1、第五章：數(shù)字信號的基帶傳輸重點(diǎn)：1.數(shù)字基帶信號2.碼間串?dāng)_3.升余弦滾降傳輸特性4.眼圖5.時域均衡原理頻帶傳輸：使用調(diào)制解調(diào)器。即發(fā)送端使用調(diào)制器，接收端使用解調(diào)器?；鶐鬏敚翰唤?jīng)過調(diào)制而直接傳送的方式，即發(fā)送端不使用調(diào)制器，接收端也不使用解調(diào)器。但是一般要經(jīng)過簡單的頻譜變換(例如形成升余弦,去掉直流分量等)信號與信道匹配: 是基帶傳輸?shù)幕舅枷?.1 數(shù)字基帶信號傳輸碼型的選擇（見書139頁）碼型變換： 數(shù)字信息的電脈沖表示過程Dc component. Eliminating the dc energy from the signals power spectrumenables th

2、e system to be ac coupled. Magnetic recording systems, or systemsusing transformer coupling, have little sensitivity to very low frequency signalcomponents. Thus low-frequency information could be lost.2. Self-Clocking. Symbol or bit synchronization is required for any digital communicationsystem. S

3、ome PCM coding schemes have inherent synchronizing or clocking features that aid in the recovery of the clock signal. For example,the Manchester code has a transition in the middle of every bit interval whether a one or a zero is being sent. This guaranteed transition provides a clocking signal.3. E

4、rror detection. Some schemes, such as duobinary, provide the means of detecting data errors without introducing additional error-detection bits into the data sequence. 4. Bandwidth compression. Some schemes, such as multilevel codes, increase the efficiency of bandwidth utilization by allowing a red

5、uction in required bandwidth for a given data rate; thus there is more information transmitted per unit bandwidth.5. Differential encoding. This technique is useful because it allows the polarity of differentially encoded waveforms to be inverted inverted without affecting the data detection. In com

6、munication systems where waveforms sometimes experience inversion, this is a great advantage. (Differential encoding is treated in greater detail in Chapter 4, Section 4.5.2.)6. Noise immunity. The various PCM waveform types can be further characterized by probability of bit error versus signal-to-n

7、oise ratio. Some of the schemes are more immune than others to noise. For example, the NRZ waveforms have better error performance than does the unipolar RZ waveform.單極性不歸零碼：0：零電平 1：正電平電脈沖之間無間隔，極性單一，有直流分量抗干擾能力差， 判決電平為1/2，引起漂移，另外位同步信息包含在電平的轉(zhuǎn)換之中，當(dāng)出現(xiàn)連0序列時沒有位同步信息雙極性不歸零碼：0：負(fù)電平 1：正電平穩(wěn)定，抗干擾能力好，由于它是幅度相等極性相反

8、的雙極性波形， 故當(dāng)0、 1符號相等出現(xiàn)時無直流分量。判決電平為0，漂移小，抗干擾能力較強(qiáng)單極性歸零碼：單一極性，電脈沖間有間隔脈沖窄，每個脈沖總是要回到零電平可以直接提取同步信號雙極性歸零碼：雙極性，電脈沖間有間隔脈沖窄，每個脈沖總是要回到零電平可以直接提取同步信號差分碼：利用前后碼元的相對極性來傳送消息的“0”差分碼：極性改變表示“0”，不變表示“1”“1”差分碼：極性改變表示“1”，不變表示“0”優(yōu)點(diǎn)：可抵抗信道中極性反轉(zhuǎn)交替極性碼：將單極性波形中的所有正電平脈沖轉(zhuǎn)換為正負(fù)交替的波形無直流成分即使接收端極性完全相反，也能正確判決用于北美系列一，二，三次群接口碼3階高密度雙極性碼：當(dāng)連“0

9、”的個數(shù)超過4時，則將第四個“0”變換成其前一非“0”符號(+1/-1)同極性的符號。無直流成分碼型變換簡單，翻轉(zhuǎn)部件用整流器用于歐洲系列一，二，三次群接口碼取代節(jié) 000V相鄰兩個V之間，傳號為奇數(shù)。 B00V相鄰兩個V之間，傳號為偶數(shù)， B的極性與前一非“0”符號相反。例：代碼：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 AMI：-1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1+1 HDB3：-1 0 0 0-V +1 0 0 0+V -1 +1 -B 0 0 V +1 -1雙相碼：每個二進(jìn)制代碼分別用兩個具有不同相位的二進(jìn)制代碼來取

10、代。“1”碼用10表示 “0”碼用01表示 無直流分量，最長連“0”，連“1”數(shù)為2定時信息豐富米勒碼：“1”碼用01和10交替變化來表示 “0”碼時：單個“0”時，無躍變，連“0”時，用 00和11交替變化來表示 雙相碼的下降沿正好對應(yīng)米勒碼的躍變沿信號反轉(zhuǎn)碼：“0”碼：用01來表示 “1”碼：用 00和11交替變化來表示 無直流分量，含有豐富定時信息為PCM四次群接口碼差分模式反轉(zhuǎn)碼：對“0”碼：若前面變換碼為01或11，則DMI碼為01 ，若前面變換碼為10或00，則DMI碼為10 對“1”碼：用 00和11交替變化來表示 最長連“0”，連“1”數(shù)為2基帶信號的頻譜特性 研究基帶信號的頻

11、譜結(jié)構(gòu)是十分必要的，通過譜分析， 我們可以了解信號需要占據(jù)的頻帶寬度，所包含的頻譜分量， 有無直流分量， 有無定時分量等。這樣，我們才能針對信號譜的特點(diǎn)來選擇相匹配的信道，以及確定是否可從信號中提取定時信號。 數(shù)字基帶信號是隨機(jī)的脈沖序列，沒有確定的頻譜函數(shù)， 所以只能用功率譜來描述它的頻譜特性。假設(shè)g1(t) 表示“0”碼，概率分別為P g2(t) 表示“1”碼，概率為1-P g1(t-nTs), 以概率P出現(xiàn) g2(t-nTs), 以概率(1-P)出現(xiàn) Xn(t)= 為了使頻譜分析的物理概念清楚，推導(dǎo)過程簡化，我們可以把x(t)分解成穩(wěn)態(tài)波v(t)和交變波u(t)。 二進(jìn)制隨機(jī)脈沖序列s(

12、t)表示為 式中，v(t)是穩(wěn)態(tài)波，并是以Ts為周期的周期信號；u(t)為交變波屬隨機(jī)信號。隨機(jī)脈沖序列s(t)的功率譜密度Ps(w)表示為其中G1(f) 、 G2(f) 分別為g1(t)、 g2(t)的傅氏變換，fb1/Tb。 可以得出如下結(jié)論： （1）隨機(jī)脈沖序列功率譜包括兩部分：連續(xù)譜（第一項）和離散譜（第二項）。對于連續(xù)譜而言，由于代表數(shù)字信息的g1(t)及g2(t)不能完全相同，故G1(f) G2(f) ，因此，連續(xù)譜總是存在；而對于離散譜而言，則在一些情況下不存在，如 g1(t)及g2(t)是雙極性的脈沖，且出現(xiàn)概率相同時。 （2）當(dāng)g1(t) 、 g2(t) 、p及Tb給定后，隨

13、機(jī)脈沖序列功率譜就確定了。 (1)隨機(jī)數(shù)字基帶信號的功率譜通常包括離散譜和連續(xù)譜并在 整個頻域無限延伸；(2)不論離散譜或連續(xù)譜，都與基本脈沖的頻譜G()、基帶信 號的形式（即c1和c0）及統(tǒng)計特性（即p）有關(guān);(3) 連續(xù)譜在實(shí)際中總是存在的，因?yàn)?c1c0，p0，p1， 我們主要關(guān)心的是信號集中在哪個頻率范圍及信號的帶 寬；根據(jù)它的連續(xù)譜可以確定序列的帶寬（通常以譜的第 一個零點(diǎn)作為序列的帶寬）。(4)離散譜不一定總是存在的。我們主要關(guān)心 b分量 ，它對于 位同步信號的提取十分重要。（例： c1=-c0，時， Ebk=0，離散譜為零） 當(dāng)矩形脈沖的寬度和碼元寬度的占空比不同時，將得到不同的

14、頻譜。02040604081216200 025單極性不歸零矩形P= 05f/fbx() 00625單極性矩形 半占空 ，P= 050040080120816243240000422005070f/fbx()單極性升余弦P= 0.502 02504060 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0f/fb當(dāng)基本脈沖不同時，也將得到不同的頻譜。x()AMI碼f/ fb00.21.20.80.60.41.01.41.61.82.00.1Tb0.2Tb0.3Tb0.4Tb0.5Tb0.6Tb0.7Tbx()如果規(guī)定占信號功率90%的范圍為信號的帶寬Bs，則有：當(dāng)以矩形脈沖作為基本脈沖的信號，通過數(shù)值積分

15、可以求出：即：數(shù)字基帶信號的帶寬，近似為脈沖寬度的倒數(shù)碼元速率：Rb=1/Tb，二進(jìn)制基帶信號的功率譜密度從以上可以看出： （1）隨機(jī)序列的帶寬主要依賴單個碼元波形的頻譜函數(shù)G1(f)或G2(f)，兩者之中應(yīng)取較大帶寬的一個作為序列帶寬。 時間波形的占空比越小，頻帶越寬。通常以譜的第一個零點(diǎn)作為矩形脈沖的近似帶寬，它等于脈寬的倒數(shù)，即Bs=1/。 不歸零脈沖的=Ts，則Bs=fs；半占空歸零脈沖的=Ts/2，則Bs=1/=2fs。 其中fs=1/Ts， 位定時信號的頻率，在數(shù)值上與碼速率RB相等。 （2）單極性基帶信號是否存在離散線譜取決于矩形脈沖的占空比，單極性歸零信號中有定時分量，可直接提

16、取。單極性不歸零信號中無定時分量，若想獲取定時分量，要進(jìn)行波形變換。0、1等概的雙極性信號沒有離散譜，也就是說無直流分量和定時分量。 6.2 基帶信號的傳輸 H(w)= GT(w) G(w) Gr(w) 1、發(fā)送濾波器：也叫信道信號形基帶形成濾波器H()成器，用來產(chǎn)生適合于信道產(chǎn)生的基帶信號。2、信道傳輸受到的影響：發(fā)送濾波器輸出的基帶信號送入信道，基帶信號在傳輸過程中受到兩個因素的影響。（1）受到信道特性的影響，使信號產(chǎn)生畸變；（2）被加性噪聲疊加，使信號產(chǎn)生隨機(jī)畸變。3、接收濾波器：（1） 抑制帶外噪聲， （2） 均衡、調(diào)整信號波形，減小信號畸變4、識別電路：（1） 限幅、整形（2） 抽樣

17、判決，要在最佳時刻、用最佳門限判決。碼間串?dāng)_及其特性分析碼間串?dāng)_奈奎斯特準(zhǔn)則門限判決：峰值的1/2抽樣間隔：fs碼元速率：fs基帶傳輸系統(tǒng)的總傳輸特性為 H()=GT()C()GR() 接收濾波器輸出信號y(t)可表示為 y(t)=d(t)*h(t)+nR(t)= akh ( t-kTb ) +NR (t) 我們要對第j個碼元aj進(jìn)行判決 ，應(yīng)在t=kTs+t0時刻上（t0是信道和接收濾波器所造成的延遲）對y(t)抽樣;y(jTb+t0)= akh ( jTb+t0 ) -kTb+nR(jTb+t0) =ajh(t0)+ akh(j-k)Tb+t0+nR(jTb+t0)y(jTb+t0)=aj

18、h(t0)+ akh(j-k)Tb+t0+nR(jTb+t0)第一項 ajh(t0) 是第j個碼元在抽樣瞬間jTb+t0所取得的值，它是確定aj的依據(jù)。第二項 akh(j-k)Tb+t0是除第j個碼元以外的其他碼元波形在第jTb+t0個抽樣時刻上的總和，它對當(dāng)前碼元aj的判決起著干擾的作用，所以稱為碼間串?dāng)_值。由于ak是以概率出現(xiàn)的，故碼間串?dāng)_值通常是一個隨機(jī)變量。第三項 nR(jTb+t0) 是輸出噪聲在抽樣瞬間的值，它是一種隨機(jī)干擾，也要影響對第j個碼元的正確判決。y(jTb+t0)=ajh(t0)+ akh(j-k)Tb+t0+nR(jTb+t0)第二項 akh(j-k)Tb+t0是除第

19、j個碼元以外的其他碼元波形在第jTb+t0個抽樣時刻上的總和，它對當(dāng)前碼元aj的判決起著干擾的作用，所以稱為碼間串?dāng)_值。由于ak是以概率出現(xiàn)的，故碼間串?dāng)_值通常是一個隨機(jī)變量。y(jTb+t0)=ajh(t0)+ akh(j-k)Tb+t0+nR(jTb+t0)第三項 nR(jTb+t0) 是輸出噪聲在抽樣瞬間的值，它是一種隨機(jī)干擾，也要影響對第j個碼元的正確判決。n(t) 0 t碼間干擾和隨機(jī)噪聲兩者都會引起判決錯誤，顯然，當(dāng)碼間干擾和噪聲較小時，判決一般是正確的；當(dāng)碼間干擾和噪聲較大時就可能發(fā)生錯判。碼間干擾和噪聲越大，錯判的可能性就越大。為了減少判決錯誤即降低誤碼率，必須最大限度地減少碼

20、間干擾和隨機(jī)噪聲的影響。碼間串?dāng)_的消除，應(yīng)有akh(j-k)Tb+t0=0消除碼間串?dāng)_原理無碼間串?dāng)_的基帶傳輸特性無碼間串?dāng)_的基帶系統(tǒng)應(yīng)滿足下式:akh(j-k)Tb+t0 = 1, j=k0, j k 理想低通系統(tǒng)（a） 傳輸特性； (b) 沖激響應(yīng) Heq()通常稱為基帶傳輸系統(tǒng)的等效低通傳輸函數(shù)。其物理意義是將各分段移在（ -/Tb ，/ Tb ）相疊加Hep(w)的構(gòu)成 無碼間串?dāng)_的等效特性低通矩形傳輸特性與極限碼率余弦滾降傳輸特性滾降特性構(gòu)成傳輸系統(tǒng)的帶寬為 ( 1+fb )/2a=1,100%滾降，升余弦特性a=0,理想低通特性原始基帶信號經(jīng)過升余弦濾波器后兩者疊加經(jīng)過接收低通濾波器后三者疊加判決輸出無碼間串?dāng)_基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能 若二進(jìn)制基帶信號為雙極性，設(shè)它在抽樣時刻的電平取值為+A或-A（分別對應(yīng)與信碼“1”或“0” ）, 則x(t)在抽樣時刻的取值為x(kTs)= A+nR(Kts), 發(fā)送“1”時 -A+nR(kTs), 發(fā)送“0”時 設(shè)判決電路的判決門限為Vd，判決規(guī)則為 x(kTs)Vd, 判為“1”碼 x(kTs)Vd，判為“0”碼故當(dāng)發(fā)送“1”時，A+nR(kTs)的一維概率密度函數(shù)為而當(dāng)發(fā)送“0”時，-A+nR(kTs)的一維概率密度函數(shù)為x(t) 的概率密度曲線 這時， 在-A到+A之間選擇一個