數(shù)字信號基帶傳輸

第五章數(shù)字信號基帶傳輸結(jié)束放映學(xué)習(xí)目錄學(xué)習(xí)要求內(nèi)容簡介內(nèi)容簡介——基帶傳輸是數(shù)字或數(shù)據(jù)據(jù)通信中的基本傳輸方式，終端只要經(jīng)過簡單的電平和碼型變換后就可以在信道中直接傳輸，主要應(yīng)用在局域網(wǎng)等短距離的數(shù)據(jù)傳輸中?！菊轮饕榻B基帶信號的特性，基帶傳輸系統(tǒng)的組成，無碼間干擾傳輸系統(tǒng)的設(shè)計，以及部分響應(yīng)、時域均衡提高系統(tǒng)傳輸性能的技術(shù)。返回結(jié)束學(xué)習(xí)要求1.掌握基帶信號的常用碼型的特點。2.了解基帶信號的頻譜結(jié)構(gòu)3.掌握基帶傳輸系統(tǒng)的組成。4.

掌握碼間干擾的概念以及無碼間干擾傳輸?shù)臈l件。5.了解基帶傳輸系統(tǒng)的性能。6.了解眼圖的功能。7.

掌握部分響應(yīng)、時域均衡的基本原理返回結(jié)束學(xué)習(xí)目錄返回5.1引言5.2數(shù)字基帶信號5.3數(shù)字基帶信號的功率譜密度5.4無碼間干擾的基帶傳輸系統(tǒng)5.5部分響應(yīng)系統(tǒng)5.6數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能5.7眼圖5.8時域均衡結(jié)束5.2.1常用基帶信號編碼規(guī)則：高電平表示1碼，零電平表示0碼；波形如下：1.單極性不歸零(NRZ)碼特點及應(yīng)用：

發(fā)送能量大有利于提高收端信比

帶寬窄但直流和低頻成分大；

不能提取同步信息

判決電平不易穩(wěn)定

一般用于設(shè)備內(nèi)部和短距離通信中。5.2.1常用基帶信號編碼規(guī)則：高電平表示1碼，零電平表示0碼；電平的持續(xù)時間τ比碼元周期Tb小，其波形如下：2.單極性不歸零(RZ)碼特點及應(yīng)用：

具有單極性碼的大多特點但帶寬增大，

可以直接提取同步信息

一般用于設(shè)備內(nèi)部和短距離通信中。占空比：τ/Tb

，典型的取值是τ/Tb=50%5.3數(shù)字基帶信號的功率譜密度1.數(shù)字基帶信號的一般表達(dá)式數(shù)字信號的波形如下圖所示，假設(shè)“1”用g1(t)表示，“0”用g2(t)表示假設(shè)在一個碼元周期Ts內(nèi)“1”出現(xiàn)的概率為P，“0”出現(xiàn)的概率為1-P，5.3數(shù)字基帶信號的功率譜密度其中

an是第n個脈沖的相對幅度，其取值與所用碼型有關(guān)，對于雙極性信號：對于單極性信號有：

5.3數(shù)字基帶信號的功率譜密度2.信號對應(yīng)的功率譜

fs=1/Ts，數(shù)值上等于碼元速率RB

G1(f)和G2(f)分別為g1(t)和g2(t)的傅氏變換式中的第一項表示連續(xù)譜，由其可以確定信號的帶寬第二項是離散譜，由其可以判斷信號有無直流分量以及是否包含同步信息5.3數(shù)字基帶信號的功率譜密度部分碼型的功率譜結(jié)構(gòu)如下圖所示：

5.4無碼間干擾基帶傳輸系統(tǒng)的組成本節(jié)內(nèi)容提要：

5.4.1二進(jìn)制傳輸基帶傳輸系統(tǒng)二進(jìn)制傳輸系統(tǒng)的組成以及各組成部分的功能

5.4.2多進(jìn)制傳輸基帶傳輸系統(tǒng)多進(jìn)制傳輸系統(tǒng)的組成及其特點

5.4.1二進(jìn)制傳輸基帶傳輸系統(tǒng)信道信號形成器即發(fā)送濾波器進(jìn)行信號波形轉(zhuǎn)換接收濾波器完成抑制帶外噪聲、均衡信號波形等功能，使其輸出波形更有利于抽樣判決同步提取作用是通過特定方法提取同步信息，并產(chǎn)生同步控制信號抽樣判決器是在位同步脈沖的控制下對信號波形抽樣，并按照特定碼型的判決規(guī)則恢復(fù)原始數(shù)字信號5.4.2多進(jìn)制傳輸基帶傳輸系統(tǒng)多進(jìn)制基帶傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二進(jìn)制系統(tǒng)相比較，區(qū)別實在于收發(fā)兩端加二進(jìn)制和M進(jìn)制的轉(zhuǎn)換設(shè)備和二進(jìn)制相較，多進(jìn)制數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)具有以下特點：在碼元速率相同的條件下，多進(jìn)制系統(tǒng)可以實現(xiàn)更高的信息速率

在信息速率相同的條件下，有利于提高傳輸可靠性多進(jìn)制系統(tǒng)需要維持多個判決電平，在相同信號功率輸入時，抵抗噪聲干擾的能力較弱，所以此時其系統(tǒng)誤碼率比二進(jìn)制大多進(jìn)制系統(tǒng)設(shè)備更復(fù)雜

5.4無碼間干擾的基帶傳輸本節(jié)內(nèi)容提要：

5.4.3碼間干擾及其數(shù)學(xué)分析

5.4.4無碼間干擾的傳輸特性碼間干擾的定義

碼間干擾的數(shù)學(xué)表達(dá)

消除碼間干擾的時域條件無碼間干擾傳輸?shù)念l域條件

理想低通傳輸特性

滾降傳輸特性5.4.3碼間干擾及其數(shù)學(xué)分析

碼間干擾——由于系統(tǒng)的傳輸特性不理想，致使碼元波形畸變，引起前后碼元相互干擾的現(xiàn)象5.4.3碼間干擾及其數(shù)學(xué)分析基帶傳輸系統(tǒng)的簡化模型只需要對H(ω)作合理設(shè)計，在抽樣判決器前就可以得到理想的波形

5.4.3碼間干擾及其數(shù)學(xué)分析假設(shè)信道噪聲為加性噪聲記作n(t),經(jīng)過系統(tǒng)傳輸后輸出為nR(t),則如果對第k個碼元抽樣，抽樣時刻為t0+kTb，則所得的樣值是：改寫上式，得：5.4.3碼間干擾及其數(shù)學(xué)分析第一項對應(yīng)第k個碼元的樣值第三項nR(t0+kTs)是抽樣時刻噪聲的樣值第二項是其它碼元在第k個碼元抽樣時刻的樣值即碼間干擾通過設(shè)計h(t)的波形（即設(shè)計系統(tǒng)的傳輸特性H(ω)）可以實現(xiàn)無碼間干擾的傳輸，典型波形如下圖所示5.4.3碼間干擾及其數(shù)學(xué)分析經(jīng)過上面分析，可以得出當(dāng)h(t)滿足下式時就可以消除碼間干擾令k-n=k’，因為函數(shù)與自變量符號無關(guān)，所以把k’記作k，并設(shè)傳輸時延t0=0得到式：5.4.3無碼間干擾的傳輸特性1.無碼間干擾傳輸?shù)念l域條件傳輸特性H(ω)和單位沖激響應(yīng)h(t)是一對傅氏變換對：當(dāng)t=kTb時:對上式按照ωs=2π/Ts的長度用分段積分的形式表示為:5.4.4無碼間干擾的傳輸特性用Hn(ω)表示第n個區(qū)間內(nèi)的H(ω)則:令ω’=ω-nω，則ω=ω’+nω，dω=dω’，所以:5.4.4無碼間干擾的傳輸特性基帶傳輸系統(tǒng)的等效傳輸特性若Heq(ω)滿足理想傳輸特性，即此時系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無碼間干擾的時域條件，可實現(xiàn)無碼間干擾的傳輸fH=fs/2(Hz)。

奈奎斯特帶寬5.4.4無碼間干擾的傳輸特性實例分析——升余弦傳輸特性++=5.4.4無碼間干擾的傳輸特性2．理想低通傳輸特性當(dāng)系統(tǒng)的傳輸特性在奈氏帶寬內(nèi)就是理想低通特性，此時系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)為1011015.4.4無碼間干擾的傳輸特性——傳輸速率為RB=1/Ts=fs

Baud，信道帶寬為B=fs/2

Hz，所以頻帶利用率——當(dāng)系統(tǒng)的傳輸特性在奈氏帶寬內(nèi)是理想低通特性時，若發(fā)送端以其截至頻率兩倍的速率傳輸信號，接收端仍以間隔Ts在碼元峰值處抽樣就可以消除碼間干擾，此時可以得到最大的頻帶利用率2Baud/Hz奈奎斯特第一準(zhǔn)則5.4.4無碼間干擾的傳輸特性3．實用傳輸特性滾降特性圖中ωN=π/Ts，是奈氏帶寬只要H1(ω)正負(fù)頻域部分分別關(guān)于(ωN,0)和(-ωN,0)對稱就可以產(chǎn)生滾降α=ωr/ωN為滾降系數(shù)，0≤α≤1，α=0時，就是理想低通特性5.4.4無碼間干擾的傳輸特性升余弦特性系統(tǒng)特性5.4.4無碼間干擾的傳輸特性沖激響應(yīng)頻帶利用率H(f)

試求：①奈氏頻帶②系統(tǒng)滾降系數(shù)α=？③碼元速率

④采用四電平傳輸時傳輸速率R=？⑤頻帶利用率η=？(bit/s/Hz)例1:某一基帶傳輸系統(tǒng)特性如圖24003000f(Hz)？？

解：①

即

②

③

④

⑤

如果符合奈氏第一準(zhǔn)則，其符號速率為多少？α為多少？頻帶利用率η為多少？

例2：一形成濾波器幅度特性如下圖所示。②采用八電平傳輸時，傳信速率為多少？③5.5部分響應(yīng)本節(jié)內(nèi)容提要：

5.5.3部分響應(yīng)的推廣

5.5.2

第IV類部分響應(yīng)波形形成及系統(tǒng)組成

5.5.1

第I類部分響應(yīng)波形形成及系統(tǒng)組成5.5.1第I類部分響應(yīng)部分響應(yīng)1．第I類部分響應(yīng)原理第I類部分響應(yīng)波形

第I類部分響應(yīng)波形的頻譜

5.5.1第I類部分響應(yīng)部分響應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸

除第一個樣值c0以外，其它樣值中前一個碼元對后一個碼元都有碼間干擾，這種碼間干擾可以按照下式消除5.5.1第I類部分響應(yīng)部分響應(yīng)發(fā)端數(shù)據(jù)ak：0101100101收端樣值ck：0111210111判決結(jié)果ak,：0101100101實例分析該系統(tǒng)中必須知道初始值a0

，并存在錯誤傳播發(fā)端數(shù)據(jù)ak：0101100101收端樣值ck：0111210111判決結(jié)果ak,：010101-12-12解決錯誤傳播的有效方法是采用預(yù)編碼和相關(guān)編碼5.5.1第I類部分響應(yīng)部分響應(yīng)收端只需對ck作模2運(yùn)算即可得到ak，即ak≡ck[模2]預(yù)編碼bk=ak⊕bk-1相關(guān)編碼ck=bk+bk-1實例分析ak：0101100101bk=ak⊕bk-1：00110111001ck=bk+bk-1：00101122101ak=ck[模2]：0101100101c’k=bk+bk-1：00101112101a’k=ck[模2]：01011101015.5.1第I類部分響應(yīng)部分響應(yīng)第I類部分響應(yīng)系統(tǒng)第IV類部分響應(yīng)系統(tǒng)預(yù)編碼bk=ak⊕bk-2相關(guān)編碼ck=bk-bk-2第I類部分響應(yīng)的框圖5.5.2部分響應(yīng)2．第IV類部分響應(yīng)系統(tǒng)第IV類部分響應(yīng)波形5.5.2部分響應(yīng)收端只需對ck的判決：預(yù)編碼bk=ak⊕bk-2相關(guān)編碼ck=bk-bk-2實例分析第IV類部分響應(yīng)的框圖5.5.2部分響應(yīng)3．部分響應(yīng)的推廣部分響應(yīng)波形頻帶利用率高，且擺尾衰減速度快的，由多個抽樣函數(shù)Sa(t)加權(quán)移相疊加得到，其一般表達(dá)式為：其中k1,k2,…,kN是N個抽樣函數(shù)的加權(quán)系數(shù)，一般取±1、0、2，部分響應(yīng)波形的譜函數(shù)為：5.5.2部分響應(yīng)4．部分響應(yīng)系統(tǒng)分類5.5.2部分響應(yīng)5.6基帶傳輸系統(tǒng)性能分析信道傳輸特性理想，無碼間干擾信道噪聲為加性高斯白噪聲，其期望為0，單邊功率譜密度為n0，輸出噪聲nR(t)平均功率為σ2=N=Bn0，B為接收濾波器帶寬輸出噪聲的一維概率密度函數(shù)為：

數(shù)據(jù)信號