西郵通原課件第6章數(shù)字基帶傳輸

1、1通信原理通信原理第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)信源譯碼信源信源編碼加密信道調(diào)制信道編碼解調(diào)解密信道譯碼信宿數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)Ch9Ch9Ch11Ch11Ch7、Ch10Ch6數(shù)字傳輸系統(tǒng)模數(shù)變換數(shù)模變換數(shù)字基帶處理數(shù)字基帶處理23第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)l概述概述n數(shù)字基帶信號(hào)數(shù)字基帶信號(hào) 未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)，它所占據(jù)的頻未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)，它所占據(jù)的頻譜是從零頻或很低頻率開始的。譜是從零頻或很低頻率開始的。n數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 不經(jīng)載波調(diào)制而直接傳輸數(shù)字基不經(jīng)載波調(diào)制而直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)的系統(tǒng)，常用于傳輸距離不太遠(yuǎn)

2、的情況下。帶信號(hào)的系統(tǒng)，常用于傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下。n數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) 包括調(diào)制和解調(diào)過(guò)程的傳輸系統(tǒng)包括調(diào)制和解調(diào)過(guò)程的傳輸系統(tǒng)n研究數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的原因：研究數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的原因：u近程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中廣泛采用近程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中廣泛采用u基帶傳輸方式也有迅速發(fā)展的趨勢(shì)基帶傳輸方式也有迅速發(fā)展的趨勢(shì)u基帶傳輸中包含帶通傳輸?shù)脑S多基本問題基帶傳輸中包含帶通傳輸?shù)脑S多基本問題u任何一個(gè)采用線性調(diào)制的帶通傳輸系統(tǒng)，可以等效任何一個(gè)采用線性調(diào)制的帶通傳輸系統(tǒng)，可以等效為一個(gè)基帶傳輸系統(tǒng)來(lái)研究。為一個(gè)基帶傳輸系統(tǒng)來(lái)研究。4第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)l6.1 數(shù)字基帶

3、信號(hào)及其頻譜特性數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性 n6.1.1 數(shù)字基帶信號(hào)數(shù)字基帶信號(hào)u幾種基本的基帶信號(hào)波形幾種基本的基帶信號(hào)波形 5第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)p單極性波形單極性波形：該波形的特點(diǎn)是電脈沖之間無(wú)間隔，極性單一，：該波形的特點(diǎn)是電脈沖之間無(wú)間隔，極性單一，于易用于易用TTL、CMOS電路產(chǎn)生；缺點(diǎn)是有直流分量，要求傳電路產(chǎn)生；缺點(diǎn)是有直流分量，要求傳輸線路具有直流傳輸能力，因而不適應(yīng)有交流耦合的遠(yuǎn)距離輸線路具有直流傳輸能力，因而不適應(yīng)有交流耦合的遠(yuǎn)距離傳輸，只適用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部或極近距離的傳輸。傳輸，只適用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部或極近距離的傳輸。 p雙極性波形雙極性波形：當(dāng)：當(dāng)

4、“1”和和“0”等概率出現(xiàn)時(shí)無(wú)直流分量，有利等概率出現(xiàn)時(shí)無(wú)直流分量，有利于在信道中傳輸，并且在接收端恢復(fù)信號(hào)的判決電平為零值，于在信道中傳輸，并且在接收端恢復(fù)信號(hào)的判決電平為零值，因而不受信道特性變化的影響，抗干擾能力也較強(qiáng)。因而不受信道特性變化的影響，抗干擾能力也較強(qiáng)。 6第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)p單極性歸零單極性歸零(RZ)波形波形：信號(hào)電壓在一個(gè)碼元終止時(shí)刻前總要：信號(hào)電壓在一個(gè)碼元終止時(shí)刻前總要回到零電平。通常，歸零波形使用半占空碼，即占空比為回到零電平。通常，歸零波形使用半占空碼，即占空比為50%。從單極性。從單極性RZ波形可以直接提取定時(shí)信息波形可以直接提取定時(shí)

5、信息。 與歸零波形相對(duì)應(yīng)，上面的單極性波形和雙極性波形屬與歸零波形相對(duì)應(yīng)，上面的單極性波形和雙極性波形屬于非歸零于非歸零(NRZ)波形，其占空比等于波形，其占空比等于100。p雙極性歸零波形雙極性歸零波形：兼有雙極性和歸零波形的特點(diǎn)。使得接收：兼有雙極性和歸零波形的特點(diǎn)。使得接收端很容易識(shí)別出每個(gè)碼元的起止時(shí)刻，便于同步。端很容易識(shí)別出每個(gè)碼元的起止時(shí)刻，便于同步。7第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)p差分波形差分波形：用相鄰碼元的電平的跳變和不變來(lái)表示消息代：用相鄰碼元的電平的跳變和不變來(lái)表示消息代碼碼 ，圖中，以電平跳變表示，圖中，以電平跳變表示“1”，以電平不變表示，以電平不變

6、表示“0”。它也稱它也稱相對(duì)碼波形相對(duì)碼波形。用差分波形傳送代碼可以消除設(shè)備初始。用差分波形傳送代碼可以消除設(shè)備初始狀態(tài)的影響。狀態(tài)的影響。p多電平波形多電平波形：可以提高頻帶利用率。圖中給出了一個(gè)四電平：可以提高頻帶利用率。圖中給出了一個(gè)四電平波形波形2B1Q。 8第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)u數(shù)字基帶信號(hào)的表示式：表示信息碼元的單個(gè)脈沖數(shù)字基帶信號(hào)的表示式：表示信息碼元的單個(gè)脈沖的波形并非一定是矩形的。的波形并非一定是矩形的。若表示各碼元的波形相同而電平取值不同，則若表示各碼元的波形相同而電平取值不同，則數(shù)字基帶信號(hào)可表示為：數(shù)字基帶信號(hào)可表示為：式中，式中，an 第第n個(gè)

7、碼元所對(duì)應(yīng)的電平值個(gè)碼元所對(duì)應(yīng)的電平值 Ts 碼元持續(xù)時(shí)間碼元持續(xù)時(shí)間 g(t) 某種脈沖波形某種脈沖波形一般情況下，數(shù)字基帶信號(hào)可表示為一隨機(jī)脈沖序一般情況下，數(shù)字基帶信號(hào)可表示為一隨機(jī)脈沖序列：列：式中，式中，sn(t)可以有可以有N種不同的脈沖波形。種不同的脈沖波形。 nsnnTtgats)()(nntsts)()(9第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)n6.1.2 基帶信號(hào)的頻譜特性基帶信號(hào)的頻譜特性u(píng) 本小節(jié)討論的問題本小節(jié)討論的問題p由于數(shù)字基帶信號(hào)是一個(gè)隨機(jī)脈沖序列，沒有確定由于數(shù)字基帶信號(hào)是一個(gè)隨機(jī)脈沖序列，沒有確定的頻譜函數(shù)，所以只能用功率譜來(lái)描述它的頻譜特的頻譜函數(shù)

8、，所以只能用功率譜來(lái)描述它的頻譜特性。性。p這里將從隨機(jī)過(guò)程功率譜的原始定義出發(fā)，求出數(shù)這里將從隨機(jī)過(guò)程功率譜的原始定義出發(fā)，求出數(shù)字隨機(jī)序列的功率譜公式。字隨機(jī)序列的功率譜公式。u隨機(jī)脈沖序列的表示式隨機(jī)脈沖序列的表示式p設(shè)一個(gè)二進(jìn)制的隨機(jī)脈沖序列如下圖所示：設(shè)一個(gè)二進(jìn)制的隨機(jī)脈沖序列如下圖所示： 10第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)圖中圖中Ts 碼元寬度碼元寬度 g1(t)和和g2(t) 分別表示消息碼分別表示消息碼“0”和和“1”，為任意波形。，為任意波形。p設(shè)序列中任一碼元時(shí)間設(shè)序列中任一碼元時(shí)間Ts內(nèi)內(nèi)g1(t)和和g2(t)出現(xiàn)的概率分別為出現(xiàn)的概率分別為P和和(1-P

9、)，且認(rèn)為它們的出現(xiàn)是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，則該序列可表示為，且認(rèn)為它們的出現(xiàn)是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，則該序列可表示為式中式中 nntsts)()(12(),( )(1)SnSg tnTPs tgtnTP以概率出現(xiàn)（）， 以概率出現(xiàn)11第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)p為了使頻譜分析的物理概念清楚，推導(dǎo)過(guò)程簡(jiǎn)化，我們可以為了使頻譜分析的物理概念清楚，推導(dǎo)過(guò)程簡(jiǎn)化，我們可以把把s(t)分解成分解成穩(wěn)態(tài)波穩(wěn)態(tài)波v(t)和和交變波交變波u(t) 。所謂。所謂穩(wěn)態(tài)波：即隨機(jī)穩(wěn)態(tài)波：即隨機(jī)序列序列s(t)的統(tǒng)計(jì)平均分量的統(tǒng)計(jì)平均分量，它取決于每個(gè)碼元內(nèi)出現(xiàn)，它取決于每個(gè)碼元內(nèi)出現(xiàn)g1(t)和和g2(t) 的概率

10、加權(quán)平均，因此可表示成的概率加權(quán)平均，因此可表示成由于由于v(t)在每個(gè)碼元內(nèi)的統(tǒng)計(jì)平均波形相同，故在每個(gè)碼元內(nèi)的統(tǒng)計(jì)平均波形相同，故v(t)是以是以Ts為為周期的周期信號(hào)。周期的周期信號(hào)。)()()1 ()()(21tvnTtgPnTtPgtvnnnss1213交變波交變波u(t)是是s(t)與與v(t)之差，即之差，即于是于是式中，式中， 或?qū)懗苫驅(qū)懗善渲衅渲酗@然，顯然， u(t)是一個(gè)隨機(jī)脈沖序列是一個(gè)隨機(jī)脈沖序列 。 )()()(tvtstunntutu)()()1 (),()()()1 ()()(),()()1 ()()1 ()()()(2121221211PnTtgnTtgPnTt

11、gPnTtPgnTtgPnTtgnTtgPnTtgPnTtPgnTtgtussssssssssn以概率以概率)()()(21ssnnnTtgnTtgatu)1 (,1PPPPan以概率以概率nntsts)()(12(),( )(1)SnSg tnTPs tgtnTP以概率出現(xiàn)（）， 以概率出現(xiàn))()()1 ()()(21tvnTtgPnTtPgtvnnnss14第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)u穩(wěn)態(tài)分量穩(wěn)態(tài)分量v(t)的功率譜密度的功率譜密度Pv(f)由于由于v(t)是以為是以為Ts周期的周期信號(hào)，故周期的周期信號(hào)，故可以展成傅里葉級(jí)數(shù)可以展成傅里葉級(jí)數(shù)式中式中由于在（由于在（-T

12、s/2，Ts/2）范圍內(nèi)，）范圍內(nèi)，所以所以 nssnTtgPnTtPgtv)()1 ()()(21mtfmjmSeCtv2)(222)(1ssSTTtfmjsmdtetvTC)()1 ()()(21tgPtPgtv22221)()1 ()(1ssSTTtfmjsmdtetgPtPgTC15第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)又由于又由于只存在于（只存在于（-Ts/2，Ts/2）范圍內(nèi)，所以上式的積分限可以改）范圍內(nèi)，所以上式的積分限可以改為從為從 - 到到 ，因此，因此其中其中于是，根據(jù)周期信號(hào)的功率譜密度與傅里葉系數(shù)的關(guān)系式于是，根據(jù)周期信號(hào)的功率譜密度與傅里葉系數(shù)的關(guān)系式得到的功

13、率譜密度為得到的功率譜密度為 )()1 ()(21tgPtPgdtetgPtPgTCtfmjsmS221)()1 ()(1dtetgmfGtfmjsS211)()(dtetgmfGtfmjsS222)()( 2212()()(1)()()vmsSSSsmmPfCfmffPG mfP G mffmfmtfmjmSeCtv2)(16第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)uu(t)的功率譜密度的功率譜密度Pu(f) 由于是一個(gè)功率型的隨機(jī)脈沖序列，它的功率譜密度由于是一個(gè)功率型的隨機(jī)脈沖序列，它的功率譜密度可采用截短函數(shù)和統(tǒng)計(jì)平均的方法來(lái)求?？刹捎媒囟毯瘮?shù)和統(tǒng)計(jì)平均的方法來(lái)求。 式中式中 UT

14、 (f) u(t)的截短函數(shù)的截短函數(shù)uT(t)所對(duì)應(yīng)的頻譜函數(shù)；所對(duì)應(yīng)的頻譜函數(shù)； E 統(tǒng)計(jì)平均統(tǒng)計(jì)平均 T 截取時(shí)間截取時(shí)間，設(shè)它等于（，設(shè)它等于（2N+1）個(gè)碼元的長(zhǎng)度，即）個(gè)碼元的長(zhǎng)度，即 T = (2N+1)Ts 式中，式中，N 是一個(gè)足夠大的整數(shù)。此時(shí)，上式可以寫成是一個(gè)足夠大的整數(shù)。此時(shí)，上式可以寫成 2T( ) ( )limTTuE UfP f2( ) ( )lim(21)TuNsE UfP fNT第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)18第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)現(xiàn)在先求出現(xiàn)在先求出uT(t)的頻譜函數(shù)。的頻譜函數(shù)。故故其中其中)()()()(21ss

15、nNNnNNnnTnTtgnTtgatutudtetufUtfjTT2)()(NNntfjSSndtenTtgnTtga221)()(NNnTnfjnfGfGeas)()(212dtetgfGftj211)()(dtetgfGftj222)()(11()( )sjnTSg tnTeG19第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)于是于是其統(tǒng)計(jì)平均為其統(tǒng)計(jì)平均為因?yàn)楫?dāng)因?yàn)楫?dāng)m = n時(shí)時(shí)所以所以)()()(2fUfUfUTTT )()()()(2121)(2fGfGfGfGeaaNNmNNnTmnfjnmS22()212( ) ()|( )( )|SNNjf n m TTmnmN nNE U

16、fE a a eG fG f )1 (,)1 (222PPPPaaannm以概率，以概率222221111nE aPPPPPP PPPP（） （）（）( -)（）1,(1)nPPaPP以概率以概率212( )( )( )sNifnTTnnNU fa eG fG f20第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)當(dāng)當(dāng)m n時(shí)時(shí)所以所以由以上計(jì)算可知，式由以上計(jì)算可知，式的統(tǒng)計(jì)平均值僅在的統(tǒng)計(jì)平均值僅在m = n時(shí)存在，故有時(shí)存在，故有 ）（），以概率（）以概率（，以概率，）（PPPPPPPPaanm1211122220) 1)(1 (2)1 ()1 (2222PPPPPPPPaaEnm)()()

17、()()()(2121)(22fGfGfGfGeaaEfUENNmNNnTmnfjnmTS 22212( ) ( )( )NTnnNE UfE aGfGf212(21) (1)( )( )NPP GfGf1,(1)nPPaPP以概率以概率21第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)將其代入將其代入即可求得即可求得u (t)的功率譜密度的功率譜密度上式表明，交變波的功率譜上式表明，交變波的功率譜Pu (f)是是連續(xù)譜連續(xù)譜，它與，它與g1(t)和和g2(t)的的頻譜以及概率頻譜以及概率P有關(guān)。通常，根據(jù)連續(xù)譜可以確定隨機(jī)序列有關(guān)。通常，根據(jù)連續(xù)譜可以確定隨機(jī)序列的的帶寬帶寬。2( ) ( )

18、lim(21)TuNsE UfP fNT221221)()()1 () 12()()()1 () 12(lim)(fGfGPPfTNfGfGPPNfPSsNu2212( ) (21) (1)( )( )TE U fNPP G fG f22第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)us(t)的功率譜密度的功率譜密度Ps(f)由于由于s(t) = u(t) + v(t)，所以將下兩式相加：，所以將下兩式相加：即可得到隨機(jī)序列即可得到隨機(jī)序列s(t)的功率譜密度，即的功率譜密度，即上式為雙邊的功率譜密度表示式。如果寫成單邊的，則有上式為雙邊的功率譜密度表示式。如果寫成單邊的，則有221)()()1

19、 ()(fGfGPPffPSu 212()(1)()()vSSSsmPffPG mfP G mffmf221)()()1 ()()()(fGfGPPffPfPfPSvusmSSSSmffmfGPmfPGf)()()1 ()(22123第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)式中式中fs = 1/Ts 碼元速率；碼元速率； Ts - 碼元寬度（持續(xù)時(shí)間）碼元寬度（持續(xù)時(shí)間） G1(f)和和G2(f)分別是分別是g1(t)和和g2(t)的傅里葉變換的傅里葉變換24第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)由上式可見：由上式可見：二進(jìn)制隨機(jī)脈沖序列的功率譜二進(jìn)制隨機(jī)脈沖序列的功率譜Ps(f)可

20、能包含連續(xù)譜（第一項(xiàng)）可能包含連續(xù)譜（第一項(xiàng)）和離散譜（第二項(xiàng)）。和離散譜（第二項(xiàng)）。連續(xù)譜總是存在的，這是因?yàn)榇頂?shù)據(jù)信息的連續(xù)譜總是存在的，這是因?yàn)榇頂?shù)據(jù)信息的g1(t)和和g2(t)波形波形不能完全相同，故有不能完全相同，故有G1(f) G2(f) 。譜的形狀取決于。譜的形狀取決于g1(t)和和g2(t)的頻譜以及出現(xiàn)的概率的頻譜以及出現(xiàn)的概率P。連續(xù)譜可以確定隨機(jī)序列的。連續(xù)譜可以確定隨機(jī)序列的帶寬帶寬。離散譜是否存在，取決于離散譜是否存在，取決于g1(t)和和g2(t)的波形及其出現(xiàn)的概率的波形及其出現(xiàn)的概率P。一般情況下，它也總是存在的，但對(duì)于雙極性信號(hào)一般情況下，它也總是存在的

21、，但對(duì)于雙極性信號(hào) g1(t) = - g2(t) = g(t) ，且概率，且概率P=1/2（等概）時(shí)，則沒有離散分量（等概）時(shí)，則沒有離散分量 (f - mfs)。依離散譜可以確定隨機(jī)序列是否有直流分量和定時(shí)分量。依離散譜可以確定隨機(jī)序列是否有直流分量和定時(shí)分量。221)()()1 ()()()(fGfGPPffPfPfPSvusmSSSSmffmfGPmfPGf)()()1 ()(22125第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)u【例例6-1】 求單極性求單極性NRZ和和RZ矩形脈沖序列的功率譜。矩形脈沖序列的功率譜?！窘饨狻繉?duì)于單極性波形：若設(shè)對(duì)于單極性波形：若設(shè)g1(t) = 0

22、， g2(t) = g(t) ，將，將其代入下式其代入下式可得到由其構(gòu)成的隨機(jī)脈沖序列的雙邊功率譜密度為可得到由其構(gòu)成的隨機(jī)脈沖序列的雙邊功率譜密度為 當(dāng)當(dāng)P=1/2時(shí)，上式簡(jiǎn)化為時(shí)，上式簡(jiǎn)化為221)()()1 ()()()(fGfGPPffPfPfPSvusmSSSSmffmfGPmfPGf)()()1 ()(221mSSSSSmffmfGPffGPPffP)()()1 ()()1 ()(22mSSSSSmffmfGffGffP)()(41)(41)(22226第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)p討論：討論：若表示若表示“1”碼的波形碼的波形g2(t) = g(t)為不歸零（為不

23、歸零（NRZ）矩形脈）矩形脈沖，即沖，即 其頻譜函數(shù)為其頻譜函數(shù)為當(dāng)當(dāng) f = mfs 時(shí)：若時(shí)：若m = 0，G(0) = Ts Sa(0) = Ts 0， 故頻譜故頻譜Ps(f)中中有直流分量有直流分量。 若若m為不等于零的整數(shù)，為不等于零的整數(shù)，故頻譜故頻譜Ps(f)中離散譜為零，因而中離散譜為零，因而無(wú)定時(shí)分量無(wú)定時(shí)分量 1,20,STtg tt其他()()0SSG mfT Sa m)()()22(2)2()(fGfTSaTfTSaTTSaTGsSsSSSmSSSSSmffmfGffGffP)()(41)(41)(22227第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)這時(shí)，下式這時(shí)，下

24、式變成變成2sin11( )44SSSSfTf TffT)(41)(42ffTSaTSS)( fPSmSSSSSmffmfGffGffP)()(41)(41)(222若若m = 0，G(0) = Ts 0， Ps(f)有有直流量直流量。若若m為不等為不等于零的整數(shù)，于零的整數(shù)， G(0) = 0 故頻譜故頻譜Ps(f)中離中離散譜為零，散譜為零，因而因而無(wú)定時(shí)無(wú)定時(shí)分量分量 28第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)若表示若表示“1”碼的波形碼的波形g2(t) = g(t)為半占空歸零矩形脈沖，為半占空歸零矩形脈沖，即即 脈沖寬度脈沖寬度 = Ts /2 時(shí)，其頻譜函數(shù)為時(shí)，其頻譜函數(shù)為

25、當(dāng)當(dāng) f = mfs 時(shí)：若時(shí)：若m = 0，G(0) = Ts Sa(0)/2 0，故功率譜，故功率譜 Ps(f)中中有直流分量有直流分量。 若若m為奇數(shù)，為奇數(shù)，此時(shí)此時(shí)有離散譜有離散譜，因而有定時(shí)分量（，因而有定時(shí)分量（m=1時(shí)）時(shí)） 若若m為偶數(shù)，為偶數(shù)，此時(shí)此時(shí)無(wú)離散譜無(wú)離散譜，功率譜，功率譜Ps(f)變成變成 0)2(2)(mSaTmfGSS0)2(2)(mSaTmfGSS)()2(161)2(16)(22SmSSSmffmSafTSaTfP)2(2)222/(2)2()(2sSsSTfTSaTfTSaTSaGsmSSSSSmffmfGffGffP)()(41)(41)(22229

26、第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)p單極性信號(hào)的功率譜密度分別如下圖中單極性信號(hào)的功率譜密度分別如下圖中的實(shí)線和虛線所示的實(shí)線和虛線所示)()2(161)2(16)(22SmSSSmffmSafTSaTfP歸零)(41)(4)(2ffTSaTfPSSS不歸零單極性歸零：?jiǎn)螛O性歸零：若若m = 0，G(0) = Ts Sa(0)/2 0，故功率譜故功率譜Ps(f)中中有直有直流分量流分量。若若m為奇數(shù)，為奇數(shù)， G(mfs) 0此時(shí)此時(shí)有離散有離散譜譜，因而有，因而有定時(shí)分量定時(shí)分量（m=1時(shí)）時(shí)）若若m為偶數(shù)，為偶數(shù)， G(mfs) = 0此時(shí)此時(shí)無(wú)離散無(wú)離散譜譜.單極性不歸單極性不

27、歸零：零：若若m = 0，G(0) = Ts 0， Ps(f)有有直流量直流量。若若m為不等為不等于零的整數(shù)，于零的整數(shù)， G(0) = 0 故頻譜故頻譜Ps(f)中離散中離散譜為零，因譜為零，因而而無(wú)定時(shí)分無(wú)定時(shí)分量量 30第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)u【例例6-2】 求雙極性求雙極性NRZ和和RZ矩形脈沖序列的功率譜。矩形脈沖序列的功率譜?！窘饨狻繉?duì)于雙極性波形：若設(shè)對(duì)于雙極性波形：若設(shè)g1(t) = - g2(t) = g(t) ，則由，則由 式式可得可得當(dāng)當(dāng)P = 1/2時(shí)，上式變?yōu)椋簳r(shí)，上式變?yōu)椋?可見：可見：此時(shí)只有連續(xù)譜，沒有離散譜此時(shí)只有連續(xù)譜，沒有離散譜221

28、)()()1 ()()()(fGfGPPffPfPfPSvusmSSSSmffmfGPmfPGf)()()1 ()(221mSSSSSmffmfGPffGPPffP)()() 12()()1 (4)(222)()(fGffPSS31第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)p討論：討論：若若g(t)是高度為是高度為1的的NRZ矩形脈沖，那么上式可寫成矩形脈沖，那么上式可寫成 若若g(t)是高度為是高度為1的半占空的半占空RZ矩形脈沖，則有矩形脈沖，則有p雙極性信號(hào)的功率譜密度曲線如下圖中的實(shí)線和虛線所示雙極性信號(hào)的功率譜密度曲線如下圖中的實(shí)線和虛線所示2)()(fGffPSS)()(2SSS

29、fTSaTfP2()42SSTSafT)( fPS 1,20,STtg tt其他)()()2()(fGfTSaTTSaTGsSSSNRZ)2(2)2()(2sSTRZfTSaTSaGs32第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)u從以上兩例可以看出：從以上兩例可以看出：p二進(jìn)制基帶信號(hào)的帶寬二進(jìn)制基帶信號(hào)的帶寬主要主要依賴依賴單個(gè)碼元波形的頻譜函數(shù)單個(gè)碼元波形的頻譜函數(shù)G1(f)和和G2(f) 。時(shí)間波形的。時(shí)間波形的占空比越小占空比越小，占用，占用頻帶越寬頻帶越寬。若。若以譜的第以譜的第1個(gè)零點(diǎn)計(jì)算，個(gè)零點(diǎn)計(jì)算， NRZ( = Ts)基帶信號(hào)的帶寬為基帶信號(hào)的帶寬為BS = 1/ = f

30、s ；RZ( = Ts / 2)基帶信號(hào)的帶寬為基帶信號(hào)的帶寬為BS = 1/ = 2fs 。其中其中fs = 1/Ts ，是位定時(shí)信號(hào)的頻率，它在數(shù)值上與碼元，是位定時(shí)信號(hào)的頻率，它在數(shù)值上與碼元速率速率RB相等。相等。p單極性基帶信號(hào)單極性基帶信號(hào)是否存在離散線譜是否存在離散線譜取決于矩形脈沖的占空取決于矩形脈沖的占空比。單極性比。單極性NRZ信號(hào)中沒有定時(shí)分量，若想獲取定時(shí)分量，信號(hào)中沒有定時(shí)分量，若想獲取定時(shí)分量，要進(jìn)行波形變換；單極性要進(jìn)行波形變換；單極性RZ信號(hào)中含有定時(shí)分量，可以信號(hào)中含有定時(shí)分量，可以直接提取它。直接提取它?！?”、“1”等概的雙極性信號(hào)沒有離散譜，等概的雙極性

31、信號(hào)沒有離散譜，也就是說(shuō)沒有直流分量和定時(shí)分量。也就是說(shuō)沒有直流分量和定時(shí)分量。33第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)l6.2 基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型n對(duì)傳輸用的基帶信號(hào)的主要要求對(duì)傳輸用的基帶信號(hào)的主要要求:u對(duì)代碼的要求：原始消息代碼必須編成對(duì)代碼的要求：原始消息代碼必須編成適合于傳輸適合于傳輸用用(誤碼低誤碼低)的碼型；的碼型；u對(duì)所選碼型的電波形要求：電波形應(yīng)適合于基帶系對(duì)所選碼型的電波形要求：電波形應(yīng)適合于基帶系統(tǒng)的傳輸。統(tǒng)的傳輸。 前者屬于傳輸碼型的選擇，后者是基帶脈沖的前者屬于傳輸碼型的選擇，后者是基帶脈沖的選擇。這是兩個(gè)既獨(dú)立又有聯(lián)系的問題。選擇。這是兩

32、個(gè)既獨(dú)立又有聯(lián)系的問題。34第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)n6.2.1 傳輸碼的碼型選擇原則傳輸碼的碼型選擇原則u不含直流，且低頻分量盡量少；不含直流，且低頻分量盡量少；u應(yīng)含有豐富的定時(shí)信息，以便于從接收碼流中提應(yīng)含有豐富的定時(shí)信息，以便于從接收碼流中提取定時(shí)信號(hào)；取定時(shí)信號(hào)；u功率譜主瓣寬度窄，以節(jié)省傳輸頻帶；功率譜主瓣寬度窄，以節(jié)省傳輸頻帶；u不受信息源統(tǒng)計(jì)特性的影響，即能適應(yīng)于信息源不受信息源統(tǒng)計(jì)特性的影響，即能適應(yīng)于信息源的變化；的變化； u具有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力，即碼型應(yīng)具有一定規(guī)律性，具有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力，即碼型應(yīng)具有一定規(guī)律性，以便利用這一規(guī)律性進(jìn)行宏觀監(jiān)測(cè)。以便利用這

33、一規(guī)律性進(jìn)行宏觀監(jiān)測(cè)。u編譯碼簡(jiǎn)單，以降低通信延時(shí)和成本。編譯碼簡(jiǎn)單，以降低通信延時(shí)和成本。滿足或部分滿足以上特性的傳輸碼型種類很多，下面滿足或部分滿足以上特性的傳輸碼型種類很多，下面將介紹目前常用的幾種。將介紹目前常用的幾種。35第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)n6.2.2幾種常用的傳輸碼型幾種常用的傳輸碼型uAMI碼：傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼碼：傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼p編碼規(guī)則：將消息碼的編碼規(guī)則：將消息碼的“1”(傳號(hào)傳號(hào))交替地變換為交替地變換為“+1”和和“-1”，而，而“0”(空號(hào)空號(hào))保持不變。保持不變。p例：例：消息碼：消息碼： 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0

34、 1 1 AMI碼：碼： 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 1 +1 0 0 1 +1 pAMI碼對(duì)應(yīng)的波形是具有正、負(fù)、零三種電平的脈沖碼對(duì)應(yīng)的波形是具有正、負(fù)、零三種電平的脈沖序列。序列。36第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)pAMI碼的優(yōu)點(diǎn)：沒有直流成分，且高、低頻分量少，編譯碼碼的優(yōu)點(diǎn)：沒有直流成分，且高、低頻分量少，編譯碼電路簡(jiǎn)單，且可利用傳號(hào)極性交替這一規(guī)律觀察誤碼情況；電路簡(jiǎn)單，且可利用傳號(hào)極性交替這一規(guī)律觀察誤碼情況；如果它是如果它是AMI-RZ波形，接收后只要全波整流，就可變?yōu)閱尾ㄐ?，接收后只要全波整流，就可變?yōu)閱螛O性極性RZ波形，從中可以提取位定時(shí)分量波

35、形，從中可以提取位定時(shí)分量pAMI碼的缺點(diǎn)：當(dāng)原信碼出現(xiàn)長(zhǎng)連碼的缺點(diǎn)：當(dāng)原信碼出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”串時(shí)，信號(hào)的電平長(zhǎng)串時(shí)，信號(hào)的電平長(zhǎng)時(shí)間不跳變，造成提取定時(shí)信號(hào)的困難。解決連時(shí)間不跳變，造成提取定時(shí)信號(hào)的困難。解決連“0”碼問題碼問題的有效方法之一是采用的有效方法之一是采用HDB碼。碼。 37第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)uHDB3碼：碼：3階高密度雙極性碼階高密度雙極性碼p它是它是AMI碼的一種改進(jìn)型，改進(jìn)目的是為了保持碼的一種改進(jìn)型，改進(jìn)目的是為了保持AMI碼碼的優(yōu)點(diǎn)而克服其缺點(diǎn)，使連的優(yōu)點(diǎn)而克服其缺點(diǎn)，使連“0”個(gè)數(shù)不超過(guò)個(gè)數(shù)不超過(guò)3個(gè)。個(gè)。 p編碼規(guī)則：編碼規(guī)則：（1）檢查消

36、息碼中）檢查消息碼中“0”的個(gè)數(shù)。當(dāng)連的個(gè)數(shù)。當(dāng)連“0”數(shù)目小于等數(shù)目小于等于于3時(shí)，時(shí)，HDB3碼與碼與AMI碼一樣，碼一樣，+1與與-1交替；交替；（2）連）連“0”數(shù)目超過(guò)數(shù)目超過(guò)3時(shí)，將每時(shí)，將每4個(gè)連個(gè)連“0”化作一小節(jié)，化作一小節(jié)，用取代節(jié)用取代節(jié)“000V”“B00V”代代4連連“0”。其中。其中V稱為破壞稱為破壞脈沖，脈沖，V碼間極性交替。碼間極性交替。（3）V與前一個(gè)相鄰的非與前一個(gè)相鄰的非“0”脈沖的同極性，用脈沖的同極性，用“000V”代代4連連“0”； V與前一個(gè)相鄰的非與前一個(gè)相鄰的非“0”脈沖的脈沖的異極性，用異極性，用“B00V”代代4連連“0”，B碼與本節(jié)的碼與

37、本節(jié)的V碼同碼同極性。極性。 （4）V碼后面的傳號(hào)碼極性也要交替。碼后面的傳號(hào)碼極性也要交替。38第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)p例：例：消息碼：消息碼：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 l 1 AMI碼：碼：-1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 +1 HDB碼：碼：-1 0 0 0 V +1 0 0 0 +V -1 +1-B 0 0 V +B 0 0 +V -l +1 其中的其中的 V脈沖和脈沖和 B脈沖與脈沖與 1脈沖波形脈沖波形相同，用相同，用V或或B符號(hào)表示的目的是為了示

38、意符號(hào)表示的目的是為了示意該非該非“0”碼是由原信碼的碼是由原信碼的“0”變換而來(lái)的。變換而來(lái)的。39第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)pHDB3碼的譯碼：碼的譯碼： HDB3碼的編碼雖然比較復(fù)雜，但譯碼卻比較簡(jiǎn)單。碼的編碼雖然比較復(fù)雜，但譯碼卻比較簡(jiǎn)單。從上述編碼規(guī)則看出，從上述編碼規(guī)則看出，每一個(gè)破壞脈沖每一個(gè)破壞脈沖V總是與前一非總是與前一非“0”脈沖同極性脈沖同極性(包括包括B在內(nèi)在內(nèi))。這就是說(shuō)，從收到的符號(hào)這就是說(shuō)，從收到的符號(hào)序列中可以容易地找到破壞點(diǎn)序列中可以容易地找到破壞點(diǎn)V，于是也斷定，于是也斷定V符號(hào)及其符號(hào)及其前面的前面的3個(gè)符號(hào)必是連個(gè)符號(hào)必是連“0”符號(hào)，

39、從而恢復(fù)符號(hào)，從而恢復(fù)4個(gè)連個(gè)連“0”碼，碼，再將所有再將所有-1變成變成+1后便得到原消息代碼。后便得到原消息代碼。 兩個(gè)同極性的脈沖中間加兩個(gè)零，則將這四個(gè)碼恢兩個(gè)同極性的脈沖中間加兩個(gè)零，則將這四個(gè)碼恢復(fù)為復(fù)為4個(gè)個(gè)0； 兩個(gè)同極性的脈沖中間加三個(gè)零，則將這三個(gè)兩個(gè)同極性的脈沖中間加三個(gè)零，則將這三個(gè)0與其與其后的傳號(hào)恢復(fù)為后的傳號(hào)恢復(fù)為4個(gè)個(gè)0；40第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)u雙相碼：又稱曼徹斯特（雙相碼：又稱曼徹斯特（Manchester）碼）碼 p用一個(gè)周期的負(fù)正對(duì)稱方波表示用一個(gè)周期的負(fù)正對(duì)稱方波表示“0”，而用其反相波形表，而用其反相波形表示示“1”。 p“0

40、”碼用碼用“01”兩位碼表示，兩位碼表示，“1”碼用碼用“10 ”兩位碼表示兩位碼表示 p例：例：消息碼：消息碼： 1 1 0 0 1 0 1雙相碼：雙相碼： 10 10 01 01 10 01 10p優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 雙相碼波形是一種雙極性雙相碼波形是一種雙極性NRZ波形，只有極性相反波形，只有極性相反的兩個(gè)電平。它在每個(gè)碼元間隔的中心點(diǎn)都存在電平跳變，的兩個(gè)電平。它在每個(gè)碼元間隔的中心點(diǎn)都存在電平跳變，所以含有豐富的位定時(shí)信息，且沒有直流分量，編碼過(guò)程所以含有豐富的位定時(shí)信息，且沒有直流分量，編碼過(guò)程也簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是占用帶寬加倍，使頻帶利用率降低。也簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是占用帶寬加倍，使頻帶利用率降低

41、。41第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)u差分雙相碼差分雙相碼 為了解決雙相碼因極性反轉(zhuǎn)而引起的譯碼錯(cuò)誤，為了解決雙相碼因極性反轉(zhuǎn)而引起的譯碼錯(cuò)誤，可以采用差分碼的概念。雙相碼是利用可以采用差分碼的概念。雙相碼是利用每個(gè)碼元持每個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間中間的電平跳變續(xù)時(shí)間中間的電平跳變進(jìn)行同步和信碼表示。而在進(jìn)行同步和信碼表示。而在差分雙相碼編碼中，每個(gè)碼元中間的電平跳變用于差分雙相碼編碼中，每個(gè)碼元中間的電平跳變用于同步，而每個(gè)碼元的開始處是否存在額外的跳變用同步，而每個(gè)碼元的開始處是否存在額外的跳變用來(lái)確定信碼。有跳變則表示二進(jìn)制來(lái)確定信碼。有跳變則表示二進(jìn)制“1”，無(wú)跳變則，無(wú)跳變則表示

42、二進(jìn)制表示二進(jìn)制“0”。42第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)u密勒碼：又稱延遲調(diào)制碼密勒碼：又稱延遲調(diào)制碼 p編碼規(guī)則：編碼規(guī)則：“1”碼用碼元中心點(diǎn)出現(xiàn)躍變來(lái)表示，即用碼用碼元中心點(diǎn)出現(xiàn)躍變來(lái)表示，即用“10”或或“01”表示。表示?！?”碼有兩種情況：碼有兩種情況：?jiǎn)蝹€(gè)單個(gè)“0”時(shí)，在碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)不出現(xiàn)電平躍時(shí)，在碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)不出現(xiàn)電平躍變，且與相鄰碼元的邊界處也不躍變，變，且與相鄰碼元的邊界處也不躍變，連連“0”時(shí)，在兩個(gè)時(shí)，在兩個(gè)“0”碼的邊界處出現(xiàn)電平躍碼的邊界處出現(xiàn)電平躍變，即變，即00”與與“11”交替。交替。43第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)p例：

43、圖例：圖(a)是雙相碼波形（是雙相碼波形（ “0”用用“01” ，“1”用用“10 ” 表表示）；示）；圖圖(b）為密勒碼的波形；若兩個(gè)）為密勒碼的波形；若兩個(gè)“1”碼中間有一個(gè)碼中間有一個(gè)“0”碼時(shí)，密勒碼流中出現(xiàn)最大寬度為碼時(shí)，密勒碼流中出現(xiàn)最大寬度為2Ts的波形，即兩個(gè)碼的波形，即兩個(gè)碼元周期。這一性質(zhì)可用來(lái)進(jìn)行宏觀檢錯(cuò)。元周期。這一性質(zhì)可用來(lái)進(jìn)行宏觀檢錯(cuò)。用雙相碼的下降沿去觸發(fā)雙穩(wěn)電路，即可輸出密勒碼用雙相碼的下降沿去觸發(fā)雙穩(wěn)電路，即可輸出密勒碼。 44第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)uCMI碼：碼：CMI碼是傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼的簡(jiǎn)稱。碼是傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼的簡(jiǎn)稱。p編碼規(guī)則：編碼規(guī)則：“

44、1”碼交替用碼交替用“1 1”和和“0 0”兩位碼表示；兩位碼表示；“0”碼固定地用碼固定地用“01”表示。表示。p波形圖舉例：如下圖波形圖舉例：如下圖(c)pCMI碼易于實(shí)現(xiàn)，含有豐富的定時(shí)信息。此外，由于碼易于實(shí)現(xiàn)，含有豐富的定時(shí)信息。此外，由于10為為禁用碼組，不會(huì)出現(xiàn)禁用碼組，不會(huì)出現(xiàn)3個(gè)以上的連碼，這個(gè)規(guī)律可用來(lái)宏個(gè)以上的連碼，這個(gè)規(guī)律可用來(lái)宏觀檢錯(cuò)。觀檢錯(cuò)。 45第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)u塊編碼：塊編碼的形式：有塊編碼：塊編碼的形式：有nBmB碼，碼，nBmT碼等。碼等。pnBmB碼：碼：把原信息碼流的把原信息碼流的n位二進(jìn)制碼分為一組，并置換位二進(jìn)制碼分為一組

45、，并置換成成m位二進(jìn)制碼的新碼組，其中位二進(jìn)制碼的新碼組，其中m n。由于，新碼組可能有。由于，新碼組可能有2m 種組合，故多于種組合，故多于2n 種組合。在種組合。在2m 種組合中，以某種方式種組合中，以某種方式選擇有利碼組作為可用碼組，其余作為禁用碼組，以獲得好選擇有利碼組作為可用碼組，其余作為禁用碼組，以獲得好的編碼性能。的編碼性能。例如，在例如，在4B5B編碼中，用編碼中，用5位的編碼代替位的編碼代替4位的編碼，對(duì)位的編碼，對(duì)于于4位分組，只有位分組，只有24 = 16種不同的組合，對(duì)于種不同的組合，對(duì)于5位分組，位分組，則有則有25 = 32種不同的組合。種不同的組合。為了實(shí)現(xiàn)同步，

46、我們可以按照不超過(guò)一個(gè)前導(dǎo)為了實(shí)現(xiàn)同步，我們可以按照不超過(guò)一個(gè)前導(dǎo)“0”和兩個(gè)后綴和兩個(gè)后綴“0”的方式選用碼組，其余為禁用碼組。這的方式選用碼組，其余為禁用碼組。這樣，如果接收端出現(xiàn)了禁用碼組，則表明傳輸過(guò)程中出樣，如果接收端出現(xiàn)了禁用碼組，則表明傳輸過(guò)程中出現(xiàn)誤碼，從而提高了系統(tǒng)的檢錯(cuò)能力?，F(xiàn)誤碼，從而提高了系統(tǒng)的檢錯(cuò)能力。雙相碼、密勒碼和雙相碼、密勒碼和CMI碼都可看作碼都可看作lB2B碼。碼。優(yōu)缺點(diǎn)：提供了良好的同步和檢錯(cuò)功能，但帶寬增大優(yōu)缺點(diǎn)：提供了良好的同步和檢錯(cuò)功能，但帶寬增大46第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)l6.3 數(shù)字基帶信號(hào)傳輸與碼間串?dāng)_數(shù)字基帶信號(hào)傳輸與碼

47、間串?dāng)_n6.3.1數(shù)字基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)的組成數(shù)字基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)的組成u基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)p信道信號(hào)形成器（發(fā)送濾波器）：壓縮輸入信號(hào)頻信道信號(hào)形成器（發(fā)送濾波器）：壓縮輸入信號(hào)頻帶，把傳輸碼變換成適宜于信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào)波帶，把傳輸碼變換成適宜于信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào)波形。形。47第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)p信道：信道的傳輸特性一般不滿足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，因此信道：信道的傳輸特性一般不滿足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，因此會(huì)引起傳輸波形的失真。另外信道還會(huì)引入噪聲會(huì)引起傳輸波形的失真。另外信道還會(huì)引入噪聲n(t)，并，并假設(shè)它是均值為零的高斯白噪聲。假設(shè)它是均值為零的高斯白噪聲。p接收濾波器：接

48、收濾波器： 它用來(lái)接收信號(hào)，濾除信道噪聲和其他干擾，它用來(lái)接收信號(hào)，濾除信道噪聲和其他干擾，對(duì)信道特性進(jìn)行均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。對(duì)信道特性進(jìn)行均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。p抽樣判決器：對(duì)接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以抽樣判決器：對(duì)接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號(hào)?；謴?fù)或再生基帶信號(hào)。p同步提?。河猛教崛‰娐窂慕邮招盘?hào)中提取定時(shí)脈沖同步提?。河猛教崛‰娐窂慕邮招盘?hào)中提取定時(shí)脈沖 48第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)u基帶系統(tǒng)的各點(diǎn)波形示意圖基帶系統(tǒng)的各點(diǎn)波形示意圖輸入信號(hào) 碼型變換后 傳輸?shù)牟ㄐ?信道輸出 接收濾波輸出 位定時(shí)

49、脈沖恢復(fù)的信息 錯(cuò)誤碼元 49第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)u碼間串?dāng)_碼間串?dāng)_p信道引起誤碼的兩種原因：信道引起誤碼的兩種原因：碼間串?dāng)_碼間串?dāng)_ 信道加性噪聲信道加性噪聲p碼間串?dāng)_原因：系統(tǒng)傳輸總特性不理想，導(dǎo)致前后碼元的碼間串?dāng)_原因：系統(tǒng)傳輸總特性不理想，導(dǎo)致前后碼元的波形畸變并使前面波形出現(xiàn)很長(zhǎng)的拖尾，從而對(duì)當(dāng)前碼元波形畸變并使前面波形出現(xiàn)很長(zhǎng)的拖尾，從而對(duì)當(dāng)前碼元的判決造成干擾。的判決造成干擾。 p碼間串?dāng)_嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成錯(cuò)誤判決，如下圖所示：碼間串?dāng)_嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成錯(cuò)誤判決，如下圖所示：50第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)n6.3.2 數(shù)字基帶信號(hào)傳輸?shù)亩糠治鰯?shù)

50、字基帶信號(hào)傳輸?shù)亩糠治鰑數(shù)字基帶信號(hào)傳輸模型數(shù)字基帶信號(hào)傳輸模型 假設(shè)：假設(shè)：an 發(fā)送濾波器的輸入符號(hào)序列，發(fā)送濾波器的輸入符號(hào)序列，取值為取值為0、1或或-1，+1。 d (t) 對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)抽樣判決nsnnTtatd)()(51第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)u發(fā)送濾波器輸出發(fā)送濾波器輸出式中式中 gT (t) 發(fā)送濾波器的沖激響應(yīng)發(fā)送濾波器的沖激響應(yīng) 設(shè)發(fā)送濾波器的傳輸特性為設(shè)發(fā)送濾波器的傳輸特性為GT ( ) ，則有，則有u總傳輸特性總傳輸特性 再設(shè)信道的傳輸特性為再設(shè)信道的傳輸特性為C( )，接收濾波器的傳輸特性，接收濾波器的傳輸特性為為GR ( )

51、，則基帶傳輸系統(tǒng)的總傳輸特性為，則基帶傳輸系統(tǒng)的總傳輸特性為其單位沖激響應(yīng)為其單位沖激響應(yīng)為nsTnTnTtgatgtdts)()()()(deGtgtjTT)(21)()()()()(RTGCGHdeHthtj)(21)(52第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)u接收濾波器輸出信號(hào)接收濾波器輸出信號(hào)式中，式中，nR(t)是加性噪聲是加性噪聲n(t)經(jīng)過(guò)接收濾波器后輸出的噪聲。經(jīng)過(guò)接收濾波器后輸出的噪聲。 u抽樣判決：抽樣判決器對(duì)抽樣判決：抽樣判決器對(duì)r(t)進(jìn)行抽樣判決進(jìn)行抽樣判決p例如，為了確定第例如，為了確定第k個(gè)碼元個(gè)碼元 ak 的取值，首先應(yīng)在的取值，首先應(yīng)在t = kTs

52、+ t0 時(shí)刻上時(shí)刻上對(duì)對(duì)r(t)進(jìn)行抽樣，以確定進(jìn)行抽樣，以確定r(t)在該樣點(diǎn)上的值。由上式得在該樣點(diǎn)上的值。由上式得式中，第一項(xiàng)式中，第一項(xiàng)ak h(t0)是第是第k個(gè)接收碼元波形的抽樣值，它是確定個(gè)接收碼元波形的抽樣值，它是確定ak 的的依據(jù)；第二項(xiàng)（依據(jù)；第二項(xiàng)（ 項(xiàng)）項(xiàng)）是除第是除第k個(gè)碼元以外的其它碼元波形在第個(gè)碼元以外的其它碼元波形在第k個(gè)個(gè)抽樣時(shí)刻上的總和（代數(shù)和），它對(duì)當(dāng)前碼元抽樣時(shí)刻上的總和（代數(shù)和），它對(duì)當(dāng)前碼元ak的判決起著干擾的的判決起著干擾的作用，所以稱之為碼間串?dāng)_值。作用，所以稱之為碼間串?dāng)_值。 ( )( )( )( )()( )RnSRnr td th tnt

53、a h tnTnt000000()()()( )()()snsSRsnknsRsn kr kTta h kTtnTnkTta h ta hkn TtnkTt53第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)由于由于ak是以概率出現(xiàn)的，故碼間串?dāng)_值通常是一個(gè)隨機(jī)變量。是以概率出現(xiàn)的，故碼間串?dāng)_值通常是一個(gè)隨機(jī)變量。第三項(xiàng)第三項(xiàng)nR(kTS + t0)是輸出噪聲在抽樣瞬間的值，它是一種隨機(jī)是輸出噪聲在抽樣瞬間的值，它是一種隨機(jī)干擾，也會(huì)影響對(duì)第干擾，也會(huì)影響對(duì)第k個(gè)碼元的正確判決。個(gè)碼元的正確判決。此時(shí)，實(shí)際抽樣值不僅有本碼元的值，還有碼間串?dāng)_值及噪聲，此時(shí)，實(shí)際抽樣值不僅有本碼元的值，還有碼間串?dāng)_

54、值及噪聲，故當(dāng)故當(dāng)r (kTs + t0 )加到判決電路時(shí)，對(duì)加到判決電路時(shí)，對(duì)ak取值的判決可能判對(duì)也取值的判決可能判對(duì)也可能判錯(cuò)。例如，在二進(jìn)制數(shù)字通信時(shí)，可能判錯(cuò)。例如，在二進(jìn)制數(shù)字通信時(shí)， ak的可能取值為的可能取值為“0”或或“1”，若判決電路的判決門限為，若判決電路的判決門限為Vd ，則這時(shí)判決規(guī)則為：，則這時(shí)判決規(guī)則為：當(dāng)當(dāng) r (kTs + t0 ) Vd時(shí)，判時(shí)，判ak為為“1”當(dāng)當(dāng) r (kTs + t0 ) R整數(shù)，則系統(tǒng)不能以R實(shí)現(xiàn)無(wú)ISI傳輸max22,1,2,.iiiiWBRBinmaxmax,1,2,. iRRin最大公約數(shù)67第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶

55、傳輸系統(tǒng)u余弦滾降特性余弦滾降特性 p為了解決理想低通特性存在的為了解決理想低通特性存在的(1.難以實(shí)現(xiàn)難以實(shí)現(xiàn)2.拖尾太長(zhǎng)拖尾太長(zhǎng))問題，可問題，可以使理想低通濾波器特性的邊沿滿足奇對(duì)稱，常稱為以使理想低通濾波器特性的邊沿滿足奇對(duì)稱，常稱為“滾降滾降”。p一種常用的滾降特性是余弦滾降特性，如下圖所示：一種常用的滾降特性是余弦滾降特性，如下圖所示：只要只要H( )在滾降段中心頻率處（與奈奎斯特帶寬相對(duì)應(yīng)）呈奇對(duì)在滾降段中心頻率處（與奈奎斯特帶寬相對(duì)應(yīng)）呈奇對(duì)稱的振幅特性，就必然可以滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則，從而實(shí)現(xiàn)稱的振幅特性，就必然可以滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間串?dāng)_傳輸。無(wú)碼間串?dāng)_傳輸

56、。滾降系數(shù)：=fh/fH1奇對(duì)稱的余弦滾降特性68第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)p 按余弦特性滾降的傳輸函數(shù)可表示為按余弦特性滾降的傳輸函數(shù)可表示為 相應(yīng)的相應(yīng)的h(t)為為 式中，式中， 為滾降系數(shù)，用于描述滾降程度。它定義為為滾降系數(shù)，用于描述滾降程度。它定義為SSSSSSSSTTTTTTTTH)1 (, 0)1 ()1 (),(2sin1 2)1 (0,)( 2 22sin/cos/14/SSSSt Tt Th tt TtT/Nff69第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)其中，其中，fN 奈奎斯特帶寬，奈奎斯特帶寬， f 超出奈奎斯特帶寬的擴(kuò)展量超出奈奎斯特帶寬的擴(kuò)

57、展量 p幾種滾降特性和沖激響應(yīng)曲線幾種滾降特性和沖激響應(yīng)曲線滾降系數(shù)滾降系數(shù) 越大，越大，h(t)的拖尾衰減越快的拖尾衰減越快滾降使帶寬增大為滾降使帶寬增大為 余弦滾降系統(tǒng)的最高頻帶利用率為余弦滾降系統(tǒng)的最高頻帶利用率為 /Nff(1)NNBfff22Bd/Hz(1)(1)NBNfRBf70第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)p當(dāng)當(dāng) =0時(shí)，即為前面所述的理想低通系統(tǒng)；時(shí)，即為前面所述的理想低通系統(tǒng)；p當(dāng)當(dāng) =1時(shí)，即為升余弦頻譜特性，這時(shí)時(shí)，即為升余弦頻譜特性，這時(shí)H( )可表示為可表示為其單位沖激響應(yīng)為其單位沖激響應(yīng)為 ssssTTTTH2, 02),2cos1 (2)(2241c

58、ossin)(ssssTtTtTtTtth71第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)由上式可知，由上式可知， 1的升余弦滾降特性的的升余弦滾降特性的h(t)滿足抽樣值上無(wú)滿足抽樣值上無(wú)串?dāng)_的傳輸條件，且各抽樣值之間又增加了一個(gè)零點(diǎn)，而串?dāng)_的傳輸條件，且各抽樣值之間又增加了一個(gè)零點(diǎn)，而且它的尾部衰減較快且它的尾部衰減較快(與與t2 成反比成反比)，這有利于減小碼間串，這有利于減小碼間串?dāng)_和位定時(shí)誤差的影響。但這種系統(tǒng)所占頻帶最寬，是理擾和位定時(shí)誤差的影響。但這種系統(tǒng)所占頻帶最寬，是理想低通系統(tǒng)的想低通系統(tǒng)的2倍，因而頻帶利用率為倍，因而頻帶利用率為1波特波特/赫，是二進(jìn)赫，是二進(jìn)制基帶系統(tǒng)

59、最高利用率的一半。制基帶系統(tǒng)最高利用率的一半。應(yīng)當(dāng)指出，在以上討論中并沒有涉及應(yīng)當(dāng)指出，在以上討論中并沒有涉及H( )的相移特性。實(shí)際上它的相移特性。實(shí)際上它的相移特性一般不為零，故需要加以考慮。然而，在推導(dǎo)奈奎的相移特性一般不為零，故需要加以考慮。然而，在推導(dǎo)奈奎斯特第一準(zhǔn)則公式的過(guò)程中，我們并沒有指定斯特第一準(zhǔn)則公式的過(guò)程中，我們并沒有指定H( )是實(shí)函數(shù)，是實(shí)函數(shù)，所以，該公式對(duì)于一般特性的所以，該公式對(duì)于一般特性的H( )均適用。均適用。2241cossin)(ssssTtTtTtTtth72第第6章章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)l6.5 基帶傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能基帶傳輸系統(tǒng)的抗

60、噪聲性能l 碼間串?dāng)_和噪聲是影響接收端正確判決造成誤碼的因素。本節(jié)來(lái)討論噪聲引起的誤碼率。即：在無(wú)碼間串?dāng)_在無(wú)碼間串?dāng)_條件下，由信道噪聲引起的誤碼率。條件下，由信道噪聲引起的誤碼率。n分析模型分析模型圖中圖中 n(t) 加性高斯白噪聲，均值為加性高斯白噪聲，均值為0，雙邊功率譜密度為，雙邊功率譜密度為n0 /2。因?yàn)榻邮諡V波器是一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)，故判決電路輸入噪聲因?yàn)榻邮諡V波器是一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)，故判決電路輸入噪聲nR (t)也是均值為也是均值為0的平穩(wěn)高斯噪聲，且它的功率譜密度的平穩(wěn)高斯噪聲，且它的功率譜密度Pn (f)為為:方差即噪聲功率為方差即噪聲功率為:抽樣判決 20( )2nRnPfGf22