通信原理第7版第6章课件.ppt
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1、 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 数字基带传输数字基带传输 第6章通信原理(第通信原理(第7 7版版)樊昌信 曹丽娜 编著.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 数字基带信号的特性数字基带信号的特性 波形波形 频谱频谱 码型码型如何设计传输总特性如何设计传输总特性 以消除码间干扰以消除码间干扰如何提高抗噪声性能如何提高抗噪声性能 以减小噪声影响以减小噪声影响眼图眼图 估计系统性能的实验手段估计系统性能的实验手段部分响应部分响应 时域均衡时域均衡 改善系统性能的两个措施改善系统性
2、能的两个措施 本章内容:第第6 6章章 数字基带数字基带 .西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 引引 言言研究数字基带传输系统的意义:研究数字基带传输系统的意义:u近程数据通信系统中广泛采用近程数据通信系统中广泛采用u基带传输方式也有迅速发展的趋势基带传输方式也有迅速发展的趋势u基带传输中包含带通传输的许多基本问题基带传输中包含带通传输的许多基本问题u任何一个采用线性调制的带通传输系统,可以等效为任何一个采用线性调制的带通传输系统,可以等效为一个基带传输系统来研究。一个基带传输系统来研究。数字基带信号数字基带信号 未经调制的数字信号,它
3、所占据的频谱是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。从零频或很低频率开始的。数字基带传输系统数字基带传输系统 不经载波调制而直接传输数字基带信不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统,常用于传输距离不太远的情况。号的系统,常用于传输距离不太远的情况。数字带通传输系统数字带通传输系统 包括调制和解调过程的传输系统包括调制和解调过程的传输系统.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 n 基带传输系统组成:基带传输系统组成:信道信道:给给基带信号提供传输通道。引言引言 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学
4、院 .西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 引言引言.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 输入信号 码型变换 传输波形 信道输出 接收滤波输出 位定时脉冲恢复的信息 错错误误码码元元 n 基带传输系统各点波形:基带传输系统各点波形:引言引言10.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 数字基带信号数字基带信号 及其 频谱特性频谱特性6.1 .西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹
5、丽娜 单个单个序列序列六种基本信号波形6.1.1 数字基带信号数字基带信号几种基本的基带信号波形几种基本的基带信号波形.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 .西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 归零归零通常,归零波形使用半占空码,即占空比为通常,归零波形使用半占空码,即占空比为50%单极性波形和双极性波形属于非归零单极性波形和双极性波形属于非归零(NRZ)波形,其占空比等于波形,其占空比等于100.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制
6、作:曹丽娜 接收端很容易识别出每个码元的起止时刻,便于同步接收端很容易识别出每个码元的起止时刻,便于同步.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 .西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 四电平波形四电平波形00+3E 01 +E10 -E11 -3E .西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 若各码元若各码元波形相同而取值不同波形相同而取值不同波形相同而取值不同波形相同而取值不同,则可表示为:,则可表示为:第第n个码元的电平取值个码
7、元的电平取值 随机量随机量 TB 码元持续时间码元持续时间 g(t)某种脉冲波形某种脉冲波形 一般情况下,数字基带信号可表示为一随机脉冲序列:一般情况下,数字基带信号可表示为一随机脉冲序列:随机脉冲序列随机脉冲序列 数数字字基基带带信信号号的的表表示示式式.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 方法方法方法方法:相关函数相关函数相关函数相关函数 功率谱密度功率谱密度功率谱密度功率谱密度 由由由由功率谱密度的定义式功率谱密度的定义式功率谱密度的定义式功率谱密度的定义式 目的目的目的目的:确定确定信号带宽信号带宽 获得位定时分量、获得位定时分
8、量、直流分量直流分量等等 6.1.2 基带信号基带信号的频谱特性的频谱特性-PSDp由于数字基带信号是一个随机脉冲序列,没有确定的频谱函数,所以只由于数字基带信号是一个随机脉冲序列,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。能用功率谱来描述它的频谱特性。p将从随机过程功率谱的原始定义出发,求出数字随机序列的功率谱公式将从随机过程功率谱的原始定义出发,求出数字随机序列的功率谱公式.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 思路思路思路思路:分解分解 交变波交变波 稳态波稳态波 6.1.2 基带信号基带信号的频谱特性的频谱特性-PS
9、D.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 推导推导推导推导:设设二进制的随机脉冲序列:二进制的随机脉冲序列:“0”-g1(t)-P “1”-g2(t)-1-PTB-TBg2(t-2TB)g2(t-TB)g1(t-2TB)g1(t+2TB)g2(t+TB)g1(t).西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 n n 稳态波稳态波 v(t)和 交变波交变波 u(t)v(t):所谓稳态波,即随机序列所谓稳态波,即随机序列s(t)的统计平均分量,它取的统计平均分量,它取决于每个码元内出现决于每个
10、码元内出现g1(t)和和g2(t)的概率加权平均的概率加权平均:周期性信号,v(t)在每个码元内的统计平均波形相同,故在每个码元内的统计平均波形相同,故v(t)是以是以Ts为周期的周期信号为周期的周期信号.交变波交变波u(t)是是s(t)与与v(t)之差之差于是于是式中,式中,或写成或写成其中其中显然,显然,u(t)是一个随机脉冲序列是一个随机脉冲序列。n n 稳态波稳态波 v(t)和 交变波交变波 u(t)即即.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 周期周期TB可展成傅里叶级数可展成傅里叶级数式中式中 1 v(t)的功率谱密度的功率谱密
11、度-Pv(f)v(t)是以为是以为Ts周期的周期信号周期的周期信号.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 在(在(-TB/2,TB/2)内:)内:只存在只存在(-TB/2,TB/2)内内故有故有 积分限可改为积分限可改为-到到 .西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 根据周期信号的功率谱密度与傅里叶系数的关系可得:其中其中22即即.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 u(t)的截短函数:的截短函数:取截短时间取截短时间:2 u
12、(t)的功率谱密度的功率谱密度-Pu(f).西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 其中其中.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 其中其中.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 mn:m=n:.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 .西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 双边谱单边谱 3 s(t)=u(t)+v(t)的
13、功率谱密度的功率谱密度-Ps(f).西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 u连续谱连续谱 带宽带宽 Bu离散谱离散谱 定时分量,形状(定时分量,形状(m=1)等等uu 连续谱能否消失?u 离散谱消失的条件?讨论:讨论:连续谱连续谱离散谱离散谱连续谱总是存在的,这是因为代表数据信息的连续谱总是存在的,这是因为代表数据信息的g1(t)和和g2(t)波形不能完全相同,故有波形不能完全相同,故有G1(f)G2(f)对于双极性信号对于双极性信号 g1(t)=-g2(t)=g(t),且概率,且概率P=1/2(等概)时,则没有离散分量(等概)时,则没有
14、离散分量(f-mfs).解:于单极性波形:设解:于单极性波形:设g1(t)=0,g2(t)=g(t),代入下式,代入下式 可得到由其构成的随机脉冲序列的双边功率谱密度为可得到由其构成的随机脉冲序列的双边功率谱密度为 当当P=1/2时,上式简化为时,上式简化为例例 求单极性求单极性NRZ和和RZ矩形脉冲序列的功率谱矩形脉冲序列的功率谱.p讨论:讨论:若表示若表示“1”码的波形码的波形g2(t)=g(t)为为 不归零不归零(NRZ)矩形脉冲,即)矩形脉冲,即 其频谱函数为其频谱函数为当当 f=mfs 时:若时:若m=0,G(0)=Ts Sa(0)0,频谱,频谱Ps(f)中有直流分量中有直流分量若若
15、m为不等于零的整数,为不等于零的整数,频谱频谱Ps(f)中离散谱为零,无定时分量中离散谱为零,无定时分量.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 例例参见教材参见教材P137139自行推导自行推导示意图:示意图:解.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 谱零点带宽谱零点带宽:归纳归纳:.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 基带传输基带传输de常用码型常用码型6.2 .西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课
16、件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 无直流分量,且低频分量小无直流分量,且低频分量小;定时信息丰富;定时信息丰富;高频分量小;高频分量小;不受信源统计特性的影响;不受信源统计特性的影响;有自检能力,有自检能力,编、译码简单编、译码简单。u AMI码、码、HDB3 -1B1T码码u 双相码、双相码、CMI码码 -1B2B码码u 块编码块编码 6.2.1 选码原则选码原则6.2.2 几种常用的传输码型几种常用的传输码型.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 编码规则编码规则:“1”+1、-1交替 “0”0 特点特点:信码有长连0串时,难以获取定时
17、信息。缺点缺点:1 AMIAMI 码码 传号极性交替码传号极性交替码 信 码:1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 AMI码:+1 0 0-1+1 0 0 0 0 0 0 0 1+1 0 0 1+1应用应用:PCM24路基群(北美系列)1.544Mb/s的线路码型。举例举例:.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 2 HDBHDB3 3码码33阶高密度双极性码阶高密度双极性码 编码规则:编码规则:u 连“0”个数不超过3个时,遵循AMI的编码规则;u 连“0”个数超过3个时,将第4个“0”改为非“0”脉冲
18、,记为V+或V-,称为破坏脉冲。u 相邻V码的极性必须交替出现(确保无直流);u V码的极性应与前一个非“0”脉冲的极性相同,否则,将0000更改为B+00V+或 B-00V-。B称为调节脉冲。u V码之后的传号码极性也要交替。.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 信码 1000 1 00 1 000 0 1 000 0 1 1 0 00 0 1 1 HDB3码 -1000+1 00-1 000V-+1 000V+-1+1 B-00V-+1-1除保持了AMI码的特点之外,还将连“0”码限制在 3 个以内,有利于位定时信号的提取。应用:A
19、律PCM 四次群以下的线路接口码型。10001 1001 特点:举例:译码:.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 “0 0”01 01;“1 1”10 10 带宽比原信码大1倍。3 双相码双相码 曼彻斯特码曼彻斯特码(Manchester)信码 1 1 0 1 0 0 1 0双相码 10 10 01 10 01 01 10 01 局域网中的传输码型。编码规则:特点:缺点:应用:.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 4 CMI CMI 码码 传号反转码传号反转码 特点:双极性二电平
20、码,连码个数不超过3个。编码规则:“1”1 1、0 0 交替 “0”01 应用:A律PCM四次群的接口码型;速率低于8.448Mb/s的光缆传输系统中。.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 5 nBmB码码 (mn)m位二进制码(新码组)n位二进制码(原信码组)2n 种组合2m 种组合 从 2m 种中选择许用码组,其余为禁用码组.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 u 例如:4B/3T码,把4个二进制码变换成3个三元码,1B/1T码的改进型。u 在相同的码速率下,4B/3T码的信
21、息容量大于1B/1T,因而可提高频带利用率。u 4B/3T码、8B/6T码等适用于高速数据传输系统,如 高次群同轴电缆传输系统。6 nBmT码码 (m n)m位二进制码(新码组)n位二进制码(原信码组).西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 数字基带信号传输数字基带信号传输 与 码间串扰码间串扰6.3.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 基带传输系统基带传输系统组成组成 基带传输系统基带传输系统模型模型6.3.1 系统组成系统组成 与 传输模型传输模型.西安电子科技大学西安电子科技
22、大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 输入信号 码型变换 传输波形 信道输出 接收滤波输出 位定时脉冲恢复的信息 错错误误码码元元.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 何谓何谓 ISI ISI?产生产生ISIISI的原因的原因?误误码码原原因因n n 系统传输总特性不理想,导致前后码元的波形系统传输总特性不理想,导致前后码元的波形畸变并使前面波形出现很长的拖尾,从而对当畸变并使前面波形出现很长的拖尾,从而对当前码元的判决造成干扰。前码元的判决造成干扰。.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学
23、院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 an 对应的基带信号对应的基带信号 基带传输总特性基带传输总特性6.3.2 定量分析定量分析an:发送滤波器的发送滤波器的 输入符号序列,输入符号序列,取值为取值为0、1或或-1,+1.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 n 如何消除 ISI?n 如何抑制 n(t)?接收滤波器输出信号:接收滤波器输出信号:设抽样时刻设抽样时刻 ,则抽样值为:,则抽样值为:ISI值值 噪声噪声 研究的问题:延时延时.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 无无码间
24、串扰码间串扰de基带传输特性基带传输特性6.4.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 若能使若能使:,则则无无ISI怎么做?怎么做?做不到做不到 关注抽样时刻关注抽样时刻等等TB的零的零点点6.4.1 消除码间串扰消除码间串扰的设计思想设计思想.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 含义:含义:本本码元抽样时刻码元抽样时刻有值有值;其他其他码元抽样时刻均码元抽样时刻均为为0。6.4.2 无无码间串扰码间串扰的条件条件n 时域时域条条件件.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院
25、通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 根据根据根据根据,并利用时域条件:并利用时域条件:并利用时域条件:并利用时域条件:分段分段积分积分求和求和n 频域频域条条件件.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 则有则有=1令令1利用利用时域时域条件:条件:TB即得即得即得即得频域频域频域频域条件条件.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作:曹丽娜课件制作:曹丽娜 频域频域条件条件:检验或设计H H()能否消除码间串扰的理论依据。含义含义.西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 课件制作
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