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1、1,第五章 数字基带传输系统,5.1 数字基带信号 5.2 基带传输的常用码型 5.3 基带脉冲传输与码间干扰 5.4 无码间干扰的基带传输特性 5.5 部分响应系统 5.6 无码间干扰基带系统的抗噪声性能 5.7 眼图,2,5.1 数字基带信号,数字基带信号波形 在传输距离不远的有线信道, 数字基带信号可直接传送. 任何数字传输系统均可等效为基带传输系统 组成基带信号的单个码元可以是矩形、升余弦脉冲、高斯形脉冲、半余弦脉冲等。,3,单极性波形,双极性波形,单极性归零,双极性归零,差分波形,多值波形,0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0,3E E -E -3E,4,基带信号的频谱特性 数
2、字基带信号一般是随机信号，用功率谱密度来描述其频谱特性。,设二进制随机脉冲序列，g1（t） 0， g2（t） 1，码元宽度 Ts，在任一码元时间Ts内 g1（t）和g2（t）出现的概率为P，1-P，且统计独立。,Ts,5,S（t）通常是功率型的,看成是由一个稳态波 和交变波 构成,6,（稳态波） 的平均分量,1. 稳态波 的功率谱密度,7,2. 交变波 的功率谱密度,3. 的功率谱密度 (1)单极性波形 设,8,(2) 双极性波形,一般地,如果 (与t无关) 且 0 k 1 则 g1(t) 及 g2(t) 组成的脉冲序列将无离散谱.,9,5.2 基带传输的常用码型,码型 , 脉冲波形的区别 传
3、输码型(线路码)的设计原则: 传输频带的高频和低频部分均受限 便于从基带信号中提取位定时信息. 对传输频带低端受限的信道,传输码型频谱不含直流分量. 码型变换(码型编译码)过程不受信源统计特性影响.(传输码型的频谱与信源的统计特性有关),10,4)尽可能提高传输码型的传输效率. 5)具有内在的检错能力.,AMI码 Alternate Mark Inversion 00 , 1交替变换为+1,-1的归零码,通常脉冲宽度为码元周期之半. 消息 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 AMI码 +1 0 0 -1 +1 0 0 0 -1 +1 -1 特点: 基带信号正、负脉冲交替，0电位保持不
4、变 无直流成分 二进制符号序列 三进制符号序列 （一位）二进制符号 （一位）三进制符号（1B/1T码型）,11,二进制信息 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 发送AMI码 +1 0 1 0 0 0 0 0 +1 0 0 1 +1 接收AMI码 +1 0 1 0 0 +1 0 0 +1 0 0 1 +1,AMI码含有冗余信息， 具有检错能力。 缺点 与信源统计特性有关，功率谱形状随传号率（出现“1”的概率）而变化。 出现连“0”时，长时间不出现电平跳变，定时提取困难。,破坏极性交替规律,12,归一化功率谱,1,fT,HDB3,AMI,P=0.5,P=0.4,能量集中在频率为1/
5、2码速处,位定时频率(即码速频率)分量 为0,但只要将基带信号经全波整流变为二元归零码,即可得 位定时信号.,13,HDB3码 (High Density Bipolar 3 Zeros),消息代码AMI码,没有4个以上连0HDB3,第4个0变为同极性V,相邻V之间有偶数 个非0符号,将该小段第1个0变换反极性 B,后面的非0符号从V开始交替变化.,消息码 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 AMI码 -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1 HDB3码 -1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V-1 +1 -B
6、 0 0 -V +1 -1 译码:V是表示破坏极性交替规律的传号,V是破坏点,译码时,找到破坏点,断定V及前3个符号必是连0符号,从而恢复4个连0码,再将-1变成+1,便得到消息代码.,14,5.3 基带脉冲传输与码间干扰,基带系统模型 发送滤波器 传输信道 n(t) 接收滤波器 发送滤波器输入 发送滤波器输出,GT（）,C（）,GR（）,识别 电路,d(t),s(t),r(t),nR(t),15,接收波,限幅门限,限幅整形,抽 样,判决(再生),16,发送滤波器传输特性为GT（） 则：,接收滤波器输出信号r(t) r(t) 识别电路 抽样时刻kTs+t0 t0是可能的时偏(由信道特性及接收滤
7、波器决定),n(t)通过接收滤波器,17,第k个接收 基本波形,码间干扰,随机干扰,为使基带脉冲传输获得足够小的误码率,必须 最大限度地减少码间干扰和随机噪声的影响,18,5.4 无码间干扰的基带传输特性 基带传输特性,识别,h(t) 为系统 的冲激响应,19,当无码间干扰时, 对h(t)在kTs抽样,有:,奈奎斯特第一准则,20,H()为理想低通时,满足无码间干扰条件,21,输入数据以1/Ts波特进行传送,则在抽样时刻无码间干扰.,系统频带宽度为 ,最高频带利用率 设系统频带为W (赫), 则该系统无码间干扰时的最高传输速率为2W (波特),22,当H()的定义区间超过 时,满足奈奎斯特第一
8、准则的H()不只有单一的解.,23,将 圆滑处理(滚降),只要 对W1呈奇对称,则 满足奈奎斯特第一准则. 滚降因数,24,按余弦滚降的 表示为,当=1时, 带宽比=0加宽一倍, 此时,频带利用率为1B/Hz,25,5.5 部分响应系统,奈奎斯特第二准则： 有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间干扰，而在其余码元的抽样时刻无码间干扰，那么就能使频带利用率提高到理论上的最大值，同时又可以降低对定时精度的要求。这种波形称为部分响应波形。 利用部分响应波形进行传送的基带传输系统称为部分响应系统。,26,例 两个时间间隔为一个码元时间Ts的sinx/x波形相加。,27,28,g(t)的尾巴按1/t2变化
9、，衰减大，收敛快。,若用g(t)作为传送波形,且传送码元间隔为Ts,则在抽样时刻,将发生前后码元相互干扰,而与其他码元不发生干扰. 输入的二进制码元序列ak,接收波形g(t)在相应的抽样时刻获得的ck值为: ck= ak+ ak-1 若ak-1已经判定,则借助收到的ck,便可得到ak ak=ck-ak-1 易造成错误传播,29,让发送端ak变成bk ak=bkbk-1 预编码,即 bk=akbk-1 bk作为发送滤波器的输入码元序列 ck=bk+bk-1 相关编码 对ck作模2处理 ckmod2=bk+bk-1 mod2=bkbk-1 = ak 模2判决 预编码相关编码模2判决 不存在错误传播
10、现象,30,例 ak 1 1 1 0 1 0 0 1,bk-1 0 1 0 1 1 0 0 0 bk 1 0 1 1 0 0 0 1 ck 1 1 1 2 1 0 0 1 ckmod2 1 1 1 0 1 0 0 1 首个bk-1可任意预置,31,+,相加,模2判决,发ak,收ak,bk,bk,ck,bk-1,bk-1,预编码,相关编码,抽样脉冲,32,当g(t)是N个相隔Ts的sinx/x波形之和 R1,R2,Rn为n个冲激响应波形的加权系数,取值为正、负整数（包括0）,预编码 ak=R1bk+R2bk-1+Rnbk-(n-1) +: 模L相加, ak , bk 为L进制 相关编码 ck=R
11、1bk+R2bk-1+Rnbk-(n-1) 算术加 对ck 作模L处理 ckmodL=R1bk+R2bk-1+Rnbk-(n-1) modL=ak,33,5.6 无码间干扰基带系统的抗噪声性能,信道噪声: 平稳高斯白噪声,零均值,方差 信道噪声的瞬时值为V，则 判决电路输入噪声 ，平稳高斯随机噪声， 功率谱密度,34,双极性基带信号,在一个码元持续时间内,抽样判决器输入端波形,发“1”时, 的一维概率密度 发“0”时, 的一维概率密度,35,1错判为0,概率Pe1, 0错判为1,概率Pe2,36,发“1”的概率为P（1）发“0”的概率为P（0） 基带传输系统总的误码率 Pe=P（1） Pe1
12、+P（0） Pe2,37,使总误码率最小的判决门限,最佳门限电平 若P（0）=P（1）=1/2 此时 单极性基带波形,Pe=1/2 Pe1 +1/2 Pe2,38,5.7 眼图 将接收波形输入示波器的垂直放大器，把,产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步，则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图案，称为“眼图”,39,5.7 眼图 将接收波形输入示波器的垂直放大器，把,产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步，则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图案，称为“眼图”,40,5.7 眼图 将接收波形输入示波器的垂直放大器，把,产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步，则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的
13、图案，称为“眼图”,41,5.7 眼图 将接收波形输入示波器的垂直放大器，把,产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步，则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图案，称为“眼图”,42,噪声容限,抽样时刻畸变,最佳抽样时刻,判决门限电平,过零点畸变,斜率 对定时误差的敏感度,眼图模型,43,例 计算机输出二元码的数据速率为56Kbit/S，且采用基带信道传输，若按照以下几种滚降系数设计实际升余弦信道，求信道带宽。,（1） （2） 解 升余弦信道带宽 （1） W=1.2528KHz=35KHz （2） W=1.528KHz=42KHz,44,时域均衡 在基带系统中插入一种可调（也可不调）滤波器将能减小码间干扰的影响，这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。,在接收滤波器之后插入一个横向滤波器 ，其冲激响应为： 完全依赖于H(),那么,理论上就可消除抽样时刻上的码间干扰。,45,在抽样时刻 除K=0 外，我们期望所有的 都等于0， 适当选择,46,例：当均衡器的输入序列为,其余 为零，抽头系数,其余 为零，求,47,1 1,1,用有限长的横向均衡器减小码间干扰是 可能的，完全消除是不可能的,