部分有利码组作为可用码组，其余为禁用码组，具有检错能力。双相码、密勒码和CMI码都可看作是1B2B码。在光纤数字传输系统中，通常选择m=n+1，取1B2B码、2B3B码以及5B6B码等，其中，5B6B码型已用作三次群和四次群的线路传输码型。4B/3T码它把4个二进制符号变换成3个三进制符号。显然，在相同的消息符号速率下，4B/3T码的传输速率要比1B/1T的低；因而可提高单位频带的利用率。它的性能比AMI码更好；适用于较高速率的数据传输系统。三元码功率谱二元码功率谱5.4基带脉冲传输与码间干扰5.4.1基带脉冲传输特点发送端：形成原生基带信号并将其送入信道。接收端：为抑制噪声，加接收滤波器，并用判决识别电路从接收信号中获得再生基带信号。原生基带信号与再生基带信号之间不可避免地存在差异存在差异的原因：1）系统传输性能不理想2）加性噪声影响3）抽样点偏离（同步性能不好引起）系统传输性能不理想引入的差异称为码间干扰5.4.2定量分析设发送｛an｝为冲激脉冲序列)nTt(a)t(dsnn令h(t)H(ω)=GT(ω)C(ω)GR(ω)系统冲激响应Ts：码元宽度an=10或1-1发送GT(ω)信道C(ω)+接收GR(ω)识别判决电路{an}d(t)r(t){an’}n(t)S(t))t(n)nTt(ha)t(n)t(h)t(d)t(rRnsnR∴再生信号波形判决t再生t收基带t判决门限r(t)通过识别判决电路，生成再生基带信号序列{an’}识别判决电路在抽样时刻t=kTs+t0(令t0=0)，进行抽样。根据r(kTs)的值判断，生成a’kTs。若a’kTs与发送信号相应的akTs相同则正判，反之误判=akh(0)+anh(kTs-nTs)+nR(kTs)kn∴r(kTs)=anh(kTs–nTs)+nR(kTs)nanh(kTs-nTs)：发端第k个以外所有波形在抽样时刻产生响应值,称为码间干扰knakh(0)：发端第k个波形在抽样时刻产生响应值nR(kTs)：噪声干扰5.5无码间干扰的基带传输特性5.5.1H(ω)的特性5.5.3实际H(ω)5.5.2奈奎斯特第一准则1k=00其它5.5.1H(ω)的特性H(ω)识别判决电路r(t){an’}{an}令nR(t)=0=akh(0)+anh[(k-n)Ts]knr(kTs)=anh(kTs–nTs)n当anh[(k-n)Ts]=0时，(k-n)≠0实现无码间干扰传输。knh(kTs)=Ts：码元宽度传输速率RB=1/Ts∴无码间干扰的时域条件：令k-n=k寻找满足h(kTs)=的系统H(ω)1k=00其它H(ω)的推导iBeqRiHH)2()(将H(ω)在ω轴上以2πiRB为步长进行左、右平移，然后对平移产生的所有函数求和，生成Heq(ω)结论：无码间干扰的频域条件BR常数（一个周期内）等效系统函数Heq(ω)的含义：5.5.2奈奎斯特第一准则（数字信号的传输准则）如基带系统第一零点内的传输特性能等效成截止频率为fN的理想低通特性[或者说能以点(fN,0.5)互补对称]，那么系统就能以不高于2fN的码元速率，实现无码间干扰传输。奈奎斯特速率：使系统不出现码间干扰的信号最高传输速率2fN。频带利用率η：单位频带内的码元传输速率。系统带宽信号传输速率例子2max理想值：奈奎斯特码元间隔：奈奎斯特速率的倒数，1/2fN。例：已知理想低通如图所示，当码元速率RB=1/Ts时，判断是否能实现无码间干扰传输？奈奎斯特速率为多少？解：判断方法分为频域法和时域法频域法0其它∵H(ω)=1|ω|≤π/Ts，RB=1/Ts∴生成判断区间(-πRB,πRB)=(-π/Ts,π/Ts)iBeq)Ri2(H)(HBR常数又∵要求∴生成等)(H)T2(Hs)T2(Hs作图判断sT0)ω(Hω1sT