《通信原理》-数字信号基带传输.课件.ppt

1、第第7章章 数字信号基带传输数字信号基带传输7.1 数字基带信号及其码型数字基带信号及其码型7.1.1 数字基带信号简介数字基带信号简介无论是离散信源发出的信号还是将模拟信号进行采样、量化和编码后得到的数字无论是离散信源发出的信号还是将模拟信号进行采样、量化和编码后得到的数字信号，都是离散的数字码元序列。实际电路中传输数字基带信号以点评的高低来信号，都是离散的数字码元序列。实际电路中传输数字基带信号以点评的高低来判断。判断。实际传输过程中，由于存在衰减、噪声、码间串扰等因素，接收到的信号电平不实际传输过程中，由于存在衰减、噪声、码间串扰等因素，接收到的信号电平不可能正好为可能正好为V或或0，故

2、在判定中经常设定一门限电平。如图所示为单极性码的发，故在判定中经常设定一门限电平。如图所示为单极性码的发送、传输及判定。送、传输及判定。 数字信号在传输过程中常常收到噪声的干扰。如果由于噪声或其他干扰数字信号在传输过程中常常收到噪声的干扰。如果由于噪声或其他干扰因素使得传输过程中的信号电平突破了门限，那么接收端会产生误判。因素使得传输过程中的信号电平突破了门限，那么接收端会产生误判。所谓误判，即把发送的所谓误判，即把发送的“1”判决为判决为“0”，或把发送的，或把发送的“0”判决为判决为“1”。如图所示为误判示意图。如图所示为误判示意图。7.1.2 基带数字信号的基本码型基带数字信号的基本码型

3、常见的数字基带信号基本码型有常见的数字基带信号基本码型有单极性码与双极性码、归零码与非归零码。基本码型如图所示。基本码型如图所示。7.1.3 基带数字信号常用码型基带数字信号常用码型在设计和选择实用码型时，一般应注意以下原则：在设计和选择实用码型时，一般应注意以下原则：（1）不含直流分量，低频分量尽量少。）不含直流分量，低频分量尽量少。（2）包含定时信息，或经简单变换就能提取定时信息。）包含定时信息，或经简单变换就能提取定时信息。（3）应具有一定的检错能力。）应具有一定的检错能力。（4）误码增值要少，避免）误码增值要少，避免“一步错，步步错一步错，步步错”的危险。的危险。（5）频谱中的高频分量

4、应尽量减少。）频谱中的高频分量应尽量减少。如图所示为几种常用的数字信号码型的示意图。如图所示为几种常用的数字信号码型的示意图。AMI码和HDB3码图双极性四进制码波形图7.2 数字基带信号的频谱分析数字基带信号的频谱分析7.2.1 数字基带信号的频谱和功率谱数字基带信号的频谱和功率谱v数字信号的频谱分析数字信号的频谱分析 确定的信号可以根据傅里叶公式计算得出确定的频域表达式，而对于随机过确定的信号可以根据傅里叶公式计算得出确定的频域表达式，而对于随机过程则只能分析其功率谱密度。程则只能分析其功率谱密度。v数字基带信号功率谱分析数字基带信号功率谱分析一般二进制随机脉冲序列的功率谱密度函数为一般二

5、进制随机脉冲序列的功率谱密度函数为)(| )()1 ()(| )()(| )1 ()(2212221mbbbbbsmffmfGPmfPGffGfGPPffP数字信号的功率谱和带宽7.2.2 几种常见数字基带信号波形的功率谱密度函数几种常见数字基带信号波形的功率谱密度函数四种基本码型的能量谱密度7.3 无码间串扰的基带传输无码间串扰的基带传输7.3.1 数字信号的成型网络数字信号的成型网络数字基带信号的时域特征和频域特征都与其传输滤波器的传输函数有关。数字基带信号的时域特征和频域特征都与其传输滤波器的传输函数有关。传输滤波器模型7.3.2 码间串扰码间串扰v严格方波信号具有无限频谱带宽严格方波信

6、号具有无限频谱带宽v有限带宽信号在时间域存在串扰有限带宽信号在时间域存在串扰v解决思路：只要在采样点不发生串扰即可。解决思路：只要在采样点不发生串扰即可。7.3.3 无码间串扰的传输条件无码间串扰的传输条件vh(t)为理想低通滤波器时，能实现无码间串扰条件为理想低通滤波器时，能实现无码间串扰条件理想低通滤波器时域图h(t)波形点7.3.4 奈奎斯特第一准则奈奎斯特第一准则v当当h(t)的频谱能通过周期搬移叠加为理想低通滤波器，称为等效理想低通滤的频谱能通过周期搬移叠加为理想低通滤波器，称为等效理想低通滤波器，此时能实现无码间串扰。波器，此时能实现无码间串扰。等效理想低通滤波器频谱余弦滚降信号余

7、弦滚降信号余弦滚降信号的时域和频域图7.4 部分响应基带传输系统部分响应基带传输系统v理想低通滤波器的缺点：频谱陡直，拖尾无限。理想低通滤波器的缺点：频谱陡直，拖尾无限。v等效理想低通滤波器缺点：带宽增加。等效理想低通滤波器缺点：带宽增加。v部分响应基带传输系统思路：允许串扰，使串扰有规律，可计算消除。部分响应基带传输系统思路：允许串扰，使串扰有规律，可计算消除。7.4.1 第第I类部分响应系统类部分响应系统第I类部分响应的时域和频域图7.4.2 差错控制，相关编码和预编码差错控制，相关编码和预编码v第第I类部分响应波形，当因为噪声出现个别码元误差，将会对恢复的信号序列类部分响应波形，当因为噪

8、声出现个别码元误差，将会对恢复的信号序列造成严重的错误。造成严重的错误。v差错传播：当采用第差错传播：当采用第I类部分响应波形进行编码的时候，一旦发生传输中的差类部分响应波形进行编码的时候，一旦发生传输中的差错，将引起连锁反应，使后面的全部码元都检测、判决错误，直到再次发生错，将引起连锁反应，使后面的全部码元都检测、判决错误，直到再次发生传输差错才会纠正过来。传输差错才会纠正过来。v解决方法：传输之前将绝对码解决方法：传输之前将绝对码xn序列变成相对码序列变成相对码x1n序列，然后对序列，然后对x1n序列生成部分响应波形序列生成部分响应波形y(t)。将。将y(t)传输到接收端后，直接对传输到接

9、收端后，直接对y(t)的采样值的采样值yn进行模二运算，即可得到信号序列进行模二运算，即可得到信号序列xn。 v预编码：预编码：x1n=xn x1n-1。v相关编码：相关编码：yn=x1n+x1n-1vx1n=xn x1n-1，即，即xn=x1n x1n-1 7.4.3 部分响应基带传输系统的一般形式部分响应基带传输系统的一般形式7.5 眼图和均衡眼图和均衡7.5.1 眼图眼图一种直接检测数字通信系统的方法，用示波器观测输出信号，图象形如眼睛。一种直接检测数字通信系统的方法，用示波器观测输出信号，图象形如眼睛。v最佳采样判决时刻，应该选择眼睛张开最大的地方。最佳采样判决时刻，应该选择眼睛张开最

10、大的地方。v判决门限应选左右判决门限应选左右“眼角眼角”的垂直高度。对双极性信号而言即是零电平。的垂直高度。对双极性信号而言即是零电平。v噪声容限指的是采样值的振幅与判决电平之间的距离，也就是说当噪声的噪声容限指的是采样值的振幅与判决电平之间的距离，也就是说当噪声的幅度小于这个距离时，噪声叠加后的信号依然不会突破门限造成误判。幅度小于这个距离时，噪声叠加后的信号依然不会突破门限造成误判。v“眼眶眼眶”厚度表示信号电平抖动。其中采样时刻厚度称为信号失真量。厚度表示信号电平抖动。其中采样时刻厚度称为信号失真量。v眼图斜边的斜率反映系统对定时误差的灵敏度。眼图斜边的斜率反映系统对定时误差的灵敏度。7

11、.5.2 均衡均衡v概念：通过可调滤波器校正信号失真。概念：通过可调滤波器校正信号失真。v频域均衡：对频域传输函数调整频域均衡：对频域传输函数调整v时域均衡：使系统的冲激响应满足无码间串扰条件。时域均衡：使系统的冲激响应满足无码间串扰条件。v时域均衡原理：波形补偿时域均衡原理：波形补偿v时域均衡的实现方法：横向滤波器时域均衡的实现方法：横向滤波器横向滤波器7.6 数字基带信号抗噪声性能分析数字基带信号抗噪声性能分析7.6.1 数字信号的抗噪声性能数字信号的抗噪声性能v模拟通信：信噪比。模拟通信：信噪比。v数字通信：误码率。数字通信：误码率。v二进制数字通信：将二进制数字通信：将0错判为错判为1

12、或将或将1错判为错判为0的概率。的概率。数字基带信号的噪声模型7.6.2 二元码的误码率分析二元码的误码率分析单极性码的概率分布函数曲线7.6.3 多元码数字信号的抗噪声性能分析多元码数字信号的抗噪声性能分析v多元码定义：一个码元波形幅度，有多元码定义：一个码元波形幅度，有M种不同的取值（种不同的取值（M2）。通常，这）。通常，这M种幅度电平均匀取值，且均值为零。种幅度电平均匀取值，且均值为零。v多元码误码率和误比特率不能混用。多元码误码率和误比特率不能混用。v将多元码转换为二进制码，因为转换的二进制码不同，误码率也有区别。将多元码转换为二进制码，因为转换的二进制码不同，误码率也有区别。v转换

13、为普通二进制时，有转换为普通二进制时，有1/2Pe/Ps2/3 ，即误码率有下降。，即误码率有下降。v转换为格雷码，有转换为格雷码，有PePs/n。因。因n2，故对同样的，故对同样的M进制码元系统，格雷码转进制码元系统，格雷码转换的误比特率比普通二进制码进一步下降。换的误比特率比普通二进制码进一步下降。) 1(3) 1(222MSQMMPs本章小结v数字信号基带传输是将数字信号码元序列转化为某数字信号基带传输是将数字信号码元序列转化为某种波形通过信号进行传输，在接收端则对接收的波种波形通过信号进行传输，在接收端则对接收的波形进行门限判决以恢复码元。形进行门限判决以恢复码元。v数字信号传输中，因为信号频域上的带限造成是遇数字信号传输中，因为信号频域上的带限造成是遇上的无限拓展，这样会引起马援麦种之间的码间串上的无限拓展，这样会引起马援麦种之间的码间串扰。为了消除码间串扰，可以采用无码间串扰的波扰。为了消除码间串扰，可以采用无码间串扰的波形，使得在信号的采样点码间串扰为形，使得在信号的采样点码间串扰为0。v数字信号的抗噪声性能，主要通过一定条件下的误数字信号的抗噪声性能，主要通过一定条件下的误码率进行分析比较。码率进行分析比较。