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1、数字基带传输n n数字基带信号的特征n nAMI、HDB3码n n码间窜扰n n部分响应系统n n时域均衡原理15.1 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（1）一次变换消息数字基带信号（2）二次变换基带信号信道信号3基带研究的意义n（1）频带传输也存在基带处理问题n（2）是数字通信的趋势、高低频都可n（3）理论上：线性调制频带传输可以由一个等效的基带传输系统来代替45.1 数字基带信号n数字基带信号波形 任何数字传输系统均可等效为基带传输系统n组成基带信号的
2、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。5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 03EE-E-3E6 基带信号的频谱特性 数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。n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。Ts7(一一)数数字字基基带带信信号号 即：消息代码的电波形基带信号有很多种类，以矩形脉冲矩形脉冲矩形脉冲矩形脉冲基带信号为例（1）单极性（非归零）波NRZ(L)特点：1)1与0电位、正电位一一对
3、应2)码元判定标准：有无电压/电流3)脉冲间无间隔4)有直流分量（2）双极性（非归零）波特点：1)1与正、负电位对应2)脉冲间无间隔3)0，1等概时，无直流分量8（3）单极性归零波RZ(L)特点：1)有电脉冲宽度比码元窄、码元有间隔2)每个脉冲回零（4）双极性归零波特点：1)有0电位间隔2)0，1等概时，无直流分量（5）差分波形相对码波形 9差差分分编编码码设bi为差分码，ai为原始数据10（6）多值波形特点：一个符号对应一个脉冲，每个符号多个比特11(二二)基基带带信信号号的的频频谱谱特特性性重点是了解分析的思想了解分析的思想了解分析的思想了解分析的思想1数学表达式和分析思路（1）数学表达式
4、以二进制脉冲序列为例，g1(t)和g2(t)分别表示符号0和1，Ts为一个码元宽度（2）分析思路1）波形分解122）交变波的截断函数13 nS（t）通常是功率型的看成是由一个稳态波 和交变波 构成14 （稳态波）的平均分量 1.稳态波 的功率谱密度152.交变波 的功率谱密度3.的功率谱密度n(1)单极性波形 设16(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.175.2 基带传输的常用码型n码型,脉冲波形的区别（1）代码：应编码用于传输用的码型传输码型的选择（2）波形：电波形应该适应信道基带脉冲的选择n传输码型(线路码)的设计
5、原则:1)便于从基带信号中提取位定时信息.2)对传输频带低端受限的信道,传输码型频谱不含直流分量.3)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)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.18nAMI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 三进制符号序列（一位）二进制符号
6、（一位）三进制符号（1B/1T码型）19二进制信息 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+1nAMI码含有冗余信息，具有检错能力。n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20HDB3码q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
7、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.21归一化功率谱1fTHDB3AMIP=0.5P=0.4223PST码（成对选择三进码）编码规则：二进制2个码元为一组每组码元对应两个三进制（+、-、0）二进制+模-模00-+-+010+0-10+0-
8、011+-+-注意：在单脉冲时（10、01），两种模式应该交换防止直流漂移 例：01 00 11 10 10 11 00+模0+-+-0 +0 +-+特点：1)定时容易（码元同步）2)无直流3)缺点：有帧同步问题（分组通信时）234、Manchester（曼彻斯特）双相码编码：二进制用2个不同相位的二进制取代：001110例：1 1 0 0 1 0 110 10 01 01 10 01 10特点：1)只有两个电平2)有足够的定时信息、无直流、编码简单3)缺点：带宽大245、Miller（密勒码/延迟调制码）编码：“1”用码元持续中心点跃变表示，即：01或10，但保持边沿不跃变例：二进制1101
9、0010双相码1010011001011001密勒码011000011100011125特点：1)双相码下降沿跃变2)适合低速基带信号266、CMI反转码编码：“1”交替用“11”和“00”“0”用“01”例：1 1 0 1 0 0 1 011 00 01 11 01 01 00 01特点：1)有较多的电平跃变，定时信息丰富2)是CCITT推荐的PCM接口码型27综合1二元码二元码只有两电平的波形：例如：单极性非归零码、双极性非归零码、单极型归零码、双相码、反转码（CMI）、密勒码nBmB码码分组码之一编码：原始信息码n位二进制变成m位二进制一般：mn新的码型有个，选一部分逐位分组码例如：双相
10、码、反转码（CMI）、密勒码为1B2B码光纤数字传输系统用5B6B码在低次群（码速低于200Mb/s）1B2B码还有较好的性能高次群（三次、四次）采用5B6B可以提高20%的码速282三元码信号幅度取值+1、0、-1例如：（1）传号交替反转码（AMI）、HDB3属于1B1T码（1位二进制对应一位三进制）（2）4B3T码即：4个二进制对应3个三进制，传输速率低，频带利用率高（3）MS43、FOMOT4B3T变形用于高次群同轴电缆传输3多元码提高频带利用率对n位二进制，可以用 元码来传，理论上M元码的频带是二进制的1/n295.3 基带脉冲传输与码间干扰n基带系统模型 发送滤波器 传输信道 n(t
11、)接收滤波器滤波器输入滤波器输出GT（）C（）GR（）识别电路+d(t)s(t)r(t)nR(t)30接收波限幅门限限幅整形 抽 样判决(再生)31发送滤波器传输特性为GT（）则：n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32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335.4 无码间干扰的基带传输特性1、对于数字基带信号不必整个波形都研究，只需研究特定时刻特定时刻波形如何无失真传输（因为抽样判决）2、奈奎斯特研究了三种情况即奈奎斯特
12、三准奈奎斯特三准则则 34识别h(t)为系统 的冲激响应35当无码间干扰时,对h(t)在kTs抽样,有:奈奎斯特第一准则36H()为理想低通时,满足无码间干扰条件37输入数据以1/Ts波特进行传送,则在抽样时刻无码间干扰.n系统频带宽度为 ,最高频带利用率n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)38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.3940升余弦滚降信号n1、原因：理想特性无法达到传递函数有陡峭的过渡带（如理想P.F.）n2、解决：实际使用以/T为中心的具有奇对称升余弦形状过渡带，即为升余弦滚降升余弦滚降信号信号n注意：滚降
13、是频谱过渡特性不是信号特性41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/Hz42a为滚降系数，0a1，一般取a0.2 435.5 部分响应系统由理想低通的冲激响应sin(x)/x其频带利用率最高，且抽样无失真缺点：1)频谱为矩形，过渡带为零，难以实现，理论极限速率2波特/Hz2)波形振荡衰减较慢，对定时要求严格解决：1)改变陡峭截止特性2)加速波形振荡衰减部分响应系统部分响应系统部分响应系统部分响应系统用两个相隔一个码元的sin(x)/x合成波代替sin(x)/x合成后：振荡衰减加快：正负抵消频谱有缓变的滚降过渡特性44例 两个时间间隔为一个码元时间Ts的sin
14、x/x波形相加。45特点：特点：特点：特点：1 1、解决了、解决了、解决了、解决了sin(x)/xsin(x)/x的缺点，的缺点，的缺点，的缺点，2 2、但产生了相邻码元抽样时刻出现一个与发送码元抽样、但产生了相邻码元抽样时刻出现一个与发送码元抽样、但产生了相邻码元抽样时刻出现一个与发送码元抽样、但产生了相邻码元抽样时刻出现一个与发送码元抽样值相同幅度的串扰值相同幅度的串扰值相同幅度的串扰值相同幅度的串扰固定串扰固定串扰固定串扰固定串扰 4647g(t)的尾巴按1/t2变化，衰减大，收敛快。n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
15、生干扰.n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48让发送端ak变成bk ak=bkbk-1 预编码n即 bk=akbk-1 bk作为发送滤波器的输入码元序列n 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 49+相加模2判决TT发ak收akbkbkckbk-1bk-1预编码相关编码抽样脉冲50当g(t)是N个相隔Ts的sinx/x波
16、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）n预编码 ak=R1bk+R2bk-1+Rnbk-(n-1)+:模L相加,ak,bk 为L进制n相关编码 ck=R1bk+R2bk-1+Rnbk-(n-1)算术加n对ck 作模L处理 ckmodL=R1bk+R2bk-1+Rnbk-(n-1)modL=ak5152其中，I类和IV的抽样电平数比其它的少，等于2L-1，L是采用的进制数，应用广泛I类：频谱能量集中在低频段，适合传输系统中信道高端严重受限的情况，又称“双二进制编码信号”IV类：无直流分量、低频成分小IV类示意图：sinc(t+T/2)-sinc(t-3T/
17、2)535.6 无码间干扰基带系统的抗噪声性能n信道噪声:平稳高斯白噪声,零均值,方差n信道噪声的瞬时值为V，则n判决电路输入噪声 ，平稳高斯随机噪声，功率谱密度54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n发“1”时,的一维概率密度n发“0”时,的一维概率密度551错判为0,概率Pe1,0错判为1,概率Pe2 动画56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）Pe257使总误码率最小的判决门限n最佳门限电平n若P（0）=P（1）=1/2 Pe=1/2 Pe1+1/2 Pe2单极性基带波形585.7 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”59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60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。n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。61在抽样时刻 除K=0 外，我们期望所有的 都等于0，适当选择62