通信系统仿真(第八次课).ppt

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,数字信号的基带传输,讲授人：肖湘,Email:xiaoxiang1806,内容,1,2,3,数字基带信号的码型,3,码型的功率谱分布,码间串扰,码 型,转换码型：,单极性非归零码,单极性归零码,双极性非归零码,双极性归零码,数字双相码,条件字双相码,密勒码,5.1.1,单极性非归零码,单极性非归零码是用电平,1,来表示二元信息中的“,1,”；,用电平,0,来表示二元信息中的“,0,”。,记作：,SNRZ,码。,优点：实现简单。,缺点：由于含有直流分量，对在带限信道中传输不利，另外当出现连续的,0,或者,1,时，电平长时间保持一个值，不利于提取时间信息以便获得同步。,MATLAB,实现,function y=snrz(x),t0=300;,t=0:1/t0:length(x);,for i=1:length(x);,if(x(i)=1),for j=1:t0,y(i-1)*t0+j)=1;,end,else,for j=1:t0,y(i-1)*t0+j)=0;,end,end,end,y=y,x(i);,M=max(y);,m=min(y);,MATLAB,实现,subplot(2,1,1),plot(t,y);grid on;,axis(0,i,m-0.1,M+0,1);,plot(t,y),t=1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1;,snrz(t);,5.1.2,单极性归零码,单极性归零码表示二元信息中的“,1,”时，给出的码元前半时间为,1,，后半时间为,0,；,用电平,0,来表示二元信息中的“,0,”。,记作：,SRZ,码。,优点：部分解决了传输问题，直流分量减少。,缺点：但遇到连续长,0,时同样无法给出定时信息。,MATLAB,实现,function y=snrz(x),t0=300;,t=0:1/t0:length(x);,for i=1:length(x);,if(x(i)=1),for j=1:t0,y(2i-2)*t0/2+j)=1;,y(2i-1)*t0/2+j)=0;,end,else,for j=1:t0/2,y(i-1)*t0+j)=0;,end,end,end,y=y,x(i);,M=max(y);,m=min(y);,MATLAB,实现,subplot(2,1,1),plot(t,y);grid on;,axis(0,i,m-0.1,M+0,1);,plot(t,y),t=1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1;,snrz(t);,数字通信系统的任务是传输数字信息，数字信息可能是来自数据终端设备的原始数据信号，也可能是来自模拟信号经数字化处理后的脉冲编码信号。数字信息在一般情况下可以表示为一个数字序列，数字序列的基本单元称为码元。每个码元只能取离散的有限个值，通常用不同幅度的脉冲表示码元的不同取值，这种脉冲信号被称为数字基带信号，这是因为它们所占据的频带通常从直流和低频开始。,数字信号基带传输,在某些具有低通特性的有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以不经过载波调制而直接进行传输，这种不使用调制和解调装置而直接传送数字基带信号的系统，我们称它为,数字基带传输系统,。而具有调制和解调过程的传输系统称为,数字频带传输系统,。,数字信号基带传输,内容,1,2,3,数字基带信号的码型,3,码型的功率谱分布,码间串扰,数字基带信号的时域波形，从信号传输的角度来看，还需要进一步了解数字基带信号的频域特性。通过频谱分析，我们可以了解信号需要占据的频带宽度，所包含的频率分量，有无直流分量，有无定时分量等。这样，我们才能针对信号频谱的特点来选择相匹配的信道，以及确定是否可以从信号中提取定时信号。,码型的功率谱分布,在实际通信中，被传送的信息事先是无法知道的，因此数字基带信号是,随机信号,的脉冲序列。由于随机信号不能用确定的时间函数表示，也就没有确定的频谱函数，所以只能用,功率谱,来描述它的频域特性。,根据随机信号分析理论，求功率谱表达式，可以先求出随机信号序列的自相关函数。也可以由随机信号过程功率谱的原始定义出发，求出简单码型的功率谱密度。,码型的功率谱分布,内容,1,2,3,数字基带信号的码型,3,码型的功率谱分布,码间串扰,由于系统传输特性不良或,加性噪声,的影响，使信号波形发生畸变，造成收端判决上的困难，因而造成误码，这种现象称为,码间串扰,。,现象：,脉冲会被展宽，甚至重迭（串扰）到邻近时隙中去成为干扰。,码间串扰,基带传输的误码率,基带传输系统的模型如图所示。图中各主要部分的作用简述如下：,数字基带系统模型,发送滤波器：,基带传输系统的输入是由终端设备或编码器产生的脉冲序列，它往往不适合直接送到信道中传输。信道信号形成器的作用就是把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号。这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。,信道：,它是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，如市话电缆、架空明线等。信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，甚至是随机变化的。另外，信道还会进入噪声。在通信系统的分析中，常常把噪声,n(t),等效，集中在信道中引入。,基带传输的误码率,接收滤波器：,它的主要作用是滤除带外噪声，使信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。,抽样判决器：,它是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。,基带传输的误码率,图中，,a,n,为发送滤波器的输入符号序列。在二进制的情况下，,a,n,取值为,0,、,1,或,-1,、,+1,。为了分析方便，假设,a,n,对应的基带信号,d(t),是时间间隔为,Ts,、强度由,a,n,决定的单位冲激序列，即,此信号激励发送滤波器时，发送滤波器的输出信号为,基带传输的误码率,式中，是单个 作用下形成的发送基本波形，即发送滤波器的冲激响应。如设发送滤波器的传输特性为,，则 由下式确定,若再假设信道的传输特性为 ，接收滤波器的传输特性为 ，则图所示的基带传输系统的总传输特性为,基带传输的误码率,其单位冲激响应为,h(t),是单个 作用下，形成的输出波形。因此在 序列 作用下，接收滤波器输出信号可 表示为,式中，是加性噪声 经过接收滤波器后输出的噪声。,基带传输的误码率,抽样判决器对 进行抽样判决，以确定所传输的数字信息序列 。例如我们要对第,k,个码元进行判决，应在 时刻上,(,是信道和接收滤波器所造成的延迟,),对 抽样，由式得,式中，第一项是第,k,个码元波形的抽样值，它是确定 的依据。,基带传输的误码率,第二项是除第,k,个码元以外的其他波形在第,k,个抽样时刻上的总和，它对当前码元的判决起着干扰的作用，所以称为码间串扰。由于 是以概率出现的，故码间串扰值通常是一个随机变量。第三项是输出噪声在抽样瞬间的值，它是一种随机干扰，也要影响对第,k,个码元的正确判决。,此时，实际抽样值 不仅有本码元的值，还有码间串扰值及噪声，所以当 加到判决电路时，对 取值的判决可能判对也可能判错。,例如，在二进制数字通信时，的可能取值为“,0”,或“,1”,，若判决电路的判决门限为 ，则这时的判决规则为：,当 时，判为“,1”,；,当 时，判为“,0”,显然，只要当码间串扰值和噪声足够小时，才能保证上述判决的正确；否则有可能发生误判，造成误码。因此，为使基带脉冲传输获得足够小的误码率，必须最大限度地减小码间串扰和随机噪声的影响。,基带成形网络,码间串扰分析模型,检测,脉冲调制,信道,抽样,器,判决器,窄脉冲生成器,发送,滤波器,线路,编码,接收,滤波器,无码间串扰的基带传输特性,由式可知，若想消除码间串扰，应有,由于 是随机的，要想通过各项相互抵消使码间串扰为,0,是不行的，这就需要对 的波形提出要求，如果相邻码元的前一个码元的波形到达后一个码元抽样时刻时已经衰减到,0,，就能满足要求。,但是这样的波形不易实现，因为实际中 的波形有很长的“拖尾”，也正是由于每个码元“拖尾”造成对相邻码元的串扰，但是只要让它在 ，等后面码元抽样判决时刻上正好为,0,，就能消除码间串扰。著名的奈奎斯特第一准则就给出了无码间串扰时，基带传输特性应满足的频域条件,奈奎斯特证明了接收端不产生码间串扰的条件：,要使码元传输速率为,Rs,的信号不存在码间串扰，理论上所需的最小系统带宽为,Rs/2,。,无码间串扰的传输条件,评价基带传输系统性能的一个定性而方便的方法是观察接收端的基带信号波形。如果将接收波形输入示波器的垂直放大器，把产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步，则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图案，这个就称之为“眼图”。,在二元码时，一个码元周期只能观察到一只“眼睛”，三元码时可以看到两只“眼睛”，对于,M,元码可以看到？,眼 图,“眼睛”的张开程度可以作为基带传输系统性能的一种度量，它不但反映串扰的大小，而且也可以反映信道噪声的影响。,结论：“眼睛”越张开，码间串扰越小，系统传输性能越好。,眼 图,眼 图,眼图是利用试验手段方便估计,基带传输系统性能,的一种测量方法。,它是指接收滤波器输出的信号波形在示波器上叠加所形成的图形，在传输二进制信号波形时，它很像人的眼睛。注意：示波器的抽样速率应为信号速率的整数倍。,最佳抽样时刻,应是,“,眼睛,”,张开最大的时刻,连,“,1,”,码,连,“,0,”,码,无码间串扰,有码间串扰,连,“,1,”,码,连,“,0,”,码,Eyediagram,函数,eyediagram(x,N,period,offset,plotstring),X:,信号,N,：采样点数,period:,水平轴的范围：,-period/2,period/2,Offset:,偏置因子，必须是非负整数，,0,N-1,Plotstring:,与,plot,函数一致，绘制眼图时采用的符号、线性和颜色等。,眼图的模块,眼图模块,模块名称：离散时间眼图（,Discrete Eye Diagram Scope,）,位置：,Communication BlocksetComm Sinks,