数字信号基带传输

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通信原理 第6章_数字信号的基带传输

通信原理 第6章_数字信号的基带传输

功率谱密度为:
T P(f) S
Sa2
fT
(S
)
S
4
2
0.6 0.4 0.25 0.2
0
2.0
单极性不归零
1.5
P= 0.5
1.0
0.5
0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 f/fb
0
双极性不归零 P= 0.5
0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 f/fb
0.12
0.08 0.0625
0.04
单极性归零 0.0507 半占空P= 0.5
1
Sa2 (m
)
(
f
16
2
16 m
2
mfs )
TS Sa2 (fTS ) 1 ( f ) 1 Sa2 (m ) ( f
16
2 16
16 m奇数
2
mfs )
4、双极性归零码
∵ g1(t)= Gτ(t), g2(t)= - Gτ(t),τ=TS /2,

,G2(f)=- G1(f)
且当信源等概 p=1/2时,单双极性归零码的
差分码或相对码(Differential encoding): 差分码又称为相对码,特征是:不用电平的绝对值 而用电平的相对变化传0、1符号。
原始代码 1 1 0 1 0 0 1
传号差分码
“1变0不变”,
TS
空号差分码
“0变1不变”
TS
多电平波形
0 0 0 1 0 1 10 0 0 1 1 11
Ts Ts
习题6-1
设二进制符号序列为110010001110,试以 矩形脉冲为例,分别画出相应的单极性波 形,双极性波形,单极性归零波形,双极 性归零波形,二进制差分波形及八电平波 形。

数字信号的基带传输

数字信号的基带传输
H(ω) A 0 B ω A 0
B 2
H(ω)
0 -
ω0
0
B 2
ω
(a)低通滤波器
(b)带通滤波器
A H ( ) 0
0 B other
A H ( ) 0
B B 0 0 2 2 other
15
无失真系统是否为线性系统?
(1)是否具有齐次性?
幅度。
(4) 时隙(Slot):一个时隙一个数据位逐个进行。 码元
5
基本概念
二、基带传输与频带传输
数字基带信号:未经调制的数字信号,它所占据的频谱是从零
频或很低频率开始的。
基带传输:将数字基带信号通过基带信道(传递函数为低通型)传
输 —— 信号频谱不搬移,直接传送。
同轴电缆,双绞线 频带信号:数字基带信号经正弦波调制的带通信号 频带传输:将数字带通信号通过带通信道传输
振幅失真:
是信号各个频率分量的振幅值随频率发生了不同变化。
由传输设备和线路引起的衰损造成的
延迟失真:
是信号各频率分量的传播速度不一致所造成的失真。
12
基本概念
三、信号通过系统 3、无失真系统
如果信号通过系统后各个频率分量的振幅和延迟改变 都是相同的,则称信号不失真。能够使信号不失真的系 统称为不失真系统。
假定通过系统前的信号为X(t),通过系统后的信号为Y(t),
不失真系统只能导致信号如下改变:
Y (t ) kX (t t 0 )
13
系统对信号的作用如下:
输入信号
系统
输出信号
Y ( ) X ( ) H ( )
不失真系统信号输出:
X(t )
h(t )

6-数字信号的基带传输-3

6-数字信号的基带传输-3

x(t)
y(t)
信道
C( ω)
n(t)
接收滤波器
+
成型网络
R( ω)
判决 {an}
S(t)
基带传输模型
数字基带传输模型
z {an}为发送滤波器的输入符号序列,二进制时符号an的取 值为0、+1、-1,此序列对应的基带信号x(t):

∑ x(t) = anδ (t − nTs ) n=−∞
z 此信号激励发送滤波器产生信号y(t):
(3)传输二进制码元时,求信息频带利用率ηb。
解 (1)将该系统的传递函数H(f)以2f0为间隔切割,然后分段 沿f轴平移到[-f0,f0]区间内进行叠加,如图6-19(b)所示。 叠加后的传输特性为
H
(
f
)
=
⎪⎧1, f ≤ ⎪⎩⎨0 ,其它
f
0
由于叠加后的传输特性符合等效理想低通特性,所以该系
统能够实现无码间串扰的传输。
z 则接收滤波器的输出信号S(t):

∑ S(t) = ans(t − nT ) + nR (t) n=−∞
式中,s(t)与S(ω)互为傅里叶变换对;
∫ s(t) = 1 ∞ S(ω)e jωtdω
2π −∞
nR(t)为n(t)通过接收滤波器后的波形 S(t)送入抽样判决电路,进行抽样判决。
数字基带传输模型
z 抽样判决器:对接收滤波器的输出波形进行抽样判决,以恢复或再生基带信号。 z 同步提取:用同步提取电路从接收信号中提取定时脉冲
基带系统各点波形:
(a)
(b) (c)
(d )
(e) (f)
(g)
输入信号 t 码型变换后

第五章数字信号的基带传输

第五章数字信号的基带传输

第五章 数字信号的基带传输基带传输系统频带传输系统(调制传输系统)数字基带信号:没有经过调制的原始数字信号。

(如各种二进制码PCM 码,M ∆码等)数字调制信号:数字基带信号对载波进行调制形成的带通信号。

5.1、基带信号的码型一、数字基带信号的码型设计原则:1. 对传输频带低端受限的信道,线路传输的码型的频谱中应该不含有直流分量;2.信号的抗噪声能力强;3.便于从信号中提取位定时信息;4.尽量减少基带信号频谱中的高频分量,节省传输频带、减小串扰; 5.编译码设备应尽量简单。

二、数字基带信号的常用码型。

1、单极性不归零码NRZ (Non Return Zero )脉冲宽度τ等于码元宽度T特点:(1)有直流,零频附近的低频分量一般信道难传输。

(2)收端判决门限与信号功率有关,不方便。

(3)要求传输线一端接地。

(4)不能用滤波法直接提取位定时信号。

2、双极性非归零码(BNRZ )T =τ,有正负电平特点:不能用滤波直接提取位定时信号。

⎩⎨⎧数字通信系统3、单极性归零码(RZ)τ<T特点:(1)可用滤波法提取位同步信号(2)NRZ的缺点都存在4、双极性归零码(BRZ)特点:(1)整流后可用滤波提取位同步信号(2)NRZ的缺点都不存在5、差分码电平跳变表1,电平不变表0 称传号差分码电平跳变表0,电平不变表1 称空号差分码特点:反映相邻代码的码元变化。

6、传号交替反转码(AMI)τ)归零码表0用零电平表示,1交替地用+1和-1半占空(T5.0=示。

优点:(1)“0”、“1”不等概时也无直流(2)零频附近低频分量小(3)整流后即为RZ码。

缺点:连0码多时,AMI整流后的RZ码连零也多,不利于提取高质量的位同步信号(位同频道抖动大)应用:μ律一、二、三次群接口码型:AMI加随机化。

7、三阶高密度双极性码()3HDBHDB3码编码步骤如下。

①取代变换:将信码中4个连0码用取代节000V或B00V代替,当两个相邻的V码中间有奇数个1码时用000V代替4个连0码,有偶数个1码时用B00V代替4个连0码。

第5章 数字信号的基带传输系统

第5章 数字信号的基带传输系统
双极性RZ码的优点:发送端不必按固定频率发送信号,而接 收端也不必提取同步信息。因为双极性RZ码在传输线上分别用正 脉冲和负脉冲表示,且相邻脉冲间必有零电平区域存在,因此, 在接收端根据接收波形归于零电平便可知道1比特信息已接收完毕, 从而为下一比特信息的接收做了准备,所以在发送端不必按固定 频率发送信号。相当于正负脉冲前沿起启动信号的作用,后沿起 终止信号的作用,故能够经常保持正确的比特同步,
HDB3码: -1000 -V +1000 +V -1 +1 -B00 -V +1 —1
虽然HDB3码的编码规则比较复杂,但译码比较简单。从上述 原理看出,每一个破坏符号V总是与前一非“0”符号同极性(包括
B符号在内),故从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V,
从而断定V符号及其前面的3个符号必是连“0”符号,然后恢复4个
一、单极性不归0二进制脉冲序列的功率谱密度数字 基带信号单个波形的频谱:
(设“1”、“0”码等概率出现,码元宽度)。
19
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20
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二、单极性归零二进制码序列的功率谱密度:
g1(t)
g2 (t )
A
Ts 2 Ts
2Ts 3Ts t
(a) 单极性归0二进制序列
6
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占空比指的是脉冲宽度τ与码元宽度Tb之比τ/Tb。单极性RZ码 的占空比为50%。
4.双极性归零(RZ)码 双极性归零码的构成原理与单极性归零码相同,如图5-1d)。 每一个码元被分成两个相等的间隔,“1”码是在前一个间隔为正 电平而后一个间隔回到零电平,而“0”码则是在前一个间隔内为 负电平而后一个间隔回到零电平。
1
1…
AMI码: +100 —1 +1000 -1 +1 -1 …

第5章数字信号的基带传输

第5章数字信号的基带传输

(5.2 - 23)
Pu
(
f
)
lim
N
(2N
1)P(1 P) G1( f (2N 1)Ts
)
G2
(
f
)
2
fs P(1 P) G1( f ) G2 ( f ) 2
(5.2 - 24)
交变波的的功率谱Pu(f)是连续谱,它与g1(t)和g2(t)的 频谱以及出现概率P有关。根据连续谱可以确定随机
抽样判决器
在传输特性不理想及噪声背景下,在规定时刻 (由位定时脉冲控制)对接收滤波器的输出波形 进行抽样判决,以恢复或再生基带信号。而用来 抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信 号中提取,位定时的准确与否将直接影响判决效 果。
(a)基带信号; (b)码型变换后; (c) 对 (a) 进 行 了 码 型 及波形的变换,适合 在信道中传输的波形;
m
fs )
(5.2 - 28)
(1) g(t)为单极性不归零矩形脉冲
g
(t)
1,
0,
t Ts 2
其它
G(
f
)
Ts
s
in
f
f Ts Ts
Ts Sa(
f
Ts )
m 有直流分量
m 0 : G(m fs ) TsSa(m ) 0 离散谱均为零,因而无定时信号。
g2(t+ 4Ts) g1(t+ 3Ts) g1(t+ 2Ts) g2(t+Ts)
g (t) g1 (t)
g2(t- 2Ts)
g2(t-Ts)
(a)
-Ts O Ts
t
2
2
v(t)
(b)
-Ts -Ts O Ts Ts

数字信号的基带传输

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,图
5 - 4(c)画出了
ut ut
下面我们根据式(5.2 - 5)和式(5.2 - 8), 分别求出稳
态波 V t 和交变波 ut 的功率谱,然后根据式(5.2 -
6)的关系,将两者的功率谱合并起来就可得到随机基
带脉冲序列 S t 的频谱特性。
1. V的功t 率谱密度
Pv f
由于 是以 为周期的周期信号,
另一种比较简单的方法是以随机过程功率谱的原始定义为出发点,求出数字随机序列的 功率谱公式。
设二进制的随机脉冲序列如图 5 - 4(a)所示,其中,假设
表示“0”码, 表示“1”码。 和 在实际中可以是任意的脉冲,但为了便于在
图上g1区分t ,这里我们把
g画2成宽t 度为Ts的方波,把 g1 画t 成宽度g为2 Tst的三角波。
g
t
A t
2
0 t 其它值
T 22
T
22
其频谱为:G
A
Sa
2
4 2
2 4
此双极性信号的功率谱密度为:
PS
1 TS
G 2
1 TS
A2
2
Sa2
2
A2TS 4
Sa2
TS
4
近似带宽可视为:
BS
4
TS
2 2 1 TS
TS 2
8 4
TS
TS
4 8
TS
TS
(2) 若 g t 为单极性信号,则:
数字基带信号是随机的脉冲序列,没有确定的频谱函数, 所以只能用功率谱来描述它 的频谱特性。方法有二:
1:由随机过程的相关函数去求随机 过程的功率(或能量)谱密度就是一种典型 的分析广义平稳随机过程的方法。但这 种计算方法比较复杂。

数字信号的基带传输

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(c) 当 AMI 中出现长连“ 0”时, AMI码中长时间无电平 跳变,致使定时信号难以提取。 为了克服这个缺点,提出了HDB3码。
2.三阶高密度双极性码(HDB3码) HDB3码是一种AMI码的改进型,又称四连“0”取代码, 在 AMI 码中,如果连续较长的一段序列为“ 0” 码,则在接 收端会因为长时间无变化波形的控制而丢失同步信号。 为了克服传输波形中出现长连“ 0” 的情况,而设计了 AMI码的改进码型 HDB3码。HDB3码就是码型中最长连“0” 数不超过3个的高密度双极性码。 (1) 构成规则 在消息的二进制代码序列中, ①当连“0”码个数不大于 3时,HDB3编码规律与AMI码相 同,即“1”码变为“+1”、“-1”交替脉冲;
(2) 特点 (a)不存在直流分量。 (b)具有频繁出现的电平跳变,有利于接收端提取位定时 信号。 (c) 具有内检错能力 ,这是因为“ 1” 码相当于“ 00” 或 “11”两位码组,而“0”码相当于“01”码组,在正常情况下, 序列中无“10”码组出现,且无“00”或“11”码组连续出现, 这种相关性可用来检测因干扰而产生的部分错码。 三种常见传输码型的应用场合是:对于程控数字交换系 统中数字用户线上所传送的基本速率 (2B+D)数字信号码型, 选用 AMI 码、 HDB3 码。在数字中继线或光纤传输系统的接 口上,一般采用HDB3或CMI接口码型,
δt
∞,t =0
0,t≠0
单位冲激函数及其频谱如图4.8所示。
图4.8 单位冲激函数及其频谱
二、信道限带传输对信号波形的影响
任一信道的频带宽度都是有限的。当无限带宽的信号通 过有限带宽的信道时,必然会使信号的频谱受到一定损失, 结果使到达接收端的信号波形发生变化。
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h(kTs )
1
2
n
ns
s
/
2
H
(
)e
jk
Ts
d
ns s / 2
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5.4.4 无码间干扰的传输特性
用Hn(ω)表示第n个区间内的H(ω) 则 :
h(kTs )
1
2
n
H ()e d ns s / 2
ns s / 2 n
jkTs
令ω’=ω-nω,则ω=ω’+nω,dω=dω’,所以:
位同步脉冲
只需要对H(ω)作合理设计,在抽样判决器前就可以得到理想的波形
d (t) an (t nTs ) n
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5.4.3 码间干扰及其数学分析
假设信道噪声为加性噪声记作n(t),经过系统传输后输出为nR(t),则
y(t) d (t) h(t) nR (t)
h(t) an (t nTs ) nR (t) n
2700 9
③ NBd 2 fN 5400 Bd
④ R N Bd log 2 4 10800 bit / s

10800 3.6bit / s / Hz
3000
例2:一形成滤波器幅度特性如下图所示。
①如果符合奈氏第一准则,其符号速率为多少?α为多少? ②采用八电平传输时,传信速率为多少? ③ 频带利用率η为多少 Bd / Hz ?
5.4.1 二进制传输基带传输系统
信道信号形成器即发送滤波器进行信号波形转换 接收滤波器完成抑制带外噪声、均衡信号波形等功能,使其输出波形 更有利于抽样判决 同步提取作用是通过特定方法提取同步信息,并产生同步控制信号 抽样判决器是在位同步脉冲的控制下对信号波形抽样,并按照特定码 型的判决规则恢复原始数字信号
1 k 0 h(kTs ) 0 k 0
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5.4.3 无码间干扰的传输特性
1. 无码间干扰传输的频域条件
传输特性H(ω)和单位冲激响应h(t)是一对傅氏变换对:
h(t) 1 H ()e jtd
2
当t=kTb时:
1
h(kTs ) 2
H ()e jkTs d
对上式按照ωs=2π/Ts的长度用分段积分的形式表示为:
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5.3 数字基带信号的功率谱密度 1. 数字基带信号的一般表达式
数字信号的波形如下图所示,假设“1”用g1(t)表示, “0”用g2(t)表示
假设在一个码元周期Ts内“1”出现的概率为P,“0”出现的概率为1-P,
s(t) an g(t nTs ) n 上一页 返回 下一页
本节内容提要:
5.5 部分响应
5.5.1 第I类部分响应波形形成及系统组成
5.5.2 第IV类部分响应波形形成及系统组成
5.5.3 部分响应的推广
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5.5.1 第I类部分响应部分响应 1.第I类部分响应原理
第I类部分响应波形
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第I类部分响应波形的频谱
5.5.1 第I类部分响应部分响应
5.3 数字基带信号的功率谱密度
2. 信号对应的功率谱
Ps ( f ) fsP(1 P) |G1( f ) G2 ( f ) |2
| fs[PG1(nfs ) (1 P)G2 (nfs )]|2 ( f nfs ) n
fs=1/Ts,数值上等于码元速率RB G1(f)和G2(f)分别为g1(t)和g2(t)的傅氏变换 式中的第一项表示连续谱,由其可以确定信号的带宽 第二项是离散谱,由其可以判断信号有无直流分量以及是否包含 同步信息
a0
a1
a2
ห้องสมุดไป่ตู้a3
… t
0
Tb
2Tb
3Tb
4Tb
5Tb
位同步

t
脉冲
Tb
——传输速率为RB=1/Ts=fs Baud,信道带宽为B=fs/2 Hz,所以频带利 用率 RB 2 fH 2Baud/Hz
B fH
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5.4.4 无码间干扰的传输特性
3.实用传输特性
滚降特性
H(ω) 1
anh[t0 (k n)Ts ] nR (t0 kTs )
n ,nk
第一项对应第k个码元的样值
第三项nR(t0+kTs)是抽样时刻噪声的样值
第二项是其它码元在第k个码元抽样时刻的样值即码间干扰
通过设计h(t)的波形(即设计系统的传输特性H(ω))可以实现无码间 干扰的传输,典型波形如下图所示
5.2.1 常用基带信号
2.单极性不归零(RZ)码
编码规则:高电平表示1码,零电平表示0码; 电平的持续时 间τ比码元周期Tb小,其波形如下:
101101 判决电平
τ Tb
t
占空比:τ/Tb ,典型的取值是τ/Tb=50%
特点及应用:
具有单极性码的大多特点但带宽增大, 可以直接提取同步信息 一般用于设备内部和短距离通信中。
5.3 数字基带信号的功率谱密度
其中
g
(t
)
gg12((tt
nTs ) nTs )
以概率P出现
以概率1 P出现
an是第n个脉冲的相对幅度,其取值与所用码型有关, 对于单极性信号有: 1 “1”码元 an 0 “0”码元 对于双极性信号:
1 “1”码元 an 1 “0”码元
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5.4.4 无码间干扰的传输特性
升余弦特性
系统特性
Ts
H ()
T2s
1
sin
Ts
2
N
0
H(ω)
1
| | N (1 )
(1 )N | | (1 )N
| | (1 )N
α= 1 α= 0.5 α= 0
ω
-2ωN
-ωN
0
ωN
2ωN
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5.4.4 无码间干扰的传输特性
anh(t nTs ) nR (t) n
如果对第k个码元抽样,抽样时刻为t0+kTb,则所得的样值是:
y(t0 kTs ) anh[t0 (k n)Ts ] nR (t0 kTs ) n
改写上式,得:
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5.4.3 码间干扰及其数学分析
y(t0 kTs ) ak h(t0 )
h(t) t0 t0+Tb
h(t)
t t0
t0+Tb t0+2Tb
t
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5.4.3 码间干扰及其数学分析
经过上面分析,可以得出当h(t)满足下式时就可以消除码间干扰
1 k n h[t0 (k n)Ts ] 0 k n
令k-n=k’,因为函数与自变量符号无关,所以把k’记作k, 并设传输时延t0=0得到式 :
第五章 数字信号基带传输
内容简介 学习要求 学习目录 结束放映
0 1
0 100BASE-T
0 1 1 1 10
内容简介
——基带传输是数字或数据据通信中的基本传输方式,终端只要 经过简单的电平和码型变换后就可以在信道中直接传输,主要应 用在局域网等短距离的数据传输中。 ——本章主要介绍基带信号的特性,基带传输系统的组成,无码 间干扰传输系统的设计,以及部分响应 、时域均衡提高系统传输 性能的技术 。
数据传输
a0 a1 a2 a3 ... c0 c1 c2 c3
Tb
抽样
脉冲
Tb
...
样值ck
...
t
t
c0 a0 c1 a0 a1 ...
ck ak 1 ak ...
除第一个样值c0以外,其它样值中前一个码元对后一个码元都有码 间干扰 ,这种码间干扰可以按照下式消除
理想波形
失真后的波形
t
t
发送端波形:
t
0
Tb
2Tb
3Tb
接收端波形:
t
位同步脉冲:
t0
t0+Tb
信号样值
t t0+2Tb t0+3Tb
码间干扰
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5.4.3 码间干扰及其数学分析
基带传输系统的简化模型
s(t) 理想抽样 d(t) H(ω) y(t) 抽样判决
(t nTb )
n
噪声
冲激响应
h(t
)
Sa(t
/
Ts
)
1
cos(t / Ts ) 4 2t 2 2 / Ts2
h(t) α= 1
α= 0.5
α= 0
t
-2Tb
-Tb 0 Tb
2Tb
频带利用率
B (1 ) fH
(1 ) fs / 2
RB 2 fH B (1 ) fH
2 Baud/s
(1 )
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返回 结束
5.2.1 常用基带信号
1.单极性不归零(NRZ)码
编码规则:高电平表示1码,零电平表示0码;波形如下:
101101
判决电平
Tb
t
特点及应用:
发送能量大有利于提高收端信比 带宽窄但直流和低频成分大; 不能提取同步信息 判决电平不易稳定 一般用于设备内部和短距离通信中。
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5.4.2 多进制传输基带传输系统
多进制基带传输系统结构二进制系统相比较,区别实在于收发两端 加二进制和M进制的转换设备 和二进制相较,多进制数据传输系统具有以下特点: 在码元速率相同的条件下,多进制系统可以实现更高的信息速率 在信息速率相同的条件下,有利于提高传输可靠性 多进制系统需要维持多个判决电平,在相同信号功率输入时,抵抗噪 声干扰的能力较弱,所以此时其系统误码率比二进制大 多进制系统设备更复杂
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