1 / 76

第四章：数字基带传输系统

第四章：数字基带传输系统. 4.1 引言 4.2 数字基带信号的码型和波形 4.3 数字基带信号的功率谱密度 4.4 数字基带信号的传输与码间串扰 4.5 码间串扰基带传输系统的抗噪声性能分析 4.6 最佳基带传输系统 4.7 眼图 4.8 改善数字基带系统性能的措施. 4.1 引言. 4-1. 图 4-1 数字基带传输系统. 4-2(a). 4-2(b).

kina
Download Presentation

第四章：数字基带传输系统

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第四章：数字基带传输系统 • 4.1 引言 • 4.2 数字基带信号的码型和波形 • 4.3 数字基带信号的功率谱密度 • 4.4 数字基带信号的传输与码间串扰 • 4.5 码间串扰基带传输系统的抗噪声性能分析 • 4.6 最佳基带传输系统 • 4.7 眼图 • 4.8 改善数字基带系统性能的措施

  2. 4.1 引言

  3. 4-1

  4. 图4-1 数字基带传输系统

  5. 4-2(a) 4-2(b)

  6. 抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号y(t)在规定的时刻进行抽样，获得抽样值序列y(kTS)，然后对抽样值进行判决，以确定各码元是“1”码还是“0”码。抽样值序列y(kTS)见图4-2（g）所示。抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号y(t)在规定的时刻进行抽样，获得抽样值序列y(kTS)，然后对抽样值进行判决，以确定各码元是“1”码还是“0”码。抽样值序列y(kTS)见图4-2（g）所示。 • 码元再生电路的作用是对判决器的输出“0”、“1”进行原始码元再生，以获得图4-2（h）所示与输入波形相应的脉冲序列。 • 同步提取电路的任务是从接收信号中提取定时脉冲cp，供接收系统同步使用。 • 对比图4-2（a）、（h）中的 与{dk} 可以看出，传输过程中第4个码元发生了误码。产生该误码的原因之一是信道加性噪声，之二是传输总特性（包括收、发滤波器和信道的特性）不理想引起的波形畸变，使码元之间相互串扰，从而产生码间干扰。

  7. 图 4-2 数 字 基 带 传 输 系 统 各 点 波 形

  8. 4.2

  9. 4.2.1

  10. 1 单极性不归零（NRZ）码 • 设消息代码由二进制符号“0”、“1”组成，则单极性不归零码如图4-3（a）所示。这里，基带信号的零电位及正电位分别与二进制符号的“0”及“1”一一对应。可见，它是一种最简单的常用码型。 • 2、双极性不归零（NRZ）码 • 图4-3（b）所示的代码是双极性不归零（NRZ）码，其特点是数字消息用两个极性相反而幅度相等的脉冲表示。其与单极性码比较有以下优点： • （1）从平均统计角度来看，消息“1”和“0”的数目各占一半，所以无直流分量。 • （2）接收双极性码时判决门限电平为零，稳定不变，因而不受信道特性变化的影响，抗噪声性能好。 • （3）可以在电缆等传输线上传输。

  11. 3、单极性归零（RZ）码 • 单极性归零码是在传送“1”码时发送一个宽度小于码元持续时间的归零脉冲，而在传送“0”码时不发送脉冲，如图4-3（c）所示。设码元间隔为Ts，归零码宽度为 ，则称 为占空比。 • 4、双极性归零（RZ）码 • 双极性归零码的构成与单极性归零码一样，如图4-3（d）所示。这种码型除了具有双极性不归零码的一般特点以外，还可以通过简单的变换电路变换为单极性归零码，从而可以提取同步信号。因此双极性归零码得到广泛的应用。 • 5、单级性传号差分码 • 这种码型的特点是,”1”用电平跳表表示，而”0”用无电平跳变表示。如图4-3（e）所示。

  12. 6、多值波形（多电平波形） • 前述各种信号都是一个二进制符号对应一个脉冲。实际上还存在多个二进制符号对应一个脉冲的情形。这种波形统称为多值波形或多电平波形。例如若令两个二进制符号00对应+3E，01对应+E，10对应-E，11对应-3E，则所得波形为4值波形，如图4-3（f）所示。由于这种波形的一个脉冲可以代表多个二进制符号，故在高速数据传输中，常采用这种信号形式。

  13. 图4-3 几种基本的数字基带信号码型

  14. 消息代码 0 0 0 1 1 1 0 1 1 +1 0 0 0 -1 +1 -1 0 +1 AMI码 • 二、传输码型 • 并不是所有的基带信号码型都适合在信道中传输，往往是根据实际需要进行选择。下面我们介绍几种常用的适合在信道中传输的传输码型。 • 1 、AMI码 • AMI码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息中的代码“0”（空号）和“1”（传号）按如下规则进行编码的码：代码“0”仍为0；代码“1”交替变换为+1、-1、+1、-1、┅。例如：

  15. AMI码的优点是：不含直流成分，低频分量小； • 编译码电路简单，便于利用传号极性交替规律观察误码情况。鉴于这些优点，AMI码是ITU建议采用的传输码型之一。AMI码的不足是，当原信码出现连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。解决连“0”码问题的有效方法之一是采用HDB3码。 • 2、HDB3码 • HDB3码的全称是3阶高密度双极性码，它是AMI码的一种改进型，其目的是为了保持AMI码的优点而克服其缺点，使连“0”个数不超过3个。其编码规则如下： • （1）当信码的连“0”个数不超过3时，仍按AMI码的规则编码，即传号极性交替；

  16. （2）当连“0”个数超过3时，将每4个连“0”小段的第4个“0”变换为非“0”脉冲，符号V表示，称之为破坏脉冲。其极性与前一个非“0”脉冲相同。（2）当连“0”个数超过3时，将每4个连“0”小段的第4个“0”变换为非“0”脉冲，符号V表示，称之为破坏脉冲。其极性与前一个非“0”脉冲相同。 • 为了保证加入V码以后输出仍无直流分量，应使相邻V码的极性相反。为此，当相邻的V码之间有偶数个“1”码时，将中间连“0”串的第一个“0”编码为B，极性与前一个非“0”码相反。B后面的V码与B极性相同。 • B 码和V 码各自都应始终保持极性交替变化的规律，以确保编好的码中没有直流成分；

  17. HDB3码举例

  18. 二进制码 NRZ码 AMI码 HDB3码

  19. HDB3码的特点 • HDB3码是AMI码的改进，与AMI码一样,也是“1” 交替地变换为+1与-１的归零码； • 但与AMI码不同的是：HDB3码中的连“0”数被限制为小于或等于3； • HDB3码的码流无直流分量，低频成分少； • 即使出现长连“0”也能提取定时信息；

  20. 3、双相码 • 双相码又称Manchester码，即曼彻斯特码。它的特点是每个码元用两个连续极性相反的脉冲来表示。 • 它用一个周期的方波 表示“1”，而用它的反相波形表示“0”。例如： • 特点： • ——码元中心存在跳变，具有很强的定时分量； • ——无直流 • 应用 • ——10M以太网数据传输码型

  21. 4、CMI码 • CMI 码是传号反转码的简称，其编码规则为： “1”码交替用“00”和“11”表示；“0”码用“01 ” 表示。CMI 码的优点是没有直流分量，且有频繁出现波形跳变，便于定时信息提取，具有误码监测能力。

  22. 4.3 数字基带信号的功率谱密度 • 研究数字基带信号的频谱分析是非常有用的，通过频谱分析可以使我们弄清楚信号传输中一些很重要的问题。如信号中有没有直流成分？有没有可供提取同步信号用的离散分量以及根据它的连续谱可以确定基带信号的带宽。 •  在通信中，除特殊情况（如测试信号）外，数字基带信号通常都是随机脉冲序列。对于随机脉冲序列，由于它是非确知信号，不能用付氏变换法确定其频谱，只能用统计的方法研究其功率谱。对于其功率谱的分析在数学运算上比较复杂，因此，这里我们只给出分析的思路和推导的结果并对结果进行分析。

  23. 4-4

  24. （4.3-1） （4.3-2） （4.3-3）

  25. 图4-4 基带随机脉冲序列及其分解波形

  26. （4.3-4） （4.3-5） （4.3-6）

  27. （4.3-7） (4.3-6)与(4.3-7) （4.3-8）

  28. (4.3-9) (4.3-8) [例4.3.1] 图(4-5)

  29. 式（4.3-8） (4.3-10) 图4-6所示。

  30. 图4-5 单极性不归零信号 图4-6 单极性不归零信号的功率谱

  31. 图5-7 单极性归零信号 图5-8 单极性归零信号的功率谱

  32. 综上所述，通过对数字基带信号的二进制随机脉冲序列功率谱的分析，我们一方面可以根据它的连续谱来确定序列的带宽，从上述举例可以看出，当数字基带信号用矩形脉冲表示时，其带宽为连续谱的第一零点带宽；另一方面利用它的离散谱是否存在这一特点，可以明确能否从脉冲序列中直接提取定时分量和采取怎样的方法可以从基带脉冲序列中获得所需的离散分量。这一点，在研究位同步、载波同步等问题时将是十分重要的。综上所述，通过对数字基带信号的二进制随机脉冲序列功率谱的分析，我们一方面可以根据它的连续谱来确定序列的带宽，从上述举例可以看出，当数字基带信号用矩形脉冲表示时，其带宽为连续谱的第一零点带宽；另一方面利用它的离散谱是否存在这一特点，可以明确能否从脉冲序列中直接提取定时分量和采取怎样的方法可以从基带脉冲序列中获得所需的离散分量。这一点，在研究位同步、载波同步等问题时将是十分重要的。 • 需要指出的是，以上的分析方法，由于g1(t)和g2(t)的波形没有加以限制，故即使它们不是基带信号波形，而是数字调制波形，也将是适用的。

  33. 4.4 数字基带信号的传输与码间串扰 数字基带信号通过基带传输系统时，由于系统（主要是信道）传输特性不理想，或者由于信道中加性噪声的影响，使收端脉冲展宽，延伸到邻近码元中去，从而造成对邻近码元的干扰，我们将这种现象称为码间串扰。如图4-9所示。

  34. 码间串扰的数学分析 • 数字基带信号的传输模型如图4-10所示。 图4-10 基带传输系统模型

  35. (4.4-1)

  36. (4.4-2) (4.4-3) (4.4-4) 4-10

  37. (4.4-5) 式（4.4-4）得：

  38. 4.4.3 (4.4-5) (4.4-6) 4-11(a) 4-11(b)

  39. 图4-11 消除码间串扰的原理

  40. (4.4-7)

  41. (4.4-8) (4.4-9) (4.4-10) (4.4-11)

  42. (4.4-11) (4.4-12) (4.4-11) (4.4-13) (4.4-7)

  43. (4.4-14) (4.4-14) 4-12

  44. 图4-12 Heq(ω)的物理含义

  45. 4.4.4 (4.4-15) (4.4-16)

  46. 图4-13 理想低通系统

  47. 4-13 4-13(b) 4-13 (4.4-17)

  48. (4.4-18) (4.4-14)

  49. 4.4.5无码间串扰的滚降系统 • 考虑到理想冲激响应h(t)的尾巴衰减慢的原因是系统的频率截止特性过于陡峭，这启发我们可以按图4-14所示的构造思想去设计H(ω)特性，只要图中Y(ω)的具有对BN呈奇对称的幅度特性，则H(ω)就能满足要求。这种设计也可看成是理想低通特性按奇对称条件进行“圆滑”的结果，上述的“圆滑”，通常被称为“滚降”。 定义滚降系数为 （4.4-19） 其中BN是无滚降时的截止频率， B2为滚降部分的截止频率。显然， 0≤α≤1

More Related