数字传输系统.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第五章 数字基带传输系统,5.1,数字基带信号,5.2,基带传输的常用码型,5.3,基带脉冲传输与码间干扰,5.4,无码间干扰的基带传输特性,5.5,部分响应系统,5.6,无码间干扰基带系统的抗噪声性能,5.7,眼图,1,5.1,数字基带信号,数字基带信号波形,在传输距离不远的有线信道,数字基带信号可直接传送,.,任何数字传输系统均可等效为基带传输系统,组成基带信号的单个码元可以是矩形、升余弦脉冲、高斯形脉冲、半余弦脉冲等。,2,单极性波形,双极性波形,单极性归零,双极性归零,差分波形,多值波形,0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0,3E,E,-E,-3E,3,基带信号的频谱特性,数字基带信号一般是随机信号，用功率谱密度来描述其频谱特性。,设二进制随机脉冲序列，,g,1,（,t,）,0,，,g,2,（,t,）,1,，码元宽度,T,s,，,在任一码元时间,T,s,内,g,1,（,t,）和,g,2,（,t,）出现的概率为,P,，,1-P,，且统计独立。,T,s,4,S,（,t,）通常是功率型的,看成是由一个稳态波 和交变波 构成,5,（稳态波）,的平均分量,1.稳态波 的功率谱密度,6,2.,交变波 的功率谱密度,3.,的功率谱密度,(1),单极性波形 设,7,(2),双极性波形,一般地,如果 (与t无关),且 0 k 1,则 g,1,(t)及 g,2,(t)组成的脉冲序列将无离散谱.,8,5.2,基带传输的常用码型,码型,脉冲波形的区别,传输码型,(,线路码,),的设计原则,:,传输频带的高频和低频部分均受限,便于从基带信号中提取位定时信息,.,对传输频带低端受限的信道,传输码型频谱不含直流分量,.,码型变换,(,码型编译码,),过程不受信源统计特性影响,.(,传输码型的频谱与信源的统计特性有关,),9,4),尽可能提高传输码型的传输效率,.5),具有内在的检错能力,.,AMI,码,Alternate Mark Inversion,00,1,交替变换为,+1,-1,的归零码,通常脉冲宽度为码元周期之半,.,消息,1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1,AMI,码,+1 0 0 -1 +1 0 0 0 -1 +1 -1,特点,:,基带信号正、负脉冲交替，,0,电位保持不,变,无直流成分,二进制符号序列,三进制符号序列,（一位）二进制符号,（一位）三进制符号（,1B/1T,码型）,10,二进制信息,1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1,发送,AMI,码,[phone]+1 0 0 1+1,接收,AMI,码,+1 0 1 0 0,+1,0 0+1 0 0 1+1,AMI,码含有冗余信息，,具有检错能力。,缺点 与信源统计特性有关，功率谱形状随传号率（出现“,1”,的概率）而变化。,出现连“,0”,时，长时间不出现电平跳变，定时提取困难。,破坏极性交替规律,11,归一化功率谱,1,fT,HDB3,AMI,P=0.5,P=0.4,能量集中在频率为1/2码速处,位定时频率(即码速频率)分量,为0,但只要将基带信号经全波整流变为二元归零码,即可得,位定时信号.,12,HDB3,码,(High Density Bipolar 3 Zeros),消息代码,AMI,码,没有4个以上连0HDB3,第4个0变为同极性V,相邻V之间有偶数,个非0符号,将该小段第1个0变换反极性,B,后面的非0符号从V开始交替变化.,消息码 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1,AMI码 -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1,HDB3码 -1 0 0 0 -V+1 0 0 0 +V-1+1-B 0 0 -V+1 -1,译码:V是表示破坏极性交替规律的传号,V是破坏点,译码时,找到破坏点,断定V及前3个符号必是连0符号,从而恢复4个连0码,再将-1变成+1,便得到消息代码.,13,5.3,基带脉冲传输与码间干扰,基带系统模型,发送滤波器 传输信道,n(t,),接收滤波器,发送滤波器输入,发送滤波器输出,G,T,（,）,C,（,）,G,R,（,）,识别,电路,+,d(t,)s(t,),r(t,),n,R,(t,),14,接收波,限幅门限,限幅整形,抽 样,判决(再生),15,发送滤波器传输特性为,G,T,（,）则：,接收滤波器输出信号,r(t,),r(t,),识别电路 抽样时刻,kT,s,+t,0,t,0,是可能的时偏,(,由信道特性及接收滤波器决定,),n(t)通过接收滤波器,16,第k个接收,基本波形,码间干扰,随机干扰,为使基带脉冲传输获得足够小的误码率,必须,最大限度地减少码间干扰和随机噪声的影响,17,5.4,无码间干扰的基带传输特性,基带传输特性,识别,h(t)为系统 的冲激响应,18,当无码间干扰时,对,h(t,),在,kT,s,抽样,有,:,奈奎斯特第一准则,19,H(,),为理想低通时,满足无码间干扰条件,20,输入数据以,1/T,s,波特进行传送,则在抽样时刻无码间干扰,.,系统频带宽度为,最高频带利用率,设系统频带为,W(,赫,),则该系统无码间干扰时的最高传输速率为,2W(,波特,),21,当,H(,),的定义区间超过 时,满足奈奎斯特第一准则的,H(,),不只有单一的解,.,22,将 圆滑处理(滚降),只要 对W,1,呈奇对称,则 满足奈奎斯特第一准则.,滚降因数,23,按余弦滚降的 表示为,当=1时,带宽比=0加宽一倍,此时,频带利用率为1B/Hz,24,5.5,部分响应系统,奈奎斯特第二准则：,有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间干扰，而在其余码元的抽样时刻无码间干扰，那么就能使频带利用率提高到理论上的最大值，同时又可以降低对定时精度的要求。这种波形称为部分响应波形。,利用部分响应波形进行传送的基带传输系统称为部分响应系统。,25,例 两个时间间隔为一个码元时间,Ts,的,sinx/x,波形相加。,26,27,g(t,),的尾巴按,1/t,2,变化，衰减大，收敛快。,若用,g(t,),作为传送波形,且传送码元间隔为,T,s,则在抽样时刻,将发生前后码元相互干扰,而与其他码元不发生干扰,.,输入的二进制码元序列,a,k,接收波形,g(t,),在相应的抽样时刻获得的,c,k,值为,:,c,k,=,a,k,+,ak-1,若,a,k-1,已经判定,则借助收到的,c,k,便可得到,a,k,a,k,=c,k,-a,k-1,易造成错误传播,28,让发送端,a,k,变成,b,k,a,k,=b,k,b,k-1,预编码,即,b,k,=a,k,b,k-1,b,k,作为发送滤波器的输入码元序列,c,k,=b,k,+b,k-1,相关编码,对,c,k,作模,2,处理,c,k,mod2,=b,k,+b,k-1,mod2,=b,k,b,k-1,=,a,k,模,2,判决,预编码,相关编码,模,2,判决 不存在错误传播现象,29,例,a,k,1 1 1 0 1 0 0 1,b,k-1,0 1 0 1 1 0 0 0,b,k,1 0 1 1 0 0 0 1,c,k,1 1 1 2 1 0 0 1,c,k,mod2,1 1 1 0 1 0 0 1,首个,b,k-1,可任意预置,30,+,相加,模2判决,T,T,发,a,k,收,a,k,b,k,b,k,c,k,b,k-1,b,k-1,预编码,相关编码,抽样脉冲,31,当,g(t,),是,N,个相隔,T,s,的,sinx/x,波形之和,R,1,R,2,R,n,为,n,个冲激响应波形的加权系数,取值为正、负整数（包括,0,）,预编码,a,k,=R,1,b,k,+R,2,b,k-1,+R,n,b,k-(n-1),+:,模,L,相加,a,k,b,k,为,L,进制,相关编码,c,k,R,1,b,k,+R,2,b,k-1,+R,n,b,k-(n-1),算术加,对,c,k,作模,L,处理,c,k,modL,=R,1,b,k,+R,2,b,k-1,+R,n,b,k-(n-1),modL,=,a,k,32,5.6,无码间干扰基带系统的抗噪声性能,信道噪声,:,平稳高斯白噪声,零均值,方差,信道噪声的瞬时值为,V,，则,判决电路输入噪声 ，平稳高斯随机噪声，,功率谱密度,33,双极性基带信号,在一个码元持续时间内,抽样判决器输入端波形,发“,1”,时,的一维概率密度,发“,0”,时,的一维概率密度,34,1,错判为,0,概率,P,e1,0,错判为,1,概率,P,e2,35,发“1的概率为P（1）发“0”的概率为P（0）,基带传输系统总的误码率,P,e,=P（1）P,e1,+P（0）P,e2,36,使总误码率最小的判决门限,最佳门限电平,若,P,（,0,）,=P,（,1,）,=1/2,此时,单极性基带波形,P,e,=1/2 P,e1,+1/2 P,e2,37,5.7,眼图,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，称为“眼图”,38,5.7 眼图,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，称为“眼图”,39,5.7 眼图,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，称为“眼图”,40,5.7 眼图,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，称为“眼图”,41,噪声容限,抽样时刻畸变,最佳抽样时刻,判决门限电平,过零点畸变,斜率 对定时误差的敏感度,眼图模型,42,例 计算机输出二元码的数据速率为,56Kbit/S,，且采用基带信道传输，若按照以下几种滚降系数设计实际升余弦信道，求信道带宽。,（,1,）（,2,）,解 升余弦信道带宽,（,1,）,W=1.2528KHz=35KHz,（,2,）,W=1.528KHz=42KHz,43,时域均衡,在基带系统中插入一种可调（也可不调）滤波器将能减小码间干扰的影响，这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。,在接收滤波器之后插入一个横向滤波器，其冲激响应为：,完全依赖于,H(,),那么,理论上就可消除抽样时刻上的码间干扰。,44,在抽样时刻,除K=0 外，我们期望所有的 都等于0，,适当选择,45,例：当均衡器的输入序列为,其余 为零，抽头系数,其余 为零，求,46,1 1,1,用有限长的横向均衡器减小码间干扰是,可能的，完全消除是不可能的,47,