通信系统原理 教学课件 ppt 作者 孔英会 通信系统原理第6章

通信系统原理,第6章 数字基带传输系统,第6章 数字基带传输系统,引言-意义、系统构成、各部分作用 数字基带信号及其频谱特性 数字基带脉冲传输与码间串扰 部分响应系统 数字基带传输系统的抗噪性能分析 眼图 时域均衡 应用实例,§ 6.1 引言,1. 数字通信系统较模拟通信系统优越。主要表现为：,（1） 抗噪声性能好，可消除噪声的积累、可采用信道编码降低误码率，提高通信质量； （2） 便于处理、存储、交换； （3）便于加密，便于和计算机等连接，综合传递各种消息，使通信系统功能增强。,缺点是占用的频带比较宽。,数字信号的产生,来自数据终端的原始数据信号，如计算机输出的二进制序列，电传机输出的代码； 也可以是来自第5章模拟信号经数字化处理后得到的信号，如PCM码组、M或时分复用得到的数字序列，还可以是多进制数字序列等等都是数字信号。,这些信号往往包含丰富的低频分量，甚至直流分量，因而称之为数字基带信号。,2. 数字信号有两种传输方式：,基带传输：在某些具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传输， 称之为数字基带传输系统。 频带传输（调制传输）：而大多数信道，如各种无线信道和远距离有线信道， 则是带通型的， 数字基带信号必须经过载波调制，把频谱搬移到高载波处才能在信道中传输，把这种传输称为数字频带（调制或载波）传输系统。,3.研究基带传输的意义,在频带传输系统中仍然存在基带传输的问题，基带传输的许多问题也是频带传输需要考虑的问题。,从广义信道来看，数字频带传输系统也可看成一个基带传输系统。,数字基带传输系统的基本结构,信道信号形成器：基带传输系统的输入的脉冲序列往往不适合直接送到信道中传输。信道信号形成器的作用就是把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的， 其目的是与信道匹配， 便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。 信道：是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道， 如市话电缆、架空明线等。信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。 在通信系统的分析中，常常把噪声n(t)等效，集中在信道中引入。,数字基带传输系统各部分的作用,接收滤波器 它的主要作用是滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。 抽样判决器 它是在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。而用来抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信号中提取，位定时的准确与否将直接影响判决效果。,数字基带传输系统各部分的作用（续）,5同步提取,从接收滤波器输出信号中提取位同步(定时)信号Cp(t)，Cp(t)的频率等于码速率。 码间串扰、噪声、位同步信号相位抖动等原因都有可能使判决结果产生误码，因此为了降低误码率，应尽可能减小码间串扰和位同步抖动。 考虑到很多应用场合信道的频率特性具有时变性，由此造成码间串扰，使通信质量降低，通常在接收滤波器和抽样判决器之间加一个时域均衡器不断对接收信号波形进行修正，从而保持始终没有码间串扰或使码间串扰足够小。,数字基带系统各点波形示意图,§ 6.2 数字基带信号及其频谱特性,6.2.1数字基带信号波形,设计数字传输系统的基本考虑是选择一组有限的、离散的波形来表示数字信息。对于数字基带传输系统而言，这些离散波形是未经调制的电脉冲信号，这些电脉冲信号所占据的频率从直流和低频开始，因此称为数字基带信号。 数字基带信号是指消息代码的电表示形式，它是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。数字基带信号(以下简称为基带信号)的类型有很多，常见的有矩形脉冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。最常用的是矩形脉冲。,几种最基本的基带信号波形,1.单极性不归零波形(NRZ) 2.双极性不归零波形(BNRZ) 3.单极性归零波形(RZ) 4.双极性归零波形(BRZ) 5.差分码波形 6.多进制波形（多元码）,一、数字基带信号码波形 为了使数字基带信号适于在信道中传输，往往对其电波形有一定要求。主要基带信号码是以矩形脉冲组成的电波形。,1单极性不归零波形（NRZ）,在一个码元时间内，要么有电压（流），要么无电压（流），极性单一。,优点：因为一般的终端设备都要接地，所以输出单极性码最为简单、方便。,缺点：单极性码含有直流成分，不利于信道传输；抗噪性能差；不能提取位同步信号。,用途：一般只适于在短距离传输（如印刷电路板内或相近印刷电路板间）。,2双极性不归零波形(BNRZ),在一个码元时间内，要么电压（流）为正，要么电压（流）为负，为双极性波形。,用途：常用于 CCITT 的V系列接口标准或 RS-232接口标准中使用。,优点：当0、1符号等概出现时，它将无直流成分；接收双极性码时判决电平为0，稳定不变，抗噪性能好。,缺点：不能直接从双极性不归零码中提取位同步信号。,用途：常用于近距离内实行波形变换用，是其它码型提取同步信号的一个过渡码型。,优点：可以直接提取同步信号。,缺点：含直流成份。,其有电脉冲的宽度小于一个码元宽度的单极性码，即每个脉冲都回到零电位。,3单极性归零码波形（RZ）,优点：无直流成分，可以提取同步信号，因而得到比较广泛的应用。,其有电脉冲的宽度小于一个码元宽度的双极性码，即正、负脉冲都归零。,4双极性归零码波形（BRZ）,它把二进制脉冲序列中的1、0反映在相邻信号码元的相对极性变化上。若相邻码元极性变化表示1，而极性不变表示0，也称相对码，它常用于相位调制系统中的码变换器中使用。,5差分码波形,采用多进制代码时，一个码元宽度可以对应多个二进制符号。在高数据速率传输系统中常采用这种码型。,6多进制波形（多元码、多进制码）,优点：效率高,几种基带信号波形对比,6.2.2数字基带信号传输的常用码型,在实际的基带传输系统中，并不是所有代码的电波形都适合在信道中传输。 通常，在数字设备内部用导线连接起来的各器件之间就是用一些最简单的数字基带信号来传送定时信息和信号。这些最简单的数字基带信号的频谱中含有丰富的低频分量乃至直流分量。由于传输距离很近，信号成分衰减也不大。 数字设备之间进行长距离有线信号传输时，高频分量衰减随距离的增加而增大，同时信道中往往还存在隔直流电容或耦合变压器，会引起直流损耗，因而传输频带的高频和低频部分均受限。此时必须考虑码型选择问题。,如含有丰富直流和低频成分的基带信号不适宜在信道中传输，否则会造成信号畸变。 再如一般基带系统都从接收到的基带信号流中提取定时信号，而收定时信号依赖于信号的码型。 . 还有其他的一些要求。,具体问题：,基带传输码型选择的依据：,便于从基带信号中获取定时信息； 无直流和很小的低频成分； 不受信源统计特性影响，即能适于信源的变化； 具有检错能力（内在的）； 传输效率高； 编译码简单。,常用的数字基带传输码型举例,1.传号极性交替反转码（ AMI） 2.三阶高密度双极性码（ HDB3） 3.曼彻斯特码（Manchester） 4.密勒码（Miller) 5.传号反转码（CMI） 6. nBmB码,1传号极性交替反转码(AMI-Alternative Mark Inversion),编码规则：将二进制消息代码“1”(传号)交替地变换为传输码的“+1”和“-1”，而“0”(空号)保持不变。,消息代码 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 AMI码： +1 0 0 1 +1 0 0 0 0 0 0 0 -1 +1 0 0 -1 +1,特点：,AMI码的优点:由于+1与-1 交替， 不含直流成分，高、低频分量少; 便于提取位定时信号。此外，AMI码的编译码电路简单，便于利用传号极性交替规律检测误码情况。 AMI码是一种基本的线路码，在高密度信息流的数据传输中得到广泛应用。,缺点有长连零问题,造成定时信号提取困难,2三阶高密度双极性码（HDB3-3nd Order High Density Bipolar）,AMI码的一种改进型， 目的是为了保持AMI码优点而克服其缺点， 使连“0”个数不超过3个。编码规则： （1） 当信码的连“0”个数不超过3时，仍按AMI码的规则编，即传号极性交替； （2）当连“0”个数超过3时，则将信码中4个连“0”用取代节“000+V”（000-V）或“+B00+V”（-B00-V）代替，若相邻的两个“V”码中间有奇数个“1”（非“0”脉冲)，4个连“0”用取代节“000+V”（000-V）代替，若相邻的两个“V”码中间有偶数个“1”（非“0”脉冲)，4个连“0”用取代节“+B00+V”（-B00-V）代替。其中“V”码与“B”码的符号确定规则是：“V”码的符号与它前面的非“0”码符号相同，“B”码的符号与它前面的非“0”码符号相反，“V”码称为破坏脉冲，“B”码称为平衡脉冲。为了确保编好的码中无直流，加入“B”脉冲之后原来的“1”码极性要发生变化。,代码： 1000 0 1000 0 1 1 000 0 l 1 AMI码： -1000 0 +1000 0 -1 +1 000 0 -1 +1 HDB3码： -1000 -V +100 +V -1 +1 -B00 -V +1 -1 其中的±V脉冲和±B脉冲与±1脉冲波形相同，用V或B符号的目的是为了示意是将原信码的“0”变换成“1”码。,HDB3编码,HDB3码的编码规则较复杂，但译码却较简单。 每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性(包括B在内)。从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，于是断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连0码，再将所有-1变成+1后便得到原消息代码。 HDB3码保持了AMI码的优点外，同时还将连“0”码限制在3个以内，故有利于位定时信号的提取。HDB3码是应用最为广泛的码型，A律PCM四次群以下的接口码型均为HDB3码。,HDB3编码规则及应用,AMI码和HDB3码及波形（有些资料将+1用1表示）,提示：AMI码和HDB3码也称作1B1T码,实验测得的HDB3码波形,全1输入,思考：全1码对应的AMI码波形是什么形式？,实验测得的HDB3码波形,全0输入,思考：全0码对应的AMI码波形是什么形式？,实验测得的给定序列的AMI和HDB3码波形 （输入为011100100000110000100000 ）,AMI HDB3,AMI 码和HDB3码的功率谱,它用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。 编码规则之一是： “0”码用“01”两位码表示， “1”码用“10 ”两位码表示，例如： 代码： 1 1 0 0 1 0 1 双相码： 10 10 01 01 10 01 10 双相码在每个码元周期的中心点都存在电平跳变，所以富含位定时信息。又因为这种码的正、负电平各半，所以无直流分量， 编码过程也简单。 但带宽比原信码大1倍。在计算机以太网中用。,3. 数字双相码（也称彻斯特码-Manchester或分相码 ）,4.传号反转码（CMI- Coded Mark Inversion）,编码规则是：“1”码交替用“11”和“00”两位码表示； “0”码固定地用“01”表示， CMI码有较多的电平跃变，因此含有丰富的定时信息。 此外，由于10为禁用码组，不会出现3个以上的连码， 这个规律可用来检错。,CMI码是CCITT推荐的PCM高次群采用的接口码型，在速率低于8.448 Mb/s的光纤传输系统中有时也用作线路传输码型。 数字双相码和CMI码又称为1B2B码。,密勒码是双相码的一种变形。编码规则如下： “1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示。“0”码有两种情况：单个“0”时，在码元间隔内不出现电平