數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸

第四章

數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸

教學(xué)重點(diǎn)1．理解基帶傳輸系統(tǒng)的組成，并能通過(guò)數(shù)字基帶再生中繼器組成框圖說(shuō)明各部份的作用。2．了解簡(jiǎn)單傳輸碼的波形并能敘述其特點(diǎn)；3．了解常用基帶傳輸碼的特點(diǎn)及編碼規(guī)則。4．碼間干擾產(chǎn)生的原因及無(wú)碼間干擾傳輸?shù)臈l件。掌握基帶傳輸系統(tǒng)的組成。序號(hào)內(nèi)容學(xué)時(shí)14.1基帶傳輸系統(tǒng)的組成0.524.2數(shù)字基帶信號(hào)134.3基帶傳輸?shù)幕驹?44.4再生中繼傳輸0.55習(xí)題和小結(jié)6本章講授學(xué)時(shí)（包括1學(xué)時(shí)機(jī)動(dòng)）4

學(xué)時(shí)分配

教學(xué)難點(diǎn)第四章數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸

4.1基帶傳輸系統(tǒng)的組成

4.2數(shù)字基帶信號(hào)4.3基帶傳輸?shù)幕驹?.4再生中繼傳輸本章小結(jié)4.1基帶傳輸系統(tǒng)的組成

一、相關(guān)概念

二、基帶傳輸系統(tǒng)的組成

1．基帶傳輸：模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)信源編碼得到的信號(hào)為數(shù)字基帶信號(hào)，將這種信號(hào)經(jīng)過(guò)碼型變換，不經(jīng)過(guò)調(diào)制，直接送到信道傳輸，稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸。

2．頻帶傳輸：將數(shù)字基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的數(shù)字調(diào)制器調(diào)制，使數(shù)字基帶成為數(shù)字載波信號(hào)再進(jìn)行傳輸。接收端通過(guò)相應(yīng)的數(shù)字解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)成數(shù)字基帶信號(hào)。這種經(jīng)過(guò)調(diào)制和解調(diào)的數(shù)字信號(hào)傳輸方式稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸。

一、相關(guān)概念

基帶傳輸系統(tǒng)的組成框圖如圖4.1所示。它主要由波形變換器、發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器和取樣判決器等5個(gè)功能電路組成。

基帶傳輸系統(tǒng)的輸入信號(hào)是脈沖序列，經(jīng)過(guò)碼形變換器，脈沖序列適合于信道的傳輸。碼型變換器把二進(jìn)制脈沖序列變?yōu)殡p極性碼，波形變換則使信號(hào)在基帶傳輸系統(tǒng)內(nèi)減小碼間干擾。信道可能受到噪聲干擾，造成信號(hào)變形。在接收端首先使信號(hào)進(jìn)入匹配濾波器，然后再經(jīng)過(guò)均衡器，校正波形失真或碼間串?dāng)_。最后在取樣定時(shí)脈沖到來(lái)時(shí)，進(jìn)行判決以恢復(fù)基帶數(shù)字碼脈沖。

二、基帶傳輸系統(tǒng)的組成

圖4.1基帶傳輸系統(tǒng)模型

4.2數(shù)字基帶信號(hào)一、數(shù)字基帶信號(hào)傳輸碼型的要求

二、簡(jiǎn)單傳輸碼

三、常用的基帶傳輸碼型一、數(shù)字基帶信號(hào)傳輸碼型的要求

經(jīng)過(guò)信源編碼輸出的單極性數(shù)字信號(hào)，在發(fā)送至信道之前都要經(jīng)過(guò)碼型變換和波形處理。為了適應(yīng)信道的傳輸特性及接收端再生恢復(fù)數(shù)字信號(hào)的需要，對(duì)在線路上傳輸?shù)幕鶐鬏斝盘?hào)傳輸碼型的選擇應(yīng)考慮以下幾個(gè)原則：

3.考慮到碼型頻譜中高頻分量的影響2.基帶信號(hào)應(yīng)不含直流分量

1.有利于提高系統(tǒng)的頻帶利用率

4.基帶信號(hào)應(yīng)具有足夠大的定時(shí)信號(hào)供提取

5.基帶信號(hào)的傳輸碼型應(yīng)具有誤碼檢測(cè)能力

6.碼型變換設(shè)備簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)

二、簡(jiǎn)單傳輸碼

基帶傳輸系統(tǒng)傳輸碼型相當(dāng)多，可分成簡(jiǎn)單傳輸碼和常用傳輸碼。1.單極性不歸零（NRZ）碼

單極性不歸零碼又稱(chēng)為不歸零碼（NRZ），是一種最簡(jiǎn)單的數(shù)字基帶信號(hào)形式。這種信號(hào)脈沖的零電平和正（或負(fù)）電平分別對(duì)應(yīng)于“0”和“1”碼，也就是用脈沖的有、無(wú)來(lái)表示“1”、“0”二進(jìn)制碼，見(jiàn)圖4.2(a)。單極性不歸零碼的特點(diǎn)是脈沖極性單一，有直流分量，且脈沖之間無(wú)空隙間隔（即脈沖寬度等于碼元寬度）。

NRZ碼一般用于近距離電傳機(jī)之間的信號(hào)傳輸。2．雙極性不歸零（NRZ）碼

在雙極性波形中，脈沖的正、負(fù)極性分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制代碼的“1”、“0”，如圖4.2(b)所示，當(dāng)“1”、“0”碼出現(xiàn)的概率相等時(shí)，該波形的電平平均值為零，即無(wú)直流分量。雙極性不歸零碼的特點(diǎn)是無(wú)直流分量，可以消除由信道對(duì)直流衰減而帶來(lái)的判決電平變化的影響。且抗干擾能力較強(qiáng)。雙極性不歸零碼適用于基帶傳輸（如在有線和電纜信道中傳輸）。3．單極性歸零碼（RZ）

單極性歸零碼的波形如圖4.2(c)所示，脈沖出現(xiàn)的持續(xù)時(shí)間小于碼元寬度，在小于碼元的時(shí)間內(nèi)總要回到零電平，所以稱(chēng)為歸零脈沖。

單極性歸零碼的特點(diǎn)是脈沖窄，占空比通常為50％，有利于減小碼元間波形的干擾。由于碼元間隔明顯，有利于同步時(shí)鐘提取。但由于脈沖窄、碼元能量小，輸出信噪比不歸零（NRZ）碼低。

圖4.2簡(jiǎn)單傳輸碼型(a)單極性NRZ碼(b)雙極性NRZ碼(c)單極性RZ(d)雙極性RZ(e)差分碼(f)多電平碼4．雙極性歸零碼（RZ）

雙極性歸零碼脈沖與單極性歸零波形相似，不過(guò)這里代表“1”、“0”代碼的是正負(fù)極性脈沖。而正負(fù)極性脈沖都在碼元寬度的時(shí)間內(nèi)回到零值，波形如圖4.2(d)所示。

雙極性歸零碼波形傳輸有利于接收端同步信號(hào)的提取。

解碼方程為：an

=bn-1+

bn

波形變化如圖4.2(e)所示。5．差分碼（相對(duì)碼）

差分碼又稱(chēng)相對(duì)碼，把編碼輸入信號(hào)稱(chēng)為絕對(duì)碼an，而把編碼輸出信號(hào)稱(chēng)為相對(duì)碼bn。這種波形不是用脈沖本身的電平表示代碼“1”、“0”，而是用脈沖波形的變化（或極性變化）來(lái)表示碼元的取值。對(duì)于差分編碼波形的變化，編碼輸出bn與輸入an的關(guān)系可以用一個(gè)方程表示：bn

=bn-1+

an

在絕對(duì)碼轉(zhuǎn)換為相對(duì)碼時(shí)，在絕對(duì)碼開(kāi)始之前bn-1的取值可以是任意的，即不論其取值為“0”或?yàn)椤?”，最終在接收端解調(diào)并還原出來(lái)的絕對(duì)碼都不會(huì)改變?cè)嫉膬?nèi)容。

例如圖4.3中，設(shè)an=101101,當(dāng)b-1=0時(shí)，得bn=110110；當(dāng)b-1=1時(shí)，得bn=001001。無(wú)論bn為何結(jié)果，經(jīng)式an=bn-1

+bn變換出來(lái)的絕對(duì)碼序列an必定與原始的an序列相同,均為an=101101。

用差分碼傳送代碼可以消除設(shè)備初態(tài)的影響，特別是相位調(diào)制系統(tǒng)可以消除解調(diào)相位的模糊問(wèn)題，所以這種碼型變換在數(shù)字調(diào)相系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。圖4.3絕對(duì)碼和相對(duì)碼之間的變換

6．多電平碼（多進(jìn)制碼）

多電平碼的電平取值不是兩值或三值的，而是多值的。它的每種值都代表幾位二元代碼。例如4種電平脈沖，每種電平代表2位二元碼，如圖4.2(f)所示，－3E代表00，－E代表01，+E代表10，+3E代表11。

多電平碼的脈沖波形一般在高速數(shù)據(jù)中用來(lái)壓縮數(shù)碼率，提高系統(tǒng)的頻帶利用率。

三、常用的基帶傳輸碼型

在基帶傳輸中，常用的碼型主要有：傳號(hào)極性交替碼（AMI）碼、三階高密度雙極性碼（HDB3）碼、傳號(hào)翻轉(zhuǎn)碼（CMI）等。1．傳號(hào)交替碼（AMI碼）

(1)碼構(gòu)成規(guī)則

AMI碼又稱(chēng)平衡對(duì)稱(chēng)碼，這種碼的編碼規(guī)則是：把單極性脈沖序列中相鄰的“1”碼（即正脈沖）變?yōu)闃O性交替的正、負(fù)脈沖。在AMI編碼中，將“0”碼保持不變，把“1”碼變?yōu)?1、－1交替的脈沖。圖4.4AMI碼及HDB3碼波形

如：消息序列：1000001100001AMI碼:+100000-1+10000-1[如圖4.4(a)所示](a)由于+1和－1各占一半，因此，AMI碼不含直流分量，低頻分量也比較小。(2)特點(diǎn)(b)具有內(nèi)在檢查能力，這是因?yàn)槿粼趥鬏斶^(guò)程中出現(xiàn)誤碼，將會(huì)破壞交換編碼規(guī)律（+1與－1交換），從而在接收端可以發(fā)現(xiàn)這種錯(cuò)誤。(c)當(dāng)AMI中出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”時(shí)，AMI碼中長(zhǎng)時(shí)間無(wú)電平跳變，致使定時(shí)信號(hào)難以提取。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，提出了HDB3碼。2.三階高密度雙極性碼（HDB3碼）

HDB3碼是一種AMI碼的改進(jìn)型，又稱(chēng)四連“0”取代碼，在AMI碼中，如果連續(xù)較長(zhǎng)的一段序列為“0”碼，則在接收端會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間無(wú)變化波形的控制而丟失同步信號(hào)。

為了克服傳輸波形中出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”的情況，而設(shè)計(jì)了AMI碼的改進(jìn)碼型HDB3碼。HDB3碼就是碼型中最長(zhǎng)連“0”數(shù)不超過(guò)3個(gè)的高密度雙極性碼。

(1)構(gòu)成規(guī)則

在消息的二進(jìn)制代碼序列中，

①當(dāng)連“0”碼個(gè)數(shù)不大于3時(shí)，HDB3編碼規(guī)律與AMI碼相同，即“1”碼變?yōu)椤?1”、“－1”交替脈沖；

②當(dāng)代碼序列中出現(xiàn)4個(gè)連“0”碼或超過(guò)4個(gè)連“0”碼時(shí)，把連“0”段按4個(gè)“0”分節(jié)，即“0000”，并使第4個(gè)“0”碼變?yōu)椤?”碼，用V脈沖表示。這樣可以消除長(zhǎng)連“0”現(xiàn)象。

③為了使脈沖序列仍不含直流分量，則必須使相鄰的破壞點(diǎn)脈沖極性交替；④為了保證②、③兩條件成立，必須使相鄰的破壞點(diǎn)之間有奇數(shù)個(gè)“1”碼。如果原序列中兩破壞點(diǎn)之間的“1”碼為偶數(shù)個(gè)，則必須補(bǔ)為奇數(shù)，即將破壞節(jié)中第一“0”碼變?yōu)椤?”，用B脈沖表示。這時(shí)破壞節(jié)變?yōu)椤癇OOV”形式。B脈沖極性與前一“1”脈沖極性相反，而B(niǎo)脈沖極性和V脈沖極性相同。

例如：波形如圖4.4(b)所示的HDB3編碼的例子。

二元代碼：1000001100001AMI：+100000–1+10000-1HDB3①+1000V+0-1+1B-00V+1②+1B-00V-0+1-1B+00V+-1

(a)與AMI碼一樣無(wú)直流分量，且低頻分量也很少。(b)由于引入取代節(jié)，因而解決了AMI碼在連0過(guò)長(zhǎng)時(shí)提取位定時(shí)信號(hào)的困難。(c)具有內(nèi)在檢錯(cuò)能力，當(dāng)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)單個(gè)誤碼時(shí)，破壞點(diǎn)脈沖極性交替規(guī)律將受到破壞，在接收端檢查相鄰破壞點(diǎn)脈沖極性交替規(guī)律便可將誤碼檢查出來(lái)。

(2)特點(diǎn)

HDB3碼是一種優(yōu)良的基本傳輸碼，目前廣泛應(yīng)用于基帶傳輸與接口碼。4.信號(hào)反轉(zhuǎn)碼（CMI碼）(1)構(gòu)成規(guī)則

CMI碼是將原來(lái)二進(jìn)制代碼序列中的一位碼變?yōu)閮晌淮a，以增加信號(hào)的富裕度。其具體的編碼規(guī)則是：二進(jìn)制代碼中的“1”碼交替地用“11”和“00”表示：“0”碼則固定地用“01”表示。其波形如圖4.5所示。圖4.5編碼信號(hào)反轉(zhuǎn)碼(CMI碼)波形

(a)不存在直流分量。(b)具有頻繁出現(xiàn)的電平跳變，有利于接收端提取位定時(shí)信號(hào)。(c)具有內(nèi)檢錯(cuò)能力，這是因?yàn)椤?”碼相當(dāng)于“00”或“11”兩位碼組，而“0”碼相當(dāng)于“01”碼組，在正常情況下，序列中無(wú)“10”碼組出現(xiàn)，且無(wú)“00”或“11”碼組連續(xù)出現(xiàn)，這種相關(guān)性可用來(lái)檢測(cè)因干擾而產(chǎn)生的部分錯(cuò)碼。

(2)特點(diǎn)

三種常見(jiàn)傳輸碼型的應(yīng)用場(chǎng)合是：對(duì)于程控?cái)?shù)字交換系統(tǒng)中數(shù)字用戶(hù)線上所傳送的基本速率(2B+D)數(shù)字信號(hào)碼型，選用AMI碼、HDB3碼。在數(shù)字中繼線或光纖傳輸系統(tǒng)的接口上，一般采用HDB3或CMI接口碼型，設(shè)某二進(jìn)制代碼序列為：0100110000010111000010，試畫(huà)出其對(duì)應(yīng)的單極性非歸零碼、雙極性非歸零碼、單極性歸零碼以及AMI碼、HDB3碼、CMI碼的波形。[例4.1]

解：設(shè)脈沖波的幅值為E伏，則與二進(jìn)制代碼序列0100110000010111000010對(duì)應(yīng)的各種傳輸碼波形如圖4.6所示。

圖4.6與0100110000010111000010對(duì)應(yīng)的各種傳輸碼波形

4.3基帶傳輸?shù)幕驹硪弧?shù)字信號(hào)的波形和頻譜

二、信道限帶傳輸對(duì)信號(hào)波形的影響

三、數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)幕緶?zhǔn)則

四、眼圖

一、數(shù)字信號(hào)的波形和頻譜

任一數(shù)字信號(hào)，即可用時(shí)間域的波形表示，也可以用頻率域的頻譜來(lái)表示，它們是相互對(duì)應(yīng)的。數(shù)字信號(hào)直接在信道上進(jìn)行傳輸，所要研究的問(wèn)題主要有三個(gè)方面：一是數(shù)字信號(hào)的頻譜特性；二是信道的傳輸特性；三是經(jīng)過(guò)信道后數(shù)字信號(hào)的波形。

數(shù)字信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜可以通過(guò)付氏變換和付氏反變換的關(guān)系互相進(jìn)行變換。圖4.7單元矩形脈沖的波形和所對(duì)應(yīng)的頻譜

以最基本單個(gè)矩形脈沖波形為例，其波形與頻譜之間的關(guān)系如圖4.7所示。圖中g(shù)(t)為脈沖波形，脈沖寬度為τ，幅度為A。G(w)為對(duì)應(yīng)g(t)波形的頻譜。從頻譜圖可以看到：矩形脈沖信號(hào)的頻譜分布于各個(gè)頻率軸，而其主要能量集中在直流和低頻段。在理想情況下，→0就成為單位沖激函數(shù)。∞，t=０

０，t≠0單位沖激函數(shù)及其頻譜如圖4.8所示。二、信道限帶傳輸對(duì)信號(hào)波形的影響

任一信道的頻帶寬度都是有限的。當(dāng)無(wú)限帶寬的信號(hào)通過(guò)有限帶寬的信道時(shí)，必然會(huì)使信號(hào)的頻譜受到一定損失，結(jié)果使到達(dá)接收端的信號(hào)波形發(fā)生變化。

圖4.8單位沖激函數(shù)及其頻譜如果將傳輸信道近似看成是一理想的低通濾波器，其頻率特性如圖4.9(a)所示，如果一個(gè)單位沖激函數(shù)脈沖通過(guò)這種理想的信道時(shí)，其輸出響應(yīng)，也就是沖激響應(yīng)，圖4.9(b)畫(huà)出了時(shí)延td=0的輸出響應(yīng)y(t)的波形。從輸出沖激響應(yīng)波形中可看出兩個(gè)很重要的特點(diǎn)：

(1)當(dāng)t=0時(shí)，輸出響應(yīng)有最大值，但波形出現(xiàn)拖尾，拖尾的幅度隨時(shí)間而逐漸衰減。(2)輸出響應(yīng)在時(shí)間軸上具有很多幅度為零點(diǎn)，每個(gè)零點(diǎn)的間隔均為（fc為理想低通濾波器的截止頻率）。也就是說(shuō)當(dāng)沖激函數(shù)通過(guò)理想低通時(shí)，輸出響應(yīng)僅與理想低通通帶截止頻率有關(guān)。圖4.9(a)理想低通特性圖4.9(b)理想低通信道的沖激響應(yīng)設(shè)有一輸入序列輸入圖4.9(a)所示的理想低通信道，序列中只有兩個(gè)脈沖，即a1=1，a2=1，其它都為零時(shí)，當(dāng)和時(shí)的輸出響應(yīng)如圖4.10(a)(b)所示。T為a1、a2的碼元間隔時(shí)間。碼間干擾是由于傳輸頻帶受限而使輸出信號(hào)產(chǎn)生拖尾所致，信號(hào)間干擾將使接收端抽樣判決后出現(xiàn)誤碼，從而影響數(shù)字通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。人們總希望碼間干擾越小越好。

由圖(a)看出a1最大值時(shí)，a2的值等于零，a2有最大值時(shí)，a1此時(shí)的值等于零，即a1、a2信號(hào)間沒(méi)有干擾。而由圖(b)看出，a1有最大值時(shí)，但a2的值不等于零，而a2有最大值時(shí)，但a1也不等于零。即兩個(gè)輸出脈沖響應(yīng)總是相互影響的，這一影響叫信號(hào)間干擾又叫碼間干擾。圖4.10(a)無(wú)符號(hào)干擾的脈沖序列(b)有符號(hào)干擾的脈沖序列三、數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)幕緶?zhǔn)則

奈奎斯特提出了不出現(xiàn)碼間干擾的條件：

當(dāng)碼元間隔T的數(shù)字信號(hào)在某一理想低通信道中傳輸時(shí)，若信號(hào)的傳輸速率為Rb=2fc(fc為理想低通截止頻率)，各碼元的間隔T=1/2fc，則此時(shí)在碼元響應(yīng)的最大值處將不產(chǎn)生碼間干擾，且信道的頻帶利用率達(dá)到極限為2bit／s·Hz。

1.奈奎斯特第一準(zhǔn)則

上述條件是傳輸數(shù)字信號(hào)的一個(gè)重要準(zhǔn)則，通常稱(chēng)為奈奎斯特第一準(zhǔn)則。

即傳輸數(shù)字信號(hào)所要求的信道帶寬應(yīng)是該信號(hào)傳輸速率的一半：

B=fc=Rb/2=1/2T

當(dāng)滿(mǎn)足奈奎斯特第一準(zhǔn)則的條件時(shí)，其它碼元的拖尾振幅在對(duì)應(yīng)于某一碼元響應(yīng)的最大值處剛好為零。

設(shè)某一脈沖序列為……1101001……，當(dāng)它們以2fc速率發(fā)送時(shí)，其輸出響應(yīng)將如圖4.11(a)所示。

圖4.11(a)脈沖序列的輸出響應(yīng)(b)取樣判決示意圖

當(dāng)傳輸過(guò)程不存在碼間干擾時(shí)，只要取樣判決與傳輸速率同步，并在對(duì)應(yīng)于碼元響應(yīng)的最大值處進(jìn)行，就可以檢測(cè)傳輸進(jìn)來(lái)的數(shù)字信號(hào)是“0”碼還是“1”碼，其示意圖如圖4.11(b)所示。同時(shí)在給定發(fā)送信號(hào)能量和信道噪聲條件下，在奈奎斯特判決上能得到最大的信噪比。

設(shè)某一理想信道的帶寬為1.024MHz，要求脈沖序列通過(guò)該信道時(shí)不出現(xiàn)碼間干擾，試求該脈沖序列的傳輸速率。[例4.2]

解：由于傳輸中無(wú)碼間干擾，且信道具有理想的低通傳輸特性，根據(jù)奈奎斯特第一準(zhǔn)則，可求得此時(shí)的傳輸速率為Rb=2fc=2×1.024=2.048Mbit/s

理想低通傳輸系統(tǒng)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)際傳輸中，不得不降低頻帶利用率，采用具有奇對(duì)稱(chēng)滾降特性的低通濾波器作為傳輸網(wǎng)絡(luò)。

2.滾降低通幅頻特性

圖4.12畫(huà)出滾降低通的幅頻特性。圖4.12滾降低通的幅頻特性

具有滾降特性的低通濾波器，由于幅度特性在fc處呈平滑變化，所以容易實(shí)現(xiàn)。

滾降低通濾波器作為傳輸網(wǎng)絡(luò)，是否滿(mǎn)足無(wú)碼間干擾的條件，或者說(shuō)，當(dāng)滾降低通特性符合哪些要求時(shí)，可做到其輸出波形在抽樣判決點(diǎn)無(wú)碼間干擾？

問(wèn)題：

只要滾降低通的幅頻特性以點(diǎn)C（fc，1/2）呈奇對(duì)稱(chēng)滾降，則可滿(mǎn)足無(wú)碼間干擾的條件（此時(shí)仍需滿(mǎn)足符號(hào)速率=2fc）。結(jié)論：

參見(jiàn)圖4.12，我們定義滾降系數(shù)：

式中fc+fa表示滾降低通的截止頻率，即滾降低通網(wǎng)絡(luò)的帶寬，α不同，可有不同的滾降特性。

用滾降低通作為傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)，實(shí)際占用的頻帶展寬了，則傳輸效率有所下降，當(dāng)α=100％時(shí)，傳輸效率即頻帶利用率只有1bit／s·Hz，比理想低通小了一半。

滿(mǎn)足奇對(duì)稱(chēng)滾降條件時(shí)的fa的最大值等于fc，此時(shí)α=100％，稱(chēng)為滾降系數(shù)為100％的滾降特性；如果取fa=fc，則構(gòu)成滾降系數(shù)為50％的滾降特性；而當(dāng)α=0時(shí)，滾降低通轉(zhuǎn)化為理想低通濾波器。四、眼圖

實(shí)際基帶傳輸系統(tǒng)中完全消除碼間干擾是非常困難的，這是因?yàn)樾盘?hào)傳遞過(guò)程與發(fā)送濾波器、信道及接收濾波器有關(guān)，如果部件調(diào)試不理想或信道特性發(fā)生變化，都可能使傳遞特性改變，產(chǎn)生碼間干擾。通常使用示波器，用觀察眼圖的方法，宏觀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能，看是否出現(xiàn)了碼間干擾，使系統(tǒng)達(dá)到最佳化。

具體的做法是：

將示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器掃描周期，使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期嚴(yán)格同步，并適當(dāng)調(diào)整相位，使波形的中心對(duì)準(zhǔn)取樣時(shí)刻，這樣在示波器屏幕上出現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)接收到的信號(hào)波形，當(dāng)?shù)?個(gè)波形過(guò)去之后，由于熒光屏的殘像作用，使多個(gè)波形重疊在一起，看到的圖形像“眼睛”，故稱(chēng)為“眼圖”。從“眼圖”上可以觀察出碼間干擾和噪聲的影響，從而估計(jì)系統(tǒng)優(yōu)劣程度。

眼圖和系統(tǒng)性能之間的關(guān)系，用圖形來(lái)觀察，如圖4.13所示。圖4.13基帶信號(hào)波形及眼圖

圖4.13給出了無(wú)噪聲情況下，無(wú)碼間干擾和有碼間干擾的眼圖。圖4.13(a)是無(wú)碼間干擾的基帶脈沖序列，在示波器上顯現(xiàn)出的是跡線又細(xì)又清晰的“眼睛”，如圖4.13(c)所示，“眼睛”張得很大。圖4.13(b)是有碼間串?dāng)_的基帶脈沖序列，此波形已經(jīng)失真，用示波器觀察到的掃描跡線就不完全重合，眼圖的跡線就會(huì)不清晰，“眼睛”張開(kāi)得較小，如圖4.13(d)所示。

對(duì)比圖4.13(c)和圖4.13(d)可知，眼圖的“眼睛”張開(kāi)大小反映著碼間串?dāng)_的強(qiáng)弱。

(1)最佳抽樣時(shí)刻應(yīng)選擇在眼圖中眼睛張開(kāi)的最大處。

眼圖能直觀地表明數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)碼間干擾和噪聲的影響，能評(píng)價(jià)一個(gè)基帶系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。因此可把眼睛理想化，簡(jiǎn)化為一個(gè)模型，如圖4.14所示，該圖表示如下意義：(2)對(duì)定時(shí)誤差的靈敏度，由斜邊斜率決定，斜率越大，對(duì)定時(shí)誤差越靈敏。圖4.14眼圖的模型

(3)在取樣時(shí)刻上，眼圖上下兩分支的垂直寬度，都表示了最大信號(hào)畸變。(4)在取樣時(shí)刻上，上、下兩分支離門(mén)限最近的一根線跡至門(mén)限的距離表示各自相應(yīng)的噪聲容限電平，噪聲瞬時(shí)值超過(guò)它就可能發(fā)生判決差錯(cuò)。(5)眼圖傾斜分支與橫軸相交的區(qū)域的大小，表示零點(diǎn)位置的變動(dòng)范圍，這個(gè)變動(dòng)范圍的大小對(duì)提取定時(shí)信息有重要影響。4.4再生中繼傳輸一、再生中繼傳輸?shù)淖饔?/p>

二、再生中繼系統(tǒng)

三、再生中繼器

一、再生中繼傳輸?shù)淖饔?/p>

如圖4.15所示為一個(gè)脈沖為0.4us、幅度為1伏的矩形脈沖通過(guò)不同長(zhǎng)度的電纜傳輸后的波形示意圖。圖4.15經(jīng)電纜傳輸后的脈沖波形示意圖

從圖4.15分析可知，數(shù)字信號(hào)通過(guò)信道傳輸，信道對(duì)信號(hào)存在衰減作用等因素的存在，使得數(shù)字信號(hào)通過(guò)信道傳輸時(shí)造成失真。而且傳輸距離越長(zhǎng)，幅度越小，波形失真越嚴(yán)重。

在傳輸通路的適當(dāng)距離設(shè)置再生中繼裝置，可以對(duì)經(jīng)過(guò)一定距離傳輸后失真的波形進(jìn)行整形，再生出與發(fā)送端一樣的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，使之能傳輸?shù)礁h(yuǎn)的距離。再生中繼的作用：

再生中繼的目的：

二、再生中繼系統(tǒng)

1．再生中繼系統(tǒng)的構(gòu)成當(dāng)信噪比不太大的時(shí)候，對(duì)失真的波形及時(shí)識(shí)別判決（識(shí)別出是“1”碼還是“0”碼），只要不誤判，經(jīng)過(guò)再生中繼后的輸出脈沖會(huì)完全恢復(fù)為原數(shù)字信號(hào)序列。

當(dāng)一個(gè)通信系統(tǒng)包含有多個(gè)再生中繼器時(shí)，稱(chēng)它們?yōu)樵偕欣^系統(tǒng)。再生中繼系統(tǒng)的框圖如圖4.16所示。圖4.16基帶傳輸?shù)脑偕欣^系統(tǒng)

2．再生中繼系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1)無(wú)噪聲積累

(2)有誤碼率的積累

數(shù)字通信中的再生中繼系統(tǒng)，由于噪聲干擾可以通過(guò)對(duì)信號(hào)的均衡放大、再生判決后去掉，所以理想的再生中繼系統(tǒng)是不存在噪聲積累的。中繼站越多，誤碼積累也越多。

三、再生中繼器

1．再生中繼器的組成框圖再生中繼器的組成框圖如圖4.17(a)所示，它主要由均衡放大器、時(shí)鐘提取電路和判決再生電路三大部分組成，有關(guān)各點(diǎn)的波形如圖4.17(b)所示。

圖4.17（a）再生中繼器原理框圖

圖4.17(b)再生中繼器相關(guān)點(diǎn)的波形圖(1)均衡放大器

(2)時(shí)鐘提取電路

均衡放大器的主要功能是對(duì)輸入信號(hào)予以放大和均衡。時(shí)鐘提取電路的主要功能是從輸入信號(hào)中提取時(shí)鐘信號(hào)，為判決再生電路提供與發(fā)送端同頻同相的時(shí)鐘脈沖。(3