数字通信-基础与应用(2-4)

2001CopyrightSCUTDT&PLabs1数字通信－基础与应用(2－4)2001CopyrightSCUTDT&PLabs2六、基带传输第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs31.概述(1)数字基带信号：未经调制（频谱搬移）的、用以表示数字信息的电脉冲信号称之。(2)数字基带信号频谱的特点：信号频谱占据从直流开始至某一频率fm的低频段。(3)若把调制/解调过程看作广义信道的一部分，任何数字传输系统均可看作数字基带传输系统。第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs42.基带传输系统的基本模型信号发送信号接收波形变换传输信道干扰匹配滤波器均衡器取样判决器定时信号数字代码数字代码第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs5第2章格式化与基带调制基带信号波形示例：二进制信息序列PCM脉冲波形1PCM脉冲波形22001CopyrightSCUTDT&PLabs62.基带传输系统的基本模型（续前）波形变换：对数字代码进行信号的波形编码，使基带信号a）适合在特定的信道中传输；b）易于提取同步信号；c）具有一定的检错功能；d）………。信道均衡：信道特性校正，减少由于信道畸变造成的码间串扰。匹配滤波器：保证在抽样时刻，实现最大信噪比的信号提取。第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs73.数字基带信号的波形（码型）1.码型：数字基带信号的电/光脉冲波形表示。2.码型设计原则：（视不同的传输信道及要求，信号脉冲具有如下的若干特性)a）不含直流分量，易于实现交流耦合；b）对信源具有透明性，不受信源统计特性的影响（例如不会由于信源的特性变化，过多的连“0”连“1”的个数影响信号频谱特性和同步性能等）；c）易于提取同步信号（含同步信息）；第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs82.码型设计原则（续前）：d）具有一定的检错能力；e）误码增值影响小；f）对分组形式的传输码型，可恢复出分组同步信息；g）高频分量小以减少码间串扰、提高频带利用率；h）编译码（波形产生和变换）设备复杂性小。第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs93.PCM波形的类型不归零（NRZ）脉冲波形NRZ-L：一种电平代表“0”，另一种电平代表“1”；NRZ-M(传号差分码)：电平变化代表“1”，电平不变化代表“0”；NRZ-S(空号差分码)：电平变化代表“0”，电平不变化代表“1”。第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs10差分码的优点：解决信号解调时信号的“0”“1”倒换问题；（相位模糊问题,详见后。）差分码的编码与解码编码（异或运算）：设输入信息码为an，差分编码输出为bn,则：bn＝anbn-1解码，因为：bnbn-1＝(anbn-1)bn-1==an(bn-1bn-1)=an0=an解码输出an＝bnbn-1第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs11归零（RZ）脉冲波形单极性RZ：半个比特宽度的脉冲代表“1”，没有脉冲代表“0”；双极性RZ：两个极性相反宽度均为半个比特的脉冲分别代表“0”和“1”；RZ-AMI：幅度相等正负交替的脉冲代表“1”，没有脉冲代表“0”。第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs12相位编码脉冲波形bi--L码：前半个比特有脉冲后半个比特无脉冲代表“1”，反之代表“0”；bi--M码：每个码元开始时都发生跃变，如果在半个码元后再次跃变代表“1”，不跃变则代表“0”；bi--S码：每个码元开始时都发生跃变，如果在半个码元后再次跃变代表“0”，不跃变则代表“1”(与bi--M码相反)。第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs13bi--L码的特点：在每个码元中心出现电平跳变(分相/裂相)，有利于时钟信号的提取。bi--L码的形成:由时钟和信息码（NRZ形式）模2和产生。第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs14曼切斯特码：一种均值为零的条件双相（bi-）码。以太网采用曼彻斯特码作为传输码型。第2章格式化与基带调制11101001000110时钟NRZ(M)信号条件双相码曼彻斯特码2001CopyrightSCUTDT&PLabs15相位编码脉冲波形延迟调制码：码元持续时间中心点跃变代表“1”，单个“0”时电平不变，连“0”时在码元起始点出现跳变；DicodeNRZ码：相邻数据发生“0”-“1”或“1”-“0”变化时脉冲极性发生变化，相邻数据无变化时发送零电平；DicodeRZ：除脉冲占空比不同外，其它变化规律与双相NRZ码同。第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs16n阶高密度双极性码（HDBn码）HDBn码：AMI码的改进型，将连“0”电平的状态数限定为n。改进方法：若连“0”状态数n，则对每n＋1位连“0”，用特定的码组取代之－－取代节。取代节的编码方式，每个取代节共含n＋1个脉冲：B00…0V，或000…0V其中：B脉冲符合极性交替的规律；V脉冲破坏极性交替的规律（以便接收端识别）第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs17HDB3码（一种最常用的HDBn码）HDB3码的取代节选择规则：前一破坏点极性＋-+-前一脉冲极性＋--+取代节码组－00－＋00＋000－000＋（B00V）（B00V）（000V）（000V）取代节设计原则：避免出现3个以上的连“0”；既可实现标识，又尽可能保持直流平衡。第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs18例HDB3码的编码，设输入二元代码为：输入10110000000110000001设前一破坏点极性为负B+0B-B+000V+000B-B+B-00V-00B+设前一破坏点极性为正B+0B-B+B-00V-000B+B-B+00V+00B-111000000110HDB3_100000001111000000110HDB3_200000001第2章格式化与基带调制设前一破坏点极性为负设前一破坏点极性为正2001CopyrightSCUTDT&PLabs19HDB3码信号还原出信息码方法：当出现某个脉冲与前面一个脉冲同极性时，将该脉冲及前面三位均置为“0”。第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs204.PCM波形的频谱特性示例第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs215.随机序列功率谱计算设随机信号符号集为{aj}，相应的信号波形为{gj(t)}，则数字基带信号S(t)S(t)的截短信号为：按定义，由SN(t)的傅氏变换可得其功率密度谱：SN(f).若下列的极限存在，则信号S(t)的功率密度谱为考虑二元独立序列{aj}={0,1}码形变换：0g1(t)1g2(t)nSjnTtgtS)()(NNnSjNnTtgtS)()(SNNTNfSEfS)12()(lim)(2第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs22则随机脉冲序列重新表达为其中：k：12概率p1－p当信源{aj}统计特性确定之后，S(t)的统计平均值为定义信号的交变分量为其中：nSknTtgtS)()(nnSStnTtgpnTtpgttSE)()()1()()()]([21nntttSt)()()()()]()1()([)()()()(21sssknsknnTtgpnTtpgnTtgtnTtgt第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs23由gk(t)的分布特性，有,以概率p,以概率1-p改写,以概率p,以概率1-p下面分别求和的功率谱)()()()1()()()()()1()()1()()()(2121221211nTtgnTtgpnTtgpnTtpgnTtgnTtgnTtgpnTtgpnTtpgnTtgtn)(t)()()(21nTtgnTtgbtnnppbn1)(t)(t第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs24（1）信号的功率谱因为所以应为周期为T的函数。利用傅氏级数展开式中nntt)()()()1()()(21SSnnTtgpnTtpgt)(tTfeCtTmtmfjmT1)(,2)(t第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs25其中)()1()(1)()1()(1)()1()(1)()1()(1)(1212212222122221222TTtmfjnTtmfjnnTTnTTTTtmfjnTTtmfjmmfGpmfpGTdtetgptpgTdtetgptpgTdtenTtgpnTtpgTdtetTCTTTT2,1,)()(2kdtetgmfGtmfjkTkT第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs26利用周期信号与其功率谱间的关系信号的功率谱（2）信号的功率谱信号的截短函数两边取傅氏变换：nnntjnnnCeCtf)(2)()(121)(tmTTTTmffmfGpmfpGffS)()()1()()(2212)(tNNnNnTtgnTtgbt)()()(21NNnnTfnNNftjnNfGfGebdtenTtgnTtgbf)()()()()(212221第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs27求，归结为求（1）若m不等于n，且假定bn与bm相互独立，则由bmbnbmbnp(bm)p(bn)p(bmbn)1-p1-p(1-p)2ppp2-p-pp21-p1-p(1-p)21-p-p-(1-p)pp1-pp(1-p)-p1-p-p(1-p)1-pp(1-p)p得：*2121)(2*2)()()()()()()(NNmNNnTfnmnmNNNfGfGfGfGebbfff2)(fENmnbbE0,nmmnmnmnbbpbbbbE第2章格式化与基带调制因为有：2001CopyrightSCUTDT&PLabs2822122212)()()1()12()()()(fGfGppNbEfGfGfENNnnN（2）若m等于n，由从而得：信号的功率谱：综合（1）、（2）随机序列S(t)的功率谱)1())(1()1(222ppppppbEbbEnmn)(t2212)()()1()12()(lim)(fGfGppfTNfEfSTNN)()()(fSfSfS第2章格式化与基带调制2001CopyrightSCUTDT&PLabs29随机序列S(t)的功率谱式中，第一项为连续谱部分，第二项为离散谱（线谱）部分。例1.求双极性非归零码的功率谱。已知：anA-A由g1(t)=-g2(t)Pn½½得G1(f)=-G2(f)其中代入公式得：mTTTTTSmffmfGpmfpGffG