现代通信原理、技术与仿真第7章数字基带传输系统

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1、第7章数字基带传输系统7.1数字基带信号7.2数字基带信号的功率谱7.3无码间串扰传输系统与奈奎斯特(Nyquist)准则7.4部分响应系统7.5基带系统的最佳化7.6基带系统的抗噪声性能7.7均衡器原理7.8眼图本章仿真实验举例习题数字基带传输系统模型如图7.1所示。该模型主要包括码型变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器、均衡器和取样判决器等部分。图7.1数字基带传输系统模型7.1数字基带信号7.1.1数字基带信号的要求一般来说，选择数字基带信号码型时，应遵循以下基本原则：(1)数字基带信号应不含直流分量，且低频及高频分量也应尽量地少。在基带传输系统中，往往存在着隔直

2、电容及耦合变压器，不利于直流及低频分量的传输。此外，高频分量的衰减随传输距离的增加会快速地增大。另一方面，过多的高频分量还会引起话路之间的串扰，因此希望数字基带信号中的高频分量也要尽量地少。(2)数字基带信号中应含有足够大的定时信息分量。基带传输系统在接收端进行取样、判决、再生原始数字基带信号时，必须有取样定时脉冲。一般来说，这种定时脉冲信号是从数字基带信号中直接提取的。这就要求数字基带信号中含有或经过简单处理后含有定时脉冲信号的线谱分量，以便同步电路提取。实际经验表明，所传输的信号中不仅要有定时分量，而且定时分量还必须具有足够大的能量，才能保证同步提取电路稳定可靠地工

3、作。(3)基带传输的信号码型应对任何信源都具有透明性，即与信源的统计特性无关。这一点也是为了便于定时信息的提取而提出的。信源的编码序列中，有时候会出现长时间连“0”的情况，这使接收端在较长的时间段内无信号，因而同步提取电路无法工作。为避免出现这种现象，基带传输码型必须保证在任何情况下都能使序列中“1”和“0”出现的概率基本相同，且不出现长连“1”或“0”的情况。当然，这要通过码型变换过程来实现。码型变换实际上是把数字信息用电脉冲信号重新表示的过程。7.1.2数字基带信号的波形对不同的数字基带传输系统，应根据不同的信道特性及系统指标要求，选择不同的数字脉冲波形。原则上可选

4、择任意形状的脉冲作为基带信号波形，如矩形脉冲、三角波、高斯脉冲及升余弦脉冲等。但实际系统常用的数字波形是矩形脉冲，这是因为矩形脉冲易于产生和处理。下面就以矩形脉冲为例，介绍常用的几种数字基带信号波形，如图7.2所示。图7.2几种常用的基带信号波形1．单极性非归零码波形这是一种最简单的二进制数字基带信号波形。这种波形用正(或负)电平和零电平分别表示二进制码元的“1”码和“0”码，也就是用脉冲的有无来表示码元的“1”和“0”，如图7.2(a)所示。这种波形的特点是脉冲的极性单一，有直流分量，且脉冲之间无空隙，即脉冲的宽度等于码元宽度，故这种脉冲又称为不归零码(NRZ，No

5、nReturntoZero)。NRZ波形一般用于近距离的电传机之间的信号传输。2．双极性非归零码波形在双极性波形中，用正电平和负电平分别表示二进制码元的“1”码和“0”码，如图7.2(b)所示。这种波形的脉冲之间也无空隙。从信源的统计规律来看，“1”码和“0”码出现的概率相等，所以这种波形无直流分量。此外，这种波形具有较强的抗干扰能力。双极性波形在基带传输系统中应用广泛。3．单极性归零码波形这种波形如图7.2(c)所示。它的特点是脉冲的宽度(τ)小于码元的宽度(T)，每个电脉冲在小于码元宽度的时间内总要回到零电平，故这种波形又称为归零波形(RZ，ReturntoZero

6、)。由于归零波形的码元间隔明显，因此有利于定时信息的提取。但单极性RZ波形中仍含有直流分量，且由于脉冲变窄，码元能量减小，因而在匹配接收时，其输出信噪比较不归零波形低。4．双极性归零码波形双极性归零码波形中，用正电平和负电平分别表示二进制码元的“1”码和“0”码，但每个电脉冲在小于码元宽度的时间内都要回到零电平，如图7.2(d)所示。这种波形兼有双极性波形和归零波形的特点。5．差分码波形(相对码波形)差分波形也可以看成是差分码序列{bn}对应的绝对码波形，差分码bn与绝对码an之间的关系可用以下的编码方程表示:(7.1)式中，为模2和运算符号。　　由式(7.1)可

7、以看出，绝对码an每出现一个“1”码，差分码bn电平变化一次；当an出现“0”码时，差分码bn电平与前一码元bn-1相同。可见，bn前后码元取值的变化代表了原信码an中的“1”和“0”。由式(7.1)可以导出译码方程为(7.2)由式(7.2)可看出，译码时只要检查前后码元电平是否有变化就可以判决发送的是“1”码还是“0”码。　　编译码电路和波形的变化关系如图7.3所示。图7.3编译码电路和波形的变化关系6.多电平脉冲波形(多进制波形)上述各种波形都是二进制波形，实际上还存在多电平脉冲波形，也称为多进制波形。这种波形的取值不是两值，而是多