數字基帶傳輸系統第6章數字基帶信號的特性—波形頻譜碼型如何設計傳輸總特性—以消除碼間干擾如何提高抗噪聲性能—以減小噪聲影響眼圖—估計系統性能的實驗手段部分響應時域均衡—改善系統性能的兩個措施

本章內容:

第6章數字基帶

引言

基帶傳輸系統組成：信道：給基帶信號提供傳輸通道。引言西安電子科技大學通信工程學院

引言輸入信號碼型變換傳輸波形信道輸出接收濾波輸出位定時脈沖恢復的信息錯誤碼元

基帶傳輸系統各點波形：引言10數字基帶信號

及其頻譜特性§6.1單個序列六種基本信號波形§6.1.1

數字基帶信號（a）~（d）的共性？

歸零

Q

A

四電平波形：00——+3E

01——+E10——-E

11——-3E若各碼元波形相同而取值不同，則可表示為：第n個碼元的電平取值—隨機量

TB—碼元持續時間g(t)—某種脈沖波形一般情況下：隨機脈沖序列

數字基帶信號的表示式方法：相關函數功率譜密度

由功率譜密度的定義式

目的：信號帶寬位定時分量、直流分量等

思路：分解交變波

穩態波

§6.1.2

基帶信號的頻譜特性---PSD

推導：設二進制的隨機脈沖序列：

“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)

穩態波v(t)和

交變波u(t)v(t)：隨機序列s(t)的統計平均分量，每個碼元統計平均波形相同：——周期性信號u(t)：——隨機脈沖序列周期TB可展成傅里葉級數式中

1

v(t)的功率譜密度---Pv(f)∵

在（-TB/2，TB/2）內：∴

∵只存在(-TB/2,TB/2)內故有∴積分限可改為-

到根據周期信號的功率譜密度與傅里葉系數的關系可得：其中22即u(t)的截短函數：取截短時間:2

u(t)的功率譜密度---Pu(f)

其中

其中

m≠n：m=n：雙邊譜單邊譜

3

s(t)=u(t)+v(t)的功率譜密度---Ps(f)連續譜

帶寬B離散譜

定時分量（m=1)等

連續譜能否消失？離散譜消失的條件？

Q

A討論：例參見教材P137~139自行推導示意圖：解

譜零點帶寬：

歸納：基帶傳輸de常用碼型§6.2

①無直流分量，且低頻分量小；②定時信息豐富；

③功率譜主瓣窄；

④不受信源統計特性的影響；

⑤有自檢能力，⑥編、譯碼簡單。

AMI碼、HDB3---1B/1T碼雙相碼、CMI碼---1B/2B碼塊編碼§6.2.1

選碼原則§6.2.2幾種常用的傳輸碼型編碼規則：“1”——+1、-1交替“0”——0

特點：信碼有長連0串時，難以獲取定時信息。缺點：1

AMI

碼

——傳號極性交替碼

信碼：100110000000110011

AMI碼：+100-1+10000000–1+100–1+1應用：

PCM24路基群（北美系列）1.544Mb/s的線路碼型。舉例：

2

HDB3碼——3階高密度雙極性碼

編碼規則：連“0”個數不超過3個時，遵循AMI的編碼規則；連“0”個數超過3個時，將第4個“0”改為非“0”脈沖，

記為V+或V-，稱為破壞脈沖。相鄰V碼的極性必須交替出現（確保無直流）；V碼的極性應與前一個非“0”脈沖的極性相同，否則，

將0000更改為B+00V+

或

B-00V-

。B稱為調節脈沖。V碼之后的傳號碼極性也要交替。信碼1000100100001000011000011HDB3碼-1000+100-1000V-V+-1+1B-00V-+1-1除保持了AMI碼的特點之外，還將連“0”碼限制在

3個以內，有利于位定時信號的提取。應用：

A律PCM四次群以下的線路接口碼型。±1000±1±100±1

特點：舉例：譯碼：

“0”——01；“1”——10帶寬比原信碼大1倍。

3

雙相碼——曼徹斯特碼（Manchester）信碼11010010雙相碼

1010011001011001

局域網中的傳輸碼型。編碼規則：特點：缺點：應用：

4

CMI碼——傳號反轉碼

特點：

雙極性二電平碼，連碼個數不超過3個。

編碼規則：“1”——11、00交替“0”——01

應用：

A律PCM四次群的接口碼型；速率低于8.448Mb/s的光纜傳輸系統中。

5

nBmB碼(m>n)m位二進制碼（新碼組）n位二進制碼（原信碼組）2n

種組合2m

種組合從2m種中選擇許用碼組，其余為禁用碼組

例如：4B/3T碼，把4個二進制碼變換成3個三元碼，——1B/1T碼的改進型。在相同的碼速率下，4B/3T碼的信息容量大于1B/1T，因而可提高頻帶利用率。

4B/3T碼、8B/6T碼等適用于高速數據傳輸系統，如

高次群同軸電纜傳輸系統。

6

nBmT碼

(m

n)m位二進制碼（新碼組）n位二進制碼（原信碼組）數字基帶信號傳輸

與

碼間串擾§6.3基帶傳輸系統組成基帶傳輸系統模型§6.3.1系統組成與傳輸模型輸入信號碼型變換傳輸波形信道輸出接收濾波輸出位定時脈沖恢復的信息錯誤碼元

何謂ISI？產生ISI的原因？誤碼原因

——系統傳輸總特性不理想。{an}對應的基帶信號基帶傳輸總特性§6.3.2

定量分析如何消除ISI？

如何抑制n(t)？接收濾波器輸出信號：設抽樣時刻，則抽樣值為：

ISI值

噪聲

研究的問題：延時無碼間串擾de基帶傳輸特性§6.4若能使:,則無ISI怎么做？

做不到

關注抽樣時刻等TB的零點§6.4.1消除碼間串擾的設計思想含義：本碼元抽樣時刻有值；其他碼元抽樣時刻均為0。§6.4.2無碼間串擾的條件

時域條件根據，并利用時域條件：分段積分求和

頻域條件則有=1令利用時域條件：TB即得頻域條件

頻域條件：——檢驗或設計H(

)能否消除碼間串擾的理論依據。含義示例：注：TS

=

TB

§6.4.3H(

)的設計1

理想低通特性奈奎斯特帶寬（最窄帶寬）奈奎斯特速率（無ISI的最高波特率）存在問題:特性陡峭不易實現；響應曲線尾部收斂慢，擺幅大，對定時要求嚴格。fN—奈奎斯特帶寬f

—超出fN的擴展量2

余弦滾降特性

余弦滾降特性與時域響應：

越大，h(t)的拖尾衰減越快，但B

η

幾種滾降特性和響應曲線：各抽樣值之間增加一個零點,

尾部衰減較快

升余弦滾降：歸納Q

A——部分響應技術（見§6.7）西安電子科技大學通信工程學院

課件制作：曹麗娜系統無碼間串擾的傳輸數據速率：R=2fn/k,其中為k為正整數，最大無碼間串擾傳輸速率為Rmax=2fn。奈奎斯特帶寬fn為傳輸系統等效矩形帶寬，是系統實現無碼間串擾傳輸所需要的等效系統帶寬。判斷系統能否實現無碼間串擾：2fn/R=?正整數。滾降系數系統帶寬無ISI的最高頻帶利用率無ISI的最高碼元速率Baud=1(Baud/Hz）例（1）H(f)滿足無碼間串擾的頻域條件（2）（3）解基帶傳輸系統的抗噪聲性能§6.5研究：在無ISI條件下，噪聲n(t)引起的誤碼率Pe

高斯E[nR(t)]=0高斯白噪E[n(t)]=0nR(t)特性x(t)=s(t)+nR(t)PenR(t)§6.5.1二進制雙極性基帶系統的Pe

分析模型

nR(t)的一維概率密度函數為

可簡記為：對于雙極性基帶信號，其抽樣值為（+A,-A），則合成波x(t)=s(t)+nR(t)

在抽樣時刻的取值為:——高斯

x(t)特性

x(kTB)>Vd,判為“1”碼

x(kTB)

Vd,判為“0”碼設判決門限為Vd，判決規則:VdP(0/1)

P(1/0)=P(x

Vd)=P(x>Vd)“1”—正確—錯誤“0”—錯誤—正確誤碼率Pe

P(0/1)——發1錯判為0的概率:P(0/1)

P(1/0)——發0錯判為1的概率:P(1/0)

Pe的值取決于——P(1)、P(0)、A、和Vd

雙極性基帶系統的總誤碼率

:Q

A可見

——使Pe最小的判決門限電平P(0/1)

P(1/0)P(1)=P(0)時:P(0/1)

=P(1/0)Pe=最佳門限電平§6.5.2二進制單極性基帶系統的Pe對于單極性基帶信號，其抽樣值為（+A,0），則合成波x(t)=s(t)+nR(t)

在抽樣時刻的取值為:對比：雙極性基帶信號，其抽樣值為（+A,-A）

∴只需將的分布中心由-A移到0即可：Vd歸納對比：等概時：等概時：眼圖§6.6估計和調整系統性能的一種實驗方法何謂眼圖？觀察方法Tc=TB成因(a)無ISI的情況——大“眼睛”(c)，線跡細而清晰；(b)有ISI的情況——小“眼睛”(d)，且線跡雜亂。

眼圖示例TB存在噪聲時，眼圖線跡變成了模糊的帶狀線；噪聲越大，線條越寬、越模糊，“眼睛”張開的越小，

甚至閉合。眼圖模型眼圖照片(a)無ISI和n(t)的情況(b)有一定ISI和n(t)的情況二進制雙極性升余弦信號三電平部分響應信號部分響應和時域均衡§6.7——改善系統性能的兩種措施設計目標：§6.7.1

部分響應系統設計思想：——利用部分響應波形

進行傳輸的基帶系統觀察TB思路第Ⅰ類

部分響應系統——當前碼元只對下一個碼元產生碼間串擾TBTBTBTB

若g(t)為傳送信號的波形，且發送碼元的間隔為TB

則本碼元的抽樣值僅受

前一碼元的相同幅度樣值的串擾。合成波形TBNyquist速率：（無ISI的

最高波特率）無ISI的最高頻帶利用率:Nyquist帶寬：頻譜結構/TB實現方法(a)原理方框圖預編碼：可消除接收端的“差錯傳播”現象:

bk=ak?

bk-1（模2加）即ak=bk?

bk-1

Ck=bk+bk-1

相關編碼:（算數加）接收端對Ck作“模2判決”即可恢復ak

：

[Ck]mod2=[bk+bk-1

]mod2=ak(b)實際系統組成框圖第Ⅳ類部分響應系統相關編碼：Ck=bk-bk-2預編碼：bk=ak?

bk-2

即ak=bk?

bk-2

對Ck作模2判決以恢復ak：[Ck]mod2=[bk-bk-2

]mod2=bk?

bk-2=ak——當前碼元只對下下一個碼元產生碼間串擾注意缺點有ISI??(??)§6.7.2

時域均衡目的：消除或減小碼間串擾（ISI）方法：頻域均衡和時域均衡均衡原理無ISI

??(??)有誤差設T(ω)是以2π/TB

為周期的函數，即，使

滿足無碼間串擾條件：從而確定：將代入上式，可得:則T(ω)與??無關，可放到外面：求傅里葉反變換，則可得其單位沖激響應為：