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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 0,3EE-E-3E,4,基带信号的频谱特性 数字基带信号一般是随机
2、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 , 脉冲波形的区别传输码型(线路码)的设计原则
3、: 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 1AMI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 变 无直流成分 二进制符号序列 三进制
4、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1/2码速处,位定时频率(即码速频率)分量为0,
5、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 1AMI码 -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1HDB3码 -1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V-1 +1 -B 0 0 -V +1 -1译码:V是表示破坏极性交替规律
6、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+t0t0是可能的时偏(由信道特性及接收滤波器决定),n(t)通过接收滤波器,17,第k个接收基本波形,码间干扰
7、,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
8、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，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
9、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 不存在错误传播现象,30,例 ak 1 1 1 0 1 0 0 1,bk-1 0 1 0 1
10、1 0 0 0 bk 1 0 1 1 0 0 0 1 ck 1 1 1 2 1 0 0 1ckmod2 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=R1bk+R2bk-1+Rnbk-(n-1) 算术加对ck 作模L处理 ckmodL=R
11、1bk+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 +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
12、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
13、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,