數(shù)字通信原理課件

1、數(shù) 字 通 信 原 理第四章 數(shù)字信號的基帶傳輸 本章要點：數(shù)字傳輸?shù)幕鶐Ю碚揚CM信號的再生中繼及傳輸性能分析傳輸碼型設(shè)計原則及常用碼型差錯控制編碼的控制方式和原理數(shù) 字 通 信 原 理基帶傳輸：基帶是指未經(jīng)調(diào)制變換的信號所占的頻帶基帶信號是指高限頻率與低限頻率之比遠大于1的信號基帶傳輸是指不搬移基帶信號頻譜的傳輸方式。數(shù) 字 通 信 原 理基帶傳輸系統(tǒng)定義：不使用調(diào)制和解調(diào)裝置而直接傳送基帶信號的系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)：信道信號形成器信道接收濾波器抽樣判決器干擾基帶脈沖基帶脈沖輸入輸出數(shù) 字 通 信 原 理碼型編碼：將信源或信源編碼輸出的碼型（通常為單極 性不歸零碼NRZ）變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)拇a 型

2、。發(fā)濾波器：將m(t)變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)牟ㄐ?，如?m(t)中的高頻成分濾掉，限制進入信道信號 的帶寬。 收濾波器：與發(fā)濾波器、信道相配合，使進入抽樣判 決器的信號無碼間串擾，濾除帶外噪聲。位同步器：提取位同步信號，cp(t)的頻率等于碼速率， 上升沿與r(t)中信號的最大值對齊。抽樣判決器：再生數(shù)字基帶信號m3(t) ，一般為NRZ碼， 可能有誤碼。 碼型譯碼：使輸出碼型符合收終端的要求。 數(shù) 字 通 信 原 理誤碼原因：1）碼間串擾 2）噪聲3）位同步信號相位抖動 等 Ts市10011Em(t)m (t)m1 (t)m2 (t)r (t)cp (t)m3 (t)碼間串擾m(t)r(t)c

3、p(t)數(shù) 字 通 信 原 理數(shù)字基帶信號就是消息代碼的電波形以由矩形脈沖組成的基帶信號為例，介紹幾種最基本的基帶信號波形：單極性波形基帶信號的零電位及正電位分別與二進制符號0及1一一對應(yīng)特點：在一個碼元時間內(nèi)，不是有電壓，就是無電壓；電脈沖之間無間隔；極性單一數(shù) 字 通 信 原 理雙極性波形基帶信號的正、負電位分別與二進制符號0、 1一一對應(yīng)特點：電脈沖之間也無間隔；當0、1符號等可能出現(xiàn)時，它將無直流成分。單極性歸零波形單極性波形的歸零形式電脈沖寬度比碼元寬度窄，每個脈沖都回到零電位雙極性歸零波形雙極性波形的歸零形式對應(yīng)每一符號都有零電位的間隙產(chǎn)生，即相鄰脈沖之間必定留有零電位的間隔數(shù) 字

4、 通 信 原 理差分波形/相對碼波形把信息符號0和1反映在相鄰碼元的相對變化上的波形特點：在形式上與單極性或雙極性波形相同；但它代表的信息符號與碼元本身電位或極性無關(guān)，而僅與相鄰碼元的電位變化有關(guān)多值波形（多電平波形）多于一個二進制符號對應(yīng)一個脈沖的波形由于一個脈沖可以代表多個二進制符號，故在高速率數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，采用這種信號形式是適宜的數(shù) 字 通 信 原 理基帶信號的表示：實際上，組成基帶信號的單個碼元波形并非一定是矩形的根據(jù)實際的需要，還可有多種多樣的波形形式，比如升余弦脈沖、高斯形脈沖、半余弦脈沖等等這說明，信息符號并不是與唯一的基帶波形相對應(yīng)。數(shù) 字 通 信 原 理幾種常見二元碼數(shù) 字

5、 通 信 原 理1B2B碼數(shù) 字 通 信 原 理AMI與HDB3碼數(shù) 字 通 信 原 理HDB3碼編碼步驟如下。 取代變換：將信碼中4個連0碼用取代節(jié)000V或B00V代替，當兩個相鄰的V碼中間有奇數(shù)個1碼時用000V代替4個連0碼，有偶數(shù)個1碼時用B00V代替4個連0碼。信息代碼中的其它碼保持不變。 加符號：對中得到的1碼、破壞碼V及平衡碼B加符號。原則是，V碼的符號與前面第一個非0碼的符號相同，1碼及B碼的符號與前面第一個非0碼的符號相反。 AMI碼波形及HDB3碼波形都無直流且低頻分量微弱，比較適合于基帶信道傳輸。AMI碼信號的正負電平交替出現(xiàn)、HDB3碼信號中連0電平數(shù)最多為3，若接收

6、信號破壞了上述規(guī)則說明傳輸過程中出現(xiàn)誤碼，因此這兩種碼型具有自檢錯能力。HDB3碼連0個數(shù)最多為3，這對位定時信號的提取十分有利。四次群以下的A律PCM終端設(shè)備的接口碼型均為HDB3碼。 數(shù) 字 通 信 原 理碼間串擾1t/sd(t)m(t)r(t)Ts(t)r(kTs)Ts(t)m(t)無碼間串擾有碼間串擾00001數(shù) 字 通 信 原 理理想低通系統(tǒng)數(shù) 字 通 信 原 理 理想低通頻率特性無碼間串擾的最大碼速率為 當 時，無ISI。當 RBt)數(shù) 字 通 信 原 理Ce1dmin(a)1tC1C2tdmin(b)C1C2tedmint(c)數(shù) 字 通 信 原 理線性分組碼定義：是指信息碼元與

7、監(jiān)督碼元間為線性關(guān)系的一種差錯控制碼記為（n,k), 其中n為碼長，k為信息位長漢明碼：設(shè)計用來糾正一位錯碼的線性分組碼。若監(jiān)督位有r位，則碼長n=2r-1。編碼效率較高：R=k/n=(2r-1-r)/( 2r-1)=1-r/( 2r-1) 數(shù) 字 通 信 原 理舉例：構(gòu)造一（n，k)分組碼，k=4并能糾正一位錯碼欲糾正一位錯碼，由（2）式知r 3。取r=3，則n=k+r=7設(shè)7位碼元為：a6a5 a0；三個伴隨式：S1、S2、S3；則可規(guī)定S1S2S3的八種組合與一位錯碼的對應(yīng)關(guān)系如下（也可規(guī)定為另一種對應(yīng)關(guān)系）：數(shù) 字 通 信 原 理從上表可見：當一位錯碼發(fā)生在a2、a4、a5或a6上時，

8、S1為1；否則為0。即 a2、a4、a5和a6構(gòu)成偶監(jiān)督關(guān)系： S1= a2+a4+a5+a6同理，a1、a3、a5和a6構(gòu)成偶監(jiān)督關(guān)系： S2= a1+a3+a5+a6 a0、a3、a4和a6構(gòu)成偶監(jiān)督關(guān)系： S3= a0+a3+a5+a6 發(fā)端編碼的原則：信息碼元a6 、a5 、a4、a3來源于待編碼的信息序列；監(jiān)督碼元 a2 、a1、 a0的取值應(yīng)根據(jù)信息碼元按監(jiān)督關(guān)系式來決定，即使上面三式中的S1、 S2 、S3均為0： a2+a4+a5+a6=0 a1+a3+a5+a6=0 （3） a0+a3+a5+a6=0數(shù) 字 通 信 原 理進一步推導(dǎo)得： a2=a4+a5+a6 a1=a3+a

9、5+a6 （ 4） a0=a3+a5+a6于是，給定信息位后，根據(jù)上式算出各監(jiān)督位，于是該編碼的所有碼組如下表：數(shù) 字 通 信 原 理數(shù) 字 通 信 原 理卷積碼基本概念幾點說明：又名連環(huán)碼，是一種非分組碼與分組碼相比，在同等碼率和相似的糾錯能力下，卷積碼的實現(xiàn)往往更簡單卷積碼主要應(yīng)用于FEC數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中基本原理：在任何一段規(guī)定時間里編碼器產(chǎn)生的n個碼元，不僅取決于這段時間中的k個信息碼元,而且還取決于前N-1段規(guī)定時間內(nèi)的信息碼元，編碼過程中相互關(guān)聯(lián)的碼元為Nn個。N段時間內(nèi)的碼元數(shù)目Nn稱為卷積碼的約束長度。記作(n，k，N)，編碼效率R=k/n。數(shù) 字 通 信 原 理舉例說明：編碼：輸

10、入信息碼位一方面直接輸出，另一方面可暫存在移位器中。每當輸入編碼一個信息位，就立即計算出一監(jiān)督位，并且此監(jiān)督位緊跟此信息位之后發(fā)送出去。D1D2+mcmici卷積碼輸出mi信息碼輸入簡單 (2,1,2)卷積碼編碼器tm1m2m3m4tm1c1m2c2m3c3m4c4數(shù) 字 通 信 原 理編碼器工作過程：移位寄存器按信息位的節(jié)拍工作，輸入一位信息，電子開關(guān)倒換一次，即前半拍（半個輸入碼元寬）接通m端，后半拍接通c端。編碼公式：c1=0+m1 c2=m1+m2 c3=m2+m3 ci=mi-1+mi可見：卷積碼結(jié)構(gòu)為：“信息碼元、監(jiān)督碼元、信息碼元、監(jiān)督碼元、 ”。一個信息碼元和一個監(jiān)督碼元組成一

11、組，但每組中的監(jiān)督碼元除與本組信息碼元有關(guān)外，還跟上一組信息碼元有關(guān)。 數(shù) 字 通 信 原 理譯碼： 1D2D1+信息碼輸出卷積碼輸入+D3+Smc3c簡單 (2,1,2)卷積碼譯碼器數(shù) 字 通 信 原 理解碼器工作過程：解碼器輸入端的電子開關(guān)按節(jié)拍把信息碼元與監(jiān)督碼元分接到m端與c端；3個移位寄存器的節(jié)拍比碼序列節(jié)拍低一倍，其中移位寄存器D1，D2在信息碼元到達時移位，監(jiān)督碼元到達期間保持原狀；而移位寄存器D3在監(jiān)督碼元到達時移位，信息碼元到達期間保持原狀；移位寄存器D1，D2和模2加法器1構(gòu)成與發(fā)端一樣的編碼器，它從接收到的信息序列中計算出對應(yīng)的監(jiān)督序列來；模2加法器2把計算出的監(jiān)督序列與接收到的監(jiān)督序列進行比較：兩者相同，輸出“0”；兩者不同，輸出“1”，顯然此時，必定出現(xiàn)了差錯。 如果有差錯，則要確定差錯位置并糾錯。 數(shù) 字 通 信 原 理 本 章 小 結(jié) 數(shù)字信號傳輸方式按它是否需要載波可分為：數(shù)字信號基帶傳輸和數(shù)字頻帶傳輸。由于可以把對載波進行調(diào)制的調(diào)制器和從載波中將信號解調(diào)出來的解調(diào)器劃歸廣義信