数字信号的基带传输

1数字信号的基带传输2基本概念例1典型的数据通信方法：数字芯片A向芯片B传送数据序列{…，0XF1，0X73，0XFF，…}数据线位同步信号组同步信号FrameSynchronization一、数据传输基本概念34sTt00011111PAM（脉冲幅度调制）：用0、1信息序列去改变脉冲的幅度。二元PAM信号多元PAM信号基本通信原理中：主要关心的是信息数据代码的传送5数据传输的几个基础概念：(1)二进制序列（Binarysequence）：取值为0、1(2)二元PAM信号（BinaryPAMsignal）：采用两种高度的脉冲传信息。(3)定时（Timing）：接收时对准相应的脉冲，检测幅度。(4)时隙（Slot）：一个时隙一个数据位逐个进行。码元6基本概念二、基带传输与频带传输数字基带信号：未经调制的数字信号，它所占据的频谱是从零频或很低频率开始的。基带传输：将数字基带信号通过基带信道(传递函数为低通型)传输——信号频谱不搬移，直接传送。同轴电缆，双绞线频带信号：数字基带信号经正弦波调制的带通信号频带传输：将数字带通信号通过带通信道传输光纤,无线7基带和频带传输模型数字信号码型生成器数字信道接收滤波器抽样判决器噪声数字基带传输模型数字基带信号调制信道接收滤波器噪声调制器解调器抽样判决器频带传输模型8基本概念三、信号通过系统1、系统91、系统输入信号系统输出信号)(tx)(X)(th)(H)(ty)(Y激励响应)]([)(txTty数学模型的时间表达式为：)()()(HXY用频率表达式可以将系统对信号的作用描述为：系统的冲激响应系统的传输函数10基本概念三、信号通过系统2、线性系统线性系统是指系统模型应具有齐次性和可叠加性。（1）齐次性)()(tytxT若)()(tytxT则（2）可叠加性,11txTtytxTty22)()()()(2121txTtxTtxtxTty11例2:设一系统的输入输出关系为y(t)=x2(t)，试判断系统是否为线性？解:输入信号x(t)产生的输出信号为,)()(2txty即)()(tytxT改变输入信号为ax(t)，系统的输出信号：)()()(2222tytxtx）（)()(2tyataxT不满足线性系统的齐次性，所以该系统是非线性系统。12基本概念二、信号通过系统3、无失真系统失真——信号不同频率的分量在通过系统时受到不同程度的衰减和延迟的影响，最终使到达接收端的信号与发送端送出的初始信号在波形上有所差异，把这种系统（或信道）导致的信号波形的变化称为失真。振幅失真：是信号各个频率分量的振幅值随频率发生了不同变化。由传输设备和线路引起的衰损造成的延迟失真：是信号各频率分量的传播速度不一致所造成的失真。13基本概念三、信号通过系统3、无失真系统如果信号通过系统后各个频率分量的振幅和延迟改变都是相同的，则称信号不失真。能够使信号不失真的系统称为不失真系统。假定通过系统前的信号为X(t)，通过系统后的信号为Y(t)，不失真系统只能导致信号如下改变：)()(0ttkXtY14系统对信号的作用如下：)()()(HXY对上式两边进行傅立叶变换，可得：不失真系统信号输出：)tt(kX)t(Y00)()(tjekXY0tjke)(H无失真系统的传输函数无失真系统传输函数的幅度为一常量：kH)(输入信号输出信号系统)t(X)(X)(th)(H)t(Y)(Y典型的无失真系统有：15允许基带信号通过的低通滤波器允许频带信号通过的带通滤波器（b）带通滤波器H(ω)Aω0ω02B-02B0H(ω)AωB0（a）低通滤波器otherBAH00)(otherBBAH022)(0016无失真系统是否为线性系统？（1）是否具有齐次性？)tt(kx)t(y)t(x0T，若)t(y)tt(xk)t(x0T则具有齐次性（2）是否具有可叠加性？)(0111ttkxtxTty)(0222ttkxtxTty)()())()(()()(21020121tytyttxttxktxtxTty具有可叠加性无失真系统中的低通滤波器和带通滤波器，在它们的滤波范围内都是线性系统。所以无失真系统是线性系统。数字信号的基带传输17在数字传输系统中，模拟信号数字序列数字码形编码器数字信道1、依据什么标准来确定信号码型？2、采用基带传输还是频带传输？3、选择何种能够防止传输串扰的系统？传输后的信号不失真，衰减尽可能小问题：18主要内容一、数字基带信号的码型和波形二、数字基带信号的频谱特性三、基带脉冲传输与码间串扰一、数字基带信号的码型和波形19数字基带信号是数字信息的电波形表示,可以用不同的电平或脉冲来表示相应的代码。典型的基带信号波形(以矩形脉冲为例)用相对电平变化传信息传号差分码——“1变0不变”，电报术语：“传号”（Mark）=1；“空号”（Space）=0空号差分码——“0变1不变”相对码sTsdT占空比基本的脉冲形状是矩形的，典型的数字基带信号波形为：术语：21（1）单极性（Unipolar）与双极性（Polar）单极性信号(on-offkeying)在正逻辑中:二进制“1”——〉+AV二进制“0”——〉0V优点:a.产生该信号的电路只需要一种电源b.该信号通过TTL或CMOS电路容易产生缺点:a.具有非零的直流分量b.无在线检错能力应用:机内码，近距离接口码22双极性信号在正逻辑中:二进制“1”——〉+AV二进制“0”——〉-AV应用:机内码，近距离接口码优点:a.如果0、1等概，则无直流分量b.抗干扰能力比单极性信号强缺点:a.需要两种电源b.无在线检错能力如：RS232接口术语：23（2）不归零（NRZ）与归零（RZ）：不归零信号能量饱满，因而抗干扰能力较强；但归零信号跳变沿丰富，有利于接收端提取定时信息（为了节省资源，同步信息常常和数据信息捆绑在一起传送）。用相对电平变化传信息传号差分码——“1变0不变”，电报术语：“传号”（Mark）=1；“空号”（Space）=0空号差分码——“0变1不变”相对码sTsdT占空比基本的脉冲形状是矩形的，典型的数字基带信号波形为：多电平波形25多电平波形为了提高频带利用率,可以采用多电平波形或多值波形.05Ts4Ts2TsTst1-13-30100111001由于多电平波形的一个脉冲对应多个二进制码,在波特率相同(传输带宽相同)的条件下,比特率提高了,因此多电平波形在频带受限的高速数据传输系统中受到了广泛的应用.一、数字基带信号的码型和波形26数字基带信号是数字信息的电波形表示,可以用不同的电平或脉冲来表示相应的代码。信号传输常用码型1、单极性不归零码2、单极性归零码3、传号交替反转码（AMI码）4、三阶高密度双极性码（HDB3码）5、传号反转码（CMI码）271.单极性不归零码（NRZ)用高电平A和低电平(常为零电平)分别表示二进制信息“1”和“0”，在整个码元期间电平保持不变，单极性非归零码常记作NRZ。1110100100011特点:电脉冲之间无间隔，极性单一，易于用TTL、CMOS电路产生；缺点是有直流分量，要求传输线路具有直流传输能力，因而不适应有交流耦合的远距离传输，只适用于计算机内部或极近距离的传输。A0282.单极性归零码（RZ)单极性归零(RZ)波形：信号电压在一个码元终止时刻前总要回到零电平。通常，归零波形使用半占空码，即占空比为50%。从单极性RZ波形可以直接提取定时信息1110100100011特点:具有一般单极性不归零码缺点，但可直接提取位同步信息。A0293.传号交替反转码（AMI码）用三电平表示二进制的码型。用无电压的状态表示二进制的“0”码，用交替的正、负电平表示二进制的“1”码。例：将二进制消息代码100110000000110011转换为AMI编码。100110000000110011解：消息代码：AMI码：+100-1+10000000-1+100-1+1-1+1-100+1-10000000+1-100+1-1303.传号交替反转码（AMI码）优点:a.直流分量为0，零频附近低频分量小（由于其传号码极性反转），利于变量器耦合匹配；b.经全波整流，并变换成单极性半占空码，能取得同步信号；c.有一定的检错能力。应用:缺点:对于较长的比特0序列，同步信号不易提取。广泛用于PCM基带传输314.三阶高密度双极性码（HDB3）HDB3码的编码规则如下：1）在传输的二进制序列中，当连“0”码不大于3个时，HDB3码的编码规律与AMI码相同，“1”码变为“+1”、“-1”的交替脉冲，“0”码保持不变。2）当代码序列中出现4个连“0”码时，用取代节000V或B00V代替。顺序：先000V，不可用时再B00V000V取代节的安排须满足以下两个要求：a.各取代节V码极性要交替出现；b.V码要与前一个传号码的极性相同。3）HDB3序列中的传号码（“1”、V和B）除V码外要满足极性交替的原则。324.三阶高密度双极性码（HDB3）例：将二进制消息代码100110000000110011转换为HDB3码。100110000000110011解：消息代码：HDB3:+100-1+1000V+000-1+100-1+1V-V+-100+1-1000V-000+1-100+1-1334.三阶高密度双极性码（HDB3）将二进制消息代码110110000000100001转换为HDB3码。110110000000100001解：消息代码：HDB3:+1-10+1-1B+00V+000-1000V-+1V--1+10-1+1B-00V-000+1000V+-1V+两个取代节之间的原始传号码的个数k:是奇数时，后边取代节用000V；是偶数时，后边取代节用B00V；例：344.三阶高密度双极性码（HDB3）PCM基带传输、高次群传输HDB3码特点：①正负脉冲平衡，无直流分量，便于直接传输。②克服了出现长连“0”的缺点，也避免了因失去定时信息而造成的问题。③HDB3码具有检错能力。破坏点序列的极性交替规律④低频成分少，频带较窄。应用:355.传号反转码（CMI）在CMI码中，原二进制信息“1”交替地用全占空的一个周期方波：“11”或“00”表示；原二进制信息“0”则用半占空方波：“01”表示。——二电平不归零码10111001111二进制信息码CMI码000011010100001101+V+V-V-V5.传号反转码（CMI）36①不含直流分量。②具有频繁出现的电平跳变，有利于接收端提取定时信号。③具有一定的检错能力，也易于实现。特点：应用:PCM四次群接口码型传输码型的误码增殖思考：1、什么是误码增殖？用什么来表示？2、AMI、HDB3和CMI码误码增值情况如何？教材P1946.2.3二、数字基带信号的频谱特性38数字基带信号的一般表达数字基带信号的表示式：表示信息码元的单个脉冲的波形并非一定是矩形的。39基带信号的单个码元波形t矩形脉冲三角形脉冲g(t)升余弦脉冲半余弦脉冲g(t)g(t)g(t)ttt二、数字基带信号的频谱特性40数字基带信号的一般表达若表示各码元的波形相同而电平取值不同，则数字基带信号可表示为：nsnnTtgats)()(式中，an----第n个码元所对应的电平值Ts----码元持续时间g(t)----某种脉冲波形一般情况下，数字基带信号可表示为一随机脉冲序列：nntsts)()(式中，sn(t)可以有N种不同的脉冲波形二、数字基带信号的频谱特性41随机脉冲序列的表示式设一个二进制的随机脉冲序列如下图所示：……TT)t(stTT2T2g2(t-2T)g1(t+2T)TS----码元宽度g1(t)和g2(t)----分别表示消息码“0”和“1”，