哈工程考研通信原理课件.ppt
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1、第四章第四章数字基带传输系统数字基带传输系统 数字基带信号的码型数字基带信号的码型 数字基带信号的频谱特性数字基带信号的频谱特性 数字基带传输中的码间干扰数字基带传输中的码间干扰 无码间干扰的基带传输特性无码间干扰的基带传输特性无码间干扰的基带系统无码间干扰的基带系统 抗噪声性能抗噪声性能 眼图眼图 均衡均衡 小结小结Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.4.1 4.1 数字基带信号的码型数字基带信号的码型
2、数字基带信号码型的设计原则对于传输频带低端受限的信道,一般来讲线路传输码型的对于传输频带低端受限的信道,一般来讲线路传输码型的频谱中应不含直流分量。频谱中应不含直流分量。码型变换码型变换(或叫码型编译码或叫码型编译码)过程应对任何信源具有透明性,过程应对任何信源具有透明性,即与信源的统计特性无关。即与信源的统计特性无关。便于从基带信号中提取定时信息。包括位定时信息和分组便于从基带信号中提取定时信息。包括位定时信息和分组同步信息。同步信息。便于实时监测传输系统信号传输质量,即应能检测出基带便于实时监测传输系统信号传输质量,即应能检测出基带信号码流中错误的信号状态。信号码流中错误的信号状态。尽量减
3、少基带信号频谱中的高频分量。这样可以节省传输尽量减少基带信号频谱中的高频分量。这样可以节省传输频带,提高信道的频谱利用率,还可以减小串扰。频带,提高信道的频谱利用率,还可以减小串扰。编译码设备应尽量简单。编译码设备应尽量简单。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.1 1、单极性非归零码、单极性非归零码 在二元码中用高电平在二元码中用高电平A和低电平和低电平(常为零电平常为零电平)分别表示分别表示二进制信息二进
4、制信息“1”和和“0”,在整个码元期间电平保持不变,在整个码元期间电平保持不变,单极性非归零码常记作单极性非归零码常记作NRZ。1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 2 2、双极性非归零码、双极性非归零码 在二元码中用正电平和负电平分别表示在二元码中用正电平和负电平分别表示“1”和和“0”。整。整个码元期间电平保持不变,而在这种码型中不存在零个码元期间电平保持不变,而在这种码型中不存在零电平。电平。1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1一一.二元码二元码Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Cli
5、ent Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.3 3、单极性归零码、单极性归零码 发送发送“l l”时,在整个码元期间高电平只持续一段时间,在时,在整个码元期间高电平只持续一段时间,在码元的其余时间内则返回到零电平。常记作码元的其余时间内则返回到零电平。常记作RZ(L)。1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 14 4、差分码、差分码 在差分码中,在差分码中,“1”、“0”分别用电平跳变或不变来表示。分别用电平跳变或不变来表示。若用电平跳变来表示若用电平跳变来表示“1”,则称为传号差分码,则称为传号差分码,记作,记作NRZ
6、(M)。若用电平跳变来表示。若用电平跳变来表示“0”,则称为空号差分码,则称为空号差分码,记作记作NRZ(S)。1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.5 5、数字双相码、数字双相码 数字双相码又称为分相码或曼彻斯特码。它用一个周期的方波数字双相码又称为分相码或曼彻斯特码。它用一个周期的方波 表示表示“1”,而用它的反相波形表示,而用它的反相波形表示“0”。例如
7、:例如:Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.6 6传号反转码传号反转码 传号反转编码传号反转编码(CMI码码)与数字双相码类似,也是一种二电平非归零码。与数字双相码类似,也是一种二电平非归零码。编码规则为:编码规则为:“l l”用交替的用交替的“0 00 0”和和“1 11 1”两位码组表示,而两位码组表示,而“0 0”则固定地用则固定地用“0 10 1”表示表示。1 1 0 1 0 0 1 07 7密勒码
8、密勒码 密勒码又称延迟调制,它是数字双相码的一种变型。在密勒码中,密勒码又称延迟调制,它是数字双相码的一种变型。在密勒码中,“1”用码元周期中点处出现跳变来表示,而对于用码元周期中点处出现跳变来表示,而对于“0”则有两种情况:当则有两种情况:当出现单个出现单个“0”时,在码元周期内不出现跳变;但若遇到连时,在码元周期内不出现跳变;但若遇到连“0”时,则在时,则在前一个前一个“0”结束结束(也就是后一个也就是后一个“0”开始开始)时出现电平跳变。时出现电平跳变。1 1 0 1 0 0 1Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5
9、Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.三元码幅度取值有三个:+1、0、-1。三元码种类很多,被广泛地用作脉冲编码调制的线路传输码型。1 1、双极性归零码、双极性归零码 它是双极性不归零码的归零形式,如下图。此时对应每一符号都有零电位的间隙产生,即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。1 0 1 0 0 1 1 0二二.三元码三元码Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011
10、 Aspose Pty Ltd.AMI AMI码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码“0 0”(空号空号)和和“1 1”(传号传号)按如下规则进行编码的码:代码的按如下规则进行编码的码:代码的0 0仍变换为传输码的仍变换为传输码的0 0,而把代码中的,而把代码中的1 1交替地变换为传输码的交替地变换为传输码的+1+1、-1-1、+1+1、-1-1、。例如:。例如:消息代码:消息代码:1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1.1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1.AMIAMI码:码:+1 0 0-1+1 0 0 0-1+1-1.+1 0
11、0-1+1 0 0 0-1+1-1.由于由于AMIAMI码的传号交替反转,故由它决定的基带信号将出现正负脉码的传号交替反转,故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替,而冲交替,而0 0电位保持不变的规律。由此看出,这种基带信号无直流成电位保持不变的规律。由此看出,这种基带信号无直流成分,且只有很小的低频成分,因而它特别适宜在不允许这些成分通过分,且只有很小的低频成分,因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。但是,的信道中传输。但是,AMIAMI码有一个重要缺点,即当它用来获取定时信码有一个重要缺点,即当它用来获取定时信息时,由于它可能出现长的连的连息时,由于它可能出现长的连的连0 0串,
12、因而会造成提取定时信号的困串,因而会造成提取定时信号的困难。难。2 2传号交替反转码传号交替反转码Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.3 3HDB3HDB3码码编码规则:编码规则:先把消息代码变换成先把消息代码变换成AMIAMI码,当没有码,当没有44个连个连0 0串时,结束编码;串时,结束编码;当出现当出现44个以上连个以上连0 0串时,则将每串时,则将每4 4个连个连0 0小段的第小段的第4 4个个0
13、0变换成变换成与其前一非与其前一非0 0符号同极性的符号,称为破坏符号符号同极性的符号,称为破坏符号V(V(即即+1+1记为记为+V+V,-1-1记为记为-V)-V)。当相邻当相邻V V 符号之间有奇数个非符号之间有奇数个非0 0符号时,结束编码;当有偶数符号时,结束编码;当有偶数个非个非0 0符号时,将该小段的第符号时,将该小段的第1 1个个0 0变换成变换成+B+B或或-B-B,B B符号的极性符号的极性与前一非与前一非0 0符号的相反,并让后面的非符号的相反,并让后面的非0 0符号从符号从V V符号开始再交符号开始再交替变化。替变化。例如:代码:代码:1000 0 1000 0 1 1
14、000 0 1 1AMI码:码:-1000 0 +l 000 0 -1 +1 000 0 -1 +1HDB3码:码:-1000-V +l 000 +V -1 +1 -B00 -V +1 -1Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.编码规则:先将二进制的代码划分成2个码元为一组的码组序列,然后再把每一码组编码成两个三进制数字(、0)。因为两位三进制数字共有9种状态,故可灵活地选择其中的4种状态。为防止PST码的直
15、流漂移,当在一个码组中仅发送单个脉冲时,两个模式应交替变换。代码:0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0取正模式时:0 +-+-0 +0 +-+取负模式时:0 -+-+0 -0 +-+PST码能提供足够的定时分量,且无直流成分,编码过程也较简单。4 4PSTPST码码Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.4.24.2数字基带信号的频谱特性数字基带信号的频谱特性w分析过程分析过程 设一个二进制的
16、随机脉冲序列设一个二进制的随机脉冲序列S(t)S(t)如下图。这里如下图。这里g g1 1(t)(t)和和g g2 2(t)(t)分别表示符号的分别表示符号的0 0和和1 1,TsTs为每一码元的宽度。应当为每一码元的宽度。应当指出,图中虽然把指出,图中虽然把g g1 1(t)(t)及及g g2 2(t)(t)都画成了三角形都画成了三角形(高度不同高度不同),但实际上,但实际上g g1 1(t)(t)和和g g2 2(t)(t)可以是任意形状的脉冲。可以是任意形状的脉冲。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client
17、Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.现在假设序列中任一码元时间现在假设序列中任一码元时间TsTs内内g g1 1(t)(t)和和g g2 2(t)(t)出现的概出现的概率分别为率分别为P P和和1-P1-P,且认为它们的出现是互不依赖的,且认为它们的出现是互不依赖的(统计独立统计独立),则该序列为其中,则该序列为其中 an an是第是第n n个信息符号所对应的电平值(个信息符号所对应的电平值(0 0、1 1或或-1-1、+1+1等);等);或者写成或者写成 ,其中,其中二进制的随机脉冲序列二进制的随机脉冲序列Evaluation
18、 only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.随机脉冲序列通常是功率型的,由随机过程知识可知,随机脉冲序列通常是功率型的,由随机过程知识可知,s(t)的功率谱的功率谱密度可表示为密度可表示为设截取时间设截取时间T为,为,T=(2N+1)Ts,式中,式中,N为一个足够大的数值。则为一个足够大的数值。则 sT(t)就可表示成就可表示成则有则有s(t)的功率谱密度的功率谱密度Ps()Evaluation only.Created with A
19、spose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.可以把截短信号可以把截短信号sT(t)看成是由一个稳态波看成是由一个稳态波vT(t)和一个交变波和一个交变波uT(t)构成。构成。0 1 1 0 0 0 1 0Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.这里的稳态波,就是随机信号这里的稳态波,就是随机
20、信号sT(t)的平均分量,可写为的平均分量,可写为则交变波为则交变波为以概率以概率P P出出现的现的g g1 1以概率以概率1-P1-P出现的出现的g g2 2Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.或者或者其中其中 由此看到,稳态波及交变波都有相应确定表示式,因而可以分由此看到,稳态波及交变波都有相应确定表示式,因而可以分别分析它们的频谱特性。再根据别分析它们的频谱特性。再根据 最后可得出最后可得出sT(t)
21、的频谱。的频谱。其中其中Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.当当 时时,vT(t)变成变成v(t),且有,且有此时,因为此时,因为v(t+Ts)v(t),故,故v(t)是以是以TS为周期的周期性信号。于是,为周期的周期性信号。于是,v(t)可展成傅里叶级数,即可展成傅里叶级数,即其中其中 又又:于是,于是,v(t)的功率谱密度的功率谱密度pv()为为1求稳态波求稳态波vT(t)的功率谱密度的功率谱密度Eva
22、luation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.由由 有有:其中其中于是于是其统计平均为其统计平均为2.求交变波求交变波uT(t)的功率谱密度的功率谱密度Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.当当m=n时时,有,有所以所以当当 时,有时,有
23、则则如果设如果设uT(t)及及u(t)的功率谱密度分别为的功率谱密度分别为puT()及及pu(),则可得,则可得Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.这个结果指出,这个结果指出,u(t)的功率谱密度与的功率谱密度与g1(t)和和g2(t)的频谱的频谱以及出现概率以及出现概率P有关。有关。最后得到最后得到Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5
24、 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.由于由于sT(t)uT(t)+vT(t),故当,故当 时,时,sT(t)将变成将变成s(t)u(t)+v(t),于是,于是,s(t)的功率谱密度的功率谱密度ps()最后表示为最后表示为上式是双边的功率谱密度表示式。如果写成单边的,则有上式是双边的功率谱密度表示式。如果写成单边的,则有3求随机基带序列求随机基带序列s(t)的功率谱密度的功率谱密度连续谱连续谱离散谱离散谱Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 C
25、lient Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.若设若设g1(t)0,g2(t)g(t),随机脉冲序列的功率谱密度,随机脉冲序列的功率谱密度(双边双边)为为式中,式中,G(f)是是g(t)的频谱函数。当的频谱函数。当p1/2,且,且g(t)为矩形脉冲,为矩形脉冲,即即 其频谱为其频谱为则则(1)对于单极性波形)对于单极性波形Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose
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