第四章数字基带传输系统_通信原理

第四章数字基带传输系统数字基带信号的码型数字基带信号的频谱特性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系统抗噪声性能眼图均衡小结4.1数字基带信号的码型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频谱中应不含直流分量。码型变换(或叫码型编译码)过程应对任何信源具有透明性，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，即应能检测出基带信号码流中错误的信号状态。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。编译码设备应尽量简单。1、单极性非归零码在二元码中用高电平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。11101001000112、双极性非归零码在二元码中用正电平和负电平分别表示“1”和“0”。整个码元期间电平保持不变，而在这种码型中不存在零电平。1110100100011A0A-A一.二元码3、单极性归零码发送“l”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RZ(L)。11101001000114、差分码在差分码中，“1”、“0”分别用电平跳变或不变来表示。若用电平跳变来表示“1”，则称为传号差分码，记作NRZ(M)。若用电平跳变来表示“0”，则称为空号差分码，记作NRZ(S)。1110100100011A0A0NRZ(M)5、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表示“1”，而用它的反相波形表示“0”。例如：010111001100110100110代码：双相码：+A0-A6．传号反转码传号反转编码(CMI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：“l”用交替的“00”和“11”两位码组表示，而“0”则固定地用“01”表示。11010010+A0-A+A0-A(a)(b)(c)11010010+A0-A7．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，“1”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：当出现单个“0”时，在码元周期内不出现跳变；但若遇到连“0”时，则在前一个“0”结束(也就是后一个“0”开始)时出现电平跳变。1101001+A0-A+A0-A(a)(b)(c)11010010+A0-A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、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。10100110二.三元码+E-EAMI码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码“0”(空号)和“1”(传号)按如下规则进行编码的码：代码的0仍变换为传输码的0，而把代码中的1交替地变换为传输码的+1、-1、+1、-1、…。例如：消息代码：10011000111...AMI码：+100-1+1000-1+1-1...由于AMI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0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的信道中传输。但是，AMI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0串，因而会造成提取定时信号的困难。2．传号交替反转码3．HDB3码编码规则：①先把消息代码变换成AMI码，当没有≥4个连0串时，结束编码；②当出现≥4个以上连0串时，则将每4个连0小段的第4个0变换成与其前一非0符号同极性的符号，称为破坏符号V(即+1记为+V，-1记为-V)。③当相邻V符号之间有奇数个非0符号时，结束编码；当有偶数个非0符号时，将该小段的第1个0变换成+B或-B，B符号的极性与前一非0符号的相反，并让后面的非0符号从V符号开始再交替变化。例如：代码：100001000011000011AMI码：-10000+l0000-1+10000-1+1HDB3码：-1000-V+l000+V-1+1-B00-V+1-1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：01001110101100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。00011011二进制代码+模式-模式-+0++0+--+0--0+-4．PST码4.2数字基带信号的频谱特性分析过程设一个二进制的随机脉冲序列S(t)如下图。这里g1(t)和g2(t)分别表示符号的0和1，Ts为每一码元的宽度。应当指出，图中虽然把g1(t)及g2(t)都画成了三角形(高度不同)，但实际上g1(t)和g2(t)可以是任意形状的脉冲。12sgtT22sgtTst7/2sT3/2sTsT3/2sT7/2sTt现在假设序列中任一码元时间Ts内g1(t)和g2(t)出现的概率分别为P和1-P，且认为它们的出现是互不依赖的(统计独立)，则该序列为其中an是第n个信息符号所对应的电平值（0、1或-1、+1等）；或者写成，其中snnTtgats”时出现符号“”时出现符号“1021sssnTtgnTtgnTtgtstsnPnTtgPnTtgtsssn1,21，以概率以概率二进制的随机脉冲序列随机脉冲序列通常是功率型的，由随机过程知识可知，s(t)的功率谱密度可表示为设截取时间T为，T=(2N+1)Ts，式中，N为一个足够大的数值。则sT(t)就可表示成则有TsEPTTs2limNNnnTtstssTNsTNsEP)12(2lims(t)的功率谱密度Ps(ω)可以把截短信号sT(t)看成是由一个稳态波vT(t)和一个交变波uT(t)构成。)()()(tutvtsTTT()Tst()Tvt()Tutttt01100010这里的稳态波，就是随机信号sT(t)的平均分量，可写为NNnssNNnNNnssTnTtgPnTtPgnTtgPnTtgPtv)()1()()()1()()(2121则交变波为NNnntTTtutvtstu)()()()(以概率P出现的g1以概率1-P出现的g2或者其中由此看到，稳态波及交变波都有相应确定表示式，因而可以分别分析它们的频谱特性。再根据最后可得出sT(t)的频谱。112122121211[],1[],1()ssssssssssgtnTPgtnTPgtnTPgtnTgtnTPngtnTPgtnTPgtnTPgtnTgtnTPut以概率以概率ssnnnTtgnTtgatu21PPPPtan1,,1以概率以概率tvtstuTTT其中当时,vT(t)变成v(t)，且有此时，因为v(t+Ts)＝v(t)，故v(t)是以TS为周期的周期性信号。于是，v(t)可展成傅里叶级数，即其中又:于是，v(t)的功率谱密度pv(ω)为TnssnTtgPnTtPgtv211mtmfjmseCtv2/22/21211sssTjmftmTssssCvtedtTfPGmfPGmfdtetgmfGdtetgmfGtmfstmfsss222211smsssvmffmfGpmfPGfp22111．求稳态波vT(t)的功率谱密度由有:其中于是其统计平均为NNnnTtutu212jtTTNjftnnNUutedtaeGfGfdtetgfGdtetgfGftjftj22221122***1212sNNjfnmTTTTmnmNnNUUUaaeGfGfGfGf222**1212()sNNjfnmTTTmnmNnNEUEUEaaeGfGfGfGf2.求交变波uT(t)的功率谱密度当m=n时，有所以当时，有则如果设uT(t)及u(t)的功率谱密度分别为puT(ω)及pu(ω)，则可得PPPPaaannm1,,1222以概率以概率PPPPPPaEn111222mn222(1),,mnPPaaP2以概率以概率(1-P)-P(1-P),以概率2P(1-P)2222(1)(1)2(1)(1)0mnEaaPPPPPPPPTUEPpTuTTu2lim这个结果指出，u(t)的功率谱密度与g1(t)和g2(t)的频谱以及出现概率P有关。SSTSNNnTuTfGfGPPTNfGfGPPNTNPPfGfGP1112112121221221221limlim最后得到由于sT(t)＝uT(t)+vT(t)，故当时，sT(t)将变成s(t)＝u(t)+v(t)，于是，s(t)的功率谱密度ps(ω)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T212212()()()(1)1suvsssssmpppfPPGfGffPGmfPGmffmf＋2221212221212101021,0sssssssmpfppGfGffPGPGffPGmfPGmffmff3．求随机基带序列s(t)的功率谱密度连续谱离散谱若设g1(t)＝0，g2(t)＝g(t)，随机脉冲序列的功率谱密度(双边)为式中，G(f)是g(t)的频谱函数。当p＝1/2，且g(t)为矩形脉冲，即其频谱为则2211sssssmpfppGffPGmffmf－tTttgs其他,02,1sSSfTfTTfGsin222sin1144144SSsSSSSfTPfTffTTSafTf（1）对于单极性波形若设g1(t)＝-g2(t)＝g(t)，则有当P＝1/2时，上式可变为若g(t)为矩形脉冲，那么上式可写成1221214msssssmffmfGPffGppfp2fGfpss222sinsin[][]SSSsSSSSSSfTfTPfTTTSafTfTfT（2）对于双极性波形随机脉冲序列的功率谱密度可能包括两个部分：连续谱[pu(ω)]及离散谱[pv(ω)]。连续谱：由于g1(t)及g2(t)不能完全相同，故Gl(f)≠G2(f)，因而pu(ω)总是存在的；离散谱：在一般情况下是