《數(shù)字通信原理》課件 項(xiàng)目三-認(rèn)知數(shù)字基帶傳輸

數(shù)字通信原理01項(xiàng)目1：認(rèn)識(shí)通信系統(tǒng)02項(xiàng)目2：認(rèn)識(shí)通信信號(hào)CONTENTS03項(xiàng)目3：認(rèn)知數(shù)字基帶傳輸04項(xiàng)目4：理解調(diào)制解調(diào)05項(xiàng)目5：揭秘編碼06項(xiàng)目6：認(rèn)知定時(shí)與同步07項(xiàng)目7：仿真數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)08項(xiàng)目8：仿真移動(dòng)通信系統(tǒng)09項(xiàng)目9：探索通信新技術(shù)項(xiàng)目3認(rèn)知數(shù)字基帶傳輸認(rèn)知數(shù)字基帶傳輸項(xiàng)目3項(xiàng)目描述在本項(xiàng)目中，將學(xué)習(xí)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型，數(shù)字基帶傳輸中的基本碼型、常用碼型。通過(guò)編碼、繪圖、仿真學(xué)習(xí)認(rèn)知基帶傳輸系統(tǒng)，了解數(shù)字基帶信號(hào)的通信傳輸過(guò)程，理解基帶碼產(chǎn)生轉(zhuǎn)換、濾波、噪聲干擾、再生恢復(fù)等通信重要技術(shù)原理。項(xiàng)目分析常見(jiàn)基本碼型有單極性不歸零碼(NRZ)、雙極性不歸零碼(BNRZ)、單極性歸零碼(RZ)、雙極性歸零碼(BRZ)、差分碼、多電平碼，適合長(zhǎng)距離傳輸?shù)某Ｓ么a型包括AMI碼、HDB3碼，可以使用systemview進(jìn)行仿真。認(rèn)知數(shù)字基帶傳輸項(xiàng)目3學(xué)習(xí)目標(biāo)熟悉基帶傳輸模型；掌握基帶傳輸碼型編碼原理；理解基帶傳輸中碼間干擾及應(yīng)對(duì)方法。課程思政結(jié)合基帶芯片性能演進(jìn)變化的研究，認(rèn)識(shí)我國(guó)通信芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意義，通過(guò)調(diào)研與基帶技術(shù)工作崗位職責(zé)要求，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)崗敬業(yè)和努力進(jìn)取的精神。了解數(shù)字基帶信號(hào)碼型任務(wù)3.1任務(wù)目標(biāo)掌握基帶傳輸中使用的常用碼型編碼方法。任務(wù)分析通過(guò)對(duì)編碼過(guò)程分析，掌握單極性不歸零碼（NRZ）、雙極性不歸零碼（BNRZ）、單極性歸零碼（RZ）、雙極性歸零碼（BRZ）、差分碼、多電平碼編碼原理及方法。3.1了解數(shù)字基帶信號(hào)碼型在數(shù)字通信系統(tǒng)中，未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)所占據(jù)的頻譜是從零頻或很低頻率開(kāi)始，稱(chēng)為數(shù)字基帶信號(hào)。基帶信號(hào)高電平代表“1”，低電平代表“0”。這些信號(hào)往往含大量的低頻分量，因而稱(chēng)之為數(shù)字基帶信號(hào)。Internet路由器計(jì)算機(jī)打印機(jī)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字基帶信號(hào)基站傳輸設(shè)備數(shù)字基帶信號(hào)配線(xiàn)架配線(xiàn)架基站控制器傳輸設(shè)備遠(yuǎn)距離光纖近距離同軸電纜頻帶信號(hào)圖3-3移動(dòng)通信系統(tǒng)中的基帶傳輸圖3-2計(jì)算機(jī)通信中的基帶傳輸3.1了解數(shù)字基帶信號(hào)碼型1.單極性非歸零碼NRZ（Non-ReturntoZero）

0：由0電平表示二進(jìn)制符號(hào)“0”，整個(gè)碼元期間電平保持不變

1：用正電平（高電平）表示二進(jìn)制符號(hào)“1”，整個(gè)碼元期間電平保持不變+E

0T011001013.1.1常見(jiàn)的基本碼型0+5v

01.單極性非歸零碼NRZ（二）判決判決規(guī)則(2)小于判決電平，判定為“1”

。(1)大于（等于）判決電平，判定為“1”；1011001結(jié)論：?jiǎn)螛O性碼的判決電平等于“1”電平的一半（?）。當(dāng)距離變長(zhǎng)衰耗增大判決電平將變化

3.1.1常見(jiàn)的基本碼型2.雙極性非歸零碼BNRZ（BipolarNon-ReturntoZero）1：正電平表示符號(hào)“1”，整個(gè)碼元期間電平保持不變0：負(fù)電平表示符號(hào)“0”，整個(gè)碼元期間電平保持不變01100101+E-E(1)

不含直流成分，不需要接地的電纜來(lái)傳輸。(2)存在最佳判決電平0(3)出現(xiàn)連0或連1時(shí)，不能提取位定時(shí)信息。應(yīng)用：

V系列接口和RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.1常見(jiàn)的基本碼型3.單極性歸零碼RZ（ReturntoZero）01011001+E

01：正向脈沖表示“1”，高電平持續(xù)τ秒后，又返歸零0：負(fù)電平表示“0”，整個(gè)碼元期間電平保持不變Tτ占空比可直接提取位定時(shí)信息。應(yīng)用：其他信號(hào)提取位同步信息的過(guò)渡碼形。

3.1.1常見(jiàn)的基本碼型正向脈沖表示“1”，負(fù)向脈沖表示“0”。正向脈沖和負(fù)向脈沖都在碼元間隔時(shí)間內(nèi)返歸到零。01011001+E-E4.雙極性歸零碼BRZ

3.1.1常見(jiàn)的基本碼型傳號(hào)差分NRZ(M)“1”相鄰碼元電平發(fā)生跳轉(zhuǎn)，“0”相鄰碼元電平不改變。+E0110110015.差分碼(傳號(hào)差分、空號(hào)差分）差分碼波形代表的信息僅與相鄰碼元的電位變化有關(guān)，而與電平的極性無(wú)關(guān)。101

001

0

011011001akbk-1bk0110000110000001絕對(duì)碼相對(duì)碼解決載波相位模糊問(wèn)題

3.1.1常見(jiàn)的基本碼型傳輸碼的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有下列主要特性：1.數(shù)字基帶信號(hào)應(yīng)不含有直流分量，且低頻及高頻分量也應(yīng)盡量的少。2.數(shù)字基帶信號(hào)中應(yīng)含有足夠大的定時(shí)信息分量。這就要求數(shù)字基帶信號(hào)中含有或經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后含有定時(shí)脈沖信號(hào)的線(xiàn)譜分量，以便同步電路提取。3.基帶傳輸?shù)男盘?hào)碼型應(yīng)與信源的統(tǒng)計(jì)特性無(wú)關(guān)。碼型結(jié)構(gòu)含有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力。3.1.2基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型編碼規(guī)則：傳輸時(shí)，原“0”碼仍編為傳輸碼的0；原“1”碼，交替地變換為+1，-1，+1，-1，…1.傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼AMI碼(AlternateMarkInversion)AMI碼功率譜中不含直流成分，連0時(shí)不利于定時(shí)信息碼:10011000000011001+100-1+10000000-1+100-1AMI碼:+E-E3.1.2基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型2.三階高密度雙極性碼HDB3碼(HighDensityBipolar3)HDB3是改進(jìn)的AMI碼，它克服了AMI碼的缺陷而保留了其合理性能。1.取代變換:將4個(gè)連0碼用000V或B00V代替，000V:相鄰V碼中間有奇數(shù)個(gè)1時(shí)，B00V:相鄰V碼中間有偶數(shù)1碼。2.加符號(hào):給1碼、V碼及B碼加符號(hào)。原則是，V碼的符號(hào)與前一個(gè)非0碼的符號(hào)相同，1碼及B碼的符號(hào)與前個(gè)非0碼的符號(hào)相反。1000010000110000l1代碼：+1000+V-1000-V+1-1+B00+V-l+1HDB3碼:1000V1000V11B00V11+1000+1-1000-1+1-1+100+1-l+13.1.2基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型3.2.1基帶傳輸模型數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)：不使用調(diào)制和解調(diào)裝置而直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)的系統(tǒng)。3.2理解基帶傳輸過(guò)程

圖3-12基帶傳輸系統(tǒng)模型（3）各部分功能：碼型變換器--把原始基帶信號(hào)變換成適合于信道傳輸?shù)牡母鞣N碼型，達(dá)到與信道匹配的目的；發(fā)送濾波器--碼型變換器輸出的各種碼型是以矩形為基礎(chǔ)的，發(fā)送濾波器的作用就是把它變換為比較平滑的波形，如升余弦波形等，這樣利于壓縮頻帶、便于傳輸；信道--它是允許基帶信號(hào)通過(guò)的媒質(zhì)，通常不滿(mǎn)足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，甚至是隨機(jī)變化的。另外信道還會(huì)進(jìn)入噪聲。一般認(rèn)為噪聲為AWGN；接收濾波器--濾除帶外噪聲，對(duì)信道特性均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決；抽樣判決器--傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時(shí)刻（由位定時(shí)脈沖控制）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)。3.2.1基帶傳輸模型基帶系統(tǒng)各點(diǎn)波形示意圖單極性碼雙極性歸零碼發(fā)送濾波后信道噪聲疊加接受濾波抽樣判決信號(hào)再生誤碼3.2.2碼間干擾的概念

圖3-13矩形脈沖傳輸畸變示意圖信道發(fā)送信號(hào)接收信號(hào)信號(hào)在經(jīng)過(guò)信道傳輸后會(huì)發(fā)生變化，這些變化對(duì)接收端正確接收信號(hào)非常不利。單個(gè)矩形脈沖在通過(guò)信道時(shí)，信號(hào)的幅度會(huì)因?yàn)椴糠帜芰哭D(zhuǎn)化為熱能而衰減，同時(shí)信號(hào)的形狀也會(huì)發(fā)生變化，脈沖的寬度會(huì)展寬，有時(shí)會(huì)有常常的拖尾。數(shù)字基帶信號(hào)傳輸畸變示意碼間干擾示意3.2.2碼間干擾的概念拖尾零點(diǎn)處避免碼間干擾零點(diǎn)Ts=無(wú)碼間干擾傳輸?shù)淖罡咚俾蔙Bmax=3.2.3無(wú)碼間干擾傳輸特性奈奎斯特準(zhǔn)則

某信道帶寬如上A圖所示，求最高傳輸速率RB=2*B=2000（波特）RB=2BRB=？某信道帶寬如上B圖所示，求最高傳輸速率H(f)-1000f(Hz)1000A圖H(f)-300f(Hz)300B圖3.2.3無(wú)碼間干擾傳輸特性系統(tǒng)頻域特性如圖所示:當(dāng)發(fā)送速率為2/Ts時(shí)，以下基帶系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間干擾？1.利用最高頻帶利用率發(fā)送速率=最高傳輸速率/n,可以實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間干擾傳輸3.2.3無(wú)碼間干擾傳輸特性

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