第6章 數(shù)字基帶傳輸-發(fā)送端問題

第6章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)廣西大學計算機與電子信息學院515常侃Email:pandack0619@163.com本章內(nèi)容6.1數(shù)字基帶信號及其頻譜特性6.2基帶信號的常用碼型6.3數(shù)字基帶信號傳輸與碼間串擾6.4無碼間串擾的基帶傳輸特性6.5基帶傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能6.6眼圖6.7部分響應和時域均衡6.0引入——基本概念Q1：什么是數(shù)字信號？ 時間上和幅值上離散的信號。Q2：數(shù)字信號有何好處？

傳輸無噪聲積累可進行檢錯糾錯，差錯可控不同種類信號集中傳輸、存儲容易，易于集成易于加密，易于進行信號處理6.0引入——基本概念數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)定義： 無調(diào)制解調(diào)器的數(shù)字傳輸系統(tǒng)。研究基帶傳輸系統(tǒng)意義：實際工程中有此系統(tǒng)；數(shù)字基帶系統(tǒng)中的許多概念，可應用于數(shù)字已調(diào)系統(tǒng)；數(shù)字頻帶系統(tǒng)可以等效為基帶傳輸系統(tǒng)來研究。無線通信、長距離有線傳輸需要調(diào)制解調(diào)；中短距離有線通信無需調(diào)制，但應嚴格按照基帶傳輸系統(tǒng)的有關(guān)原則來設計，例如局域網(wǎng)通信、無線通信中的終端機與發(fā)射機較遠的情況等。小范圍（如室內(nèi)）通信，通過RS232等接口芯片即可傳輸信息，無需嚴格按照基帶傳輸設計原則來設計。

6.0引入——數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的應用數(shù)字終端機無線發(fā)射機無線接收機數(shù)字終端機基帶傳輸基帶傳輸6.0引入——基本結(jié)構(gòu)原理圖

碼型編碼：將信源編碼為適合傳輸?shù)拇a型

發(fā)濾波器：將m(t)變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)牟ㄐ危?.將m(t)中的高頻成分濾掉，限制進入信道信號的帶寬；2.防止ISI6.0引入——基本結(jié)構(gòu)接收濾波器：

1.令抽樣判決器的輸入信號無碼間串擾；2.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，上升沿與接收信號的最大值對齊。

抽樣判決器：再生數(shù)字基帶信號，可能有誤碼。

碼型譯碼：使輸出碼型符合收終端的要求。6.0引入——傳輸中的誤碼

誤碼原因：碼間串擾噪聲位同步信號相位抖動

碼間串擾原因：

發(fā)送濾波器、接收濾波器、信道合成的總傳輸特性不理想，導致前后碼元畸變、展寬，出現(xiàn)長拖尾，互相影響。本章內(nèi)容6.1數(shù)字基帶信號及其頻譜特性6.2基帶信號的常用碼型6.3數(shù)字基帶信號傳輸與碼間串擾6.4無碼間串擾的基帶傳輸特性6.5基帶傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能6.6眼圖6.7部分響應和時域均衡6.1.1數(shù)字基帶信號理想的基帶信號波形無直流分量，因為直流分量不適合遠距離傳輸；有離散分量，可提取同步信號；抽樣判決門限與信號功率無關(guān)；頻帶利用率高6.1.1數(shù)字基帶信號單極性不歸零碼波形NRZ（NonReturnZero）用正電平和零電平分別表示二進制“1”和“0”脈沖寬度τ等于碼元寬度Ts，占用帶寬為Rs；適合板卡級傳輸，但不宜長距離傳輸，原因有

1）有直流，一般信道難于傳輸零頻附近的頻率分量；

2）收端判決，門限與信號功率有關(guān)，不方便；

3）無離散分量，不能直接提取位同步信號。6.1.1數(shù)字基帶信號雙極性不歸零波形用正負電平分別表示二進制碼“1”和“0”占用帶寬Rs；“0”和“1”等概出現(xiàn)時無直流分量；無離散分量，不能直接提取位同步；抽樣判決電平為0；在RS-232接口（串口）標準中采用此波形6.1.1數(shù)字基帶信號

單極性歸零波形（RZ）脈沖寬度τ小于碼元寬度Ts

，通常占空比（τ/Ts

）50%，帶寬2Rs；有直流分量；有離散分量，可直接提取定時信息；抽樣判決電平不為0；一般是其他波形提取同步信息時常用的一種過渡波形6.1.1數(shù)字基帶信號

雙極性歸零波形功率譜無直流分量和離散分量；占用帶寬為2Rs

；恢復信號的判決電平為0；碼元起止時刻容易識別（前沿代表起，后沿代表終），因此發(fā)送端不必按照一定的周期發(fā)送。因此實際中有一定的應用。6.1.1數(shù)字基帶信號差分波形與脈沖本身電位和形狀無關(guān)（相對碼），采用前后符號的異同來表示0或1；可消除設備初始狀態(tài)影響，解決PSK相位模糊問題。產(chǎn)生方式：先做差分編碼，后采用雙極性/單極性波形 差分編碼： 原始序列：1011001

差分編碼：011011106.1.1數(shù)字基帶信號多電平波形（MPAM信號）K比特二進制轉(zhuǎn)成一個M進制的電平符號（M=2k）；與二進制比提高頻帶利用率（波特率相同則帶寬相同）

：

A.

相同比特率下，波特率降低（B降低）；

B.

相同波特率下，比特率提高（R提高）；可用于D/A轉(zhuǎn)換器中

離散譜的作用：提取定時信息進行同步6.1.2數(shù)字基帶信號的頻譜特性

分析功率譜密度的意義：確定序列帶寬；提取定時分量，分析是否有直流分量

隨機信號的時域表示第n個碼元的平均值：穩(wěn)態(tài)項：

交變項：6.1.2數(shù)字基帶信號的頻譜特性穩(wěn)態(tài)項和交變項的分析6.1.2數(shù)字基帶信號的頻譜特性其中：穩(wěn)態(tài)項V(t)為周期信號，具有離散譜。交變項u(t)為隨機信號，具有連續(xù)譜?？偣β首V密度按照下式計算：穩(wěn)態(tài)項是周期性的功率信號，其功率譜密度可以由《通信原理》2.2.4節(jié)公式（2.2-48）計算出交變項是隨機信號，其功率譜密度按照《通信原理》3.2.4節(jié)公式（3.2-15）計算

隨機信號的功率譜密度（雙邊）6.1.2數(shù)字基帶信號的頻譜特性注意：不同教材中此部分內(nèi)容的推導過程可能不同。

總的功率譜密度：其中，為交變項中的連續(xù)譜，一定存在；時間波形占空比越小，占用頻帶寬度越寬。其余部分為穩(wěn)態(tài)項中的離散譜，不一定存在。

隨機信號的功率譜密度（單邊）6.1.2數(shù)字基帶信號的頻譜特性

不存在離散譜的條件：

2.不存在離散譜的情況舉例：

A.雙極性信號在信號的先驗概率相等時；

B.單極性信號的占空比為1時（有直流分量無離散分量）

功率譜密度中的離散譜6.1.2數(shù)字基帶信號的頻譜特性

G(f)ps(f)-fs0fsf

-fs0fsf對于單極性波形：若設g1(t)=0，g2(t)=g(t)，將其代入下式可得到由其構(gòu)成的隨機脈沖序列的雙邊功率譜密度為當P=1/2時，上式簡化為【例6-1】

求單極性NRZ和RZ矩形脈沖序列的功率譜。6.1.2數(shù)字基帶信號的頻譜特性

若表示“1”的波形是NRZ矩形脈沖，則6.1.2數(shù)字基帶信號的頻譜特性

G(f)ps(f)-fs0fsf

-fs0fsf當f=mfs

時：若m=0，G(0)0，故頻譜Ps(f)中有直流分量而，所以Ps(f)中沒有離散分量若表示“1”的波形是RZ矩形脈沖，且為半占空比，則G(f)的頻譜函數(shù)為6.1.2數(shù)字基帶信號的頻譜特性

當f=mfs

時：若m=0，G(0)0，故頻譜Ps(f)中有直流分量當m為奇數(shù)時，Ps(f)中有離散譜分量；當m為偶數(shù)時，Ps(f)中沒有離散譜分量。對于雙極性波形：若設g1(t)=-g2(t)=g(t)，則由式子可得當P=1/2時，上式簡化為【例6-2】

求雙極性NRZ和RZ矩形脈沖序列的功率譜。6.1.2數(shù)字基帶信號的頻譜特性

畫出得到6.1.2數(shù)字基帶信號的頻譜特性

本章內(nèi)容6.1數(shù)字基帶信號及其頻譜特性6.2基帶信號的常用碼型6.3數(shù)字基帶信號傳輸與碼間串擾6.4無碼間串擾的基帶傳輸特性6.5基帶傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能6.6眼圖6.7部分響應和時域均衡用于線纜連接（短距離傳輸）的場合。如交換機到衛(wèi)星傳輸設備，網(wǎng)卡與Hub，路由器到傳輸設備等。通常期望數(shù)字信號具有以下特性：

1.不含直流2.豐富的定時信息

3.功率譜主瓣寬度小，節(jié)省帶寬

4.編譯碼簡單5.一定的檢錯能力方法：對NRZ或RZ脈沖序列進行編碼，以滿足上述要求。

傳輸碼型（線路碼型）的應用場合和選擇原則6.2基帶信號的常用碼型

AMI碼：將“1”交替反轉(zhuǎn)，“0”保持不變。 消息碼：0110000000110011 AMI碼：0-1+10000000–1+100–1+1無直流分量，低頻、高頻分量少一般是AMI-RZ波形，譯碼電路簡單（全波整流）無法解決長0問題，提取定時困難

常用傳輸碼型6.2基帶信號的常用碼型

HDB3：歐洲、中國PCM一次、二次、三次群接口標準當連0數(shù)目小于等于3時，編碼規(guī)則與AMI碼一致；當連0數(shù)多于等于4時，每4個連0編碼成000V，破壞脈沖V的插入需要滿足兩個條件：

V和之前一個非0脈沖值極性相等；

V碼間極性交替。若不能滿足V的兩個條件，則插入調(diào)節(jié)脈沖B來調(diào)節(jié)。

100000110000100000HDB31000V0-11–B00–V1000V0

6.2基帶信號的常用碼型

雙相碼（曼切斯特碼）：10BASE-T以太網(wǎng)雙極性NRZ波形，用10表示“1”，用01表示“0”；有定時信息，無直流分量，編碼過程簡單；頻帶帶寬加倍，頻帶利用率低例 消息碼：1100101

雙相碼：10100101100110

6.2基帶信號的常用碼型

差分雙相碼：局域網(wǎng)中常用每個碼元中間跳變，用于同步每個碼元起始電平跳變與否用于指示“1”或“0”若傳輸時“0”與“1”極性反轉(zhuǎn)，不會引起消息碼誤碼例 消息碼：010