第3章 数字基带传输系统

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1、第3章数字基带传输系统3.1数字基带传输系统3.2数字基带信号常用码型3.3数字基带信号的频谱分析3.4数字基带传输系统的测量与调整3.1.1数字基带传输系统的基本组成数字基带传输系统的基本组成框图如图3-1所示。它通常由脉冲形成器、发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器和码元再生器等组成。脉冲形成器的作用是将来自信号源的脉冲序列{dk}变换成比较适合信道传输的码型，并提供定时信息，以保证收发双方同步工作。发送滤波器的作用是将输入的矩形脉冲变换成适合信道传输的波形，以消除矩形脉冲中丰富的高频成分，减小传输波形失真，其传输函数为GT（f）。信道是传输媒

2、质，通常采用电缆、架空明线等，其传输函数为GC（f）。信道既传输信号，同时又存在噪声和频率特性不理想对数字信号造成的损害，3.1数字基带传输系统下一页返回使信号波形产生畸变，严重时会形成误码。接收滤波器的主要作用是滤除带外噪声，并对接收波形进行均衡，减小噪声和频率特性不理想对数字信号造成的影响，以便抽样判决器进行正确的判决，其传输函数为GR（f）。抽样判决器的作用是在定时脉冲的控制下对接收滤波器的输出信号进行抽样，然后对抽样值进行判决，以确定各码元是“1”还是“0”码。码元再生器的作用是对判决器输出的“1”、“0”码进行原始码再生，已获得和输入码型相应

3、的原始脉冲序列。同步提取电路的作用是提取接收信号中的定时信息，以实现接收信号的最佳判决。图3-2画出了数字基带传输系统各点的工作波形。可以看出，接收端第四个码元产生了误码。3.1数字基带传输系统下一页返回上一页误码是由信道的加性噪声和传输特性不理想造成的，会降低系统的可靠性，必须尽量加以克服。3.1.2数字基带传输系统的码间串扰及消除设数字基带传输系统是一个线性系统，输入脉冲序列以冲击脉冲序列来表示，并把发送滤波器、接收滤波器和信道集中用一个基带总传输函数H（f）表示，且暂不考虑噪声的影响。则图3-1所示的基带传输系统可简化为图3-3的形式。1．码间串

4、扰的概念在二进制基带传输系统中，判决器将每个接收码元在抽样时刻的抽样值和一个门限值做比较，从而进行判决。3.1数字基带传输系统下一页返回上一页例如，若信号是双极性不归零脉冲，则判决门限电平为0。此时，若抽样值为正电平，则判为“1”，否则判为“0”。但是，由于系统传输特性的影响，可能使基带码元序列的脉冲展宽，造成相邻码元的脉冲波形相互重叠，从而影响正确判决。这种相邻码元件的相互重叠称为码间串扰，如图3-4所示。码间串扰产生的原因是系统总的传输特性H（f）不良。它是一种乘性干扰，总是伴随着信号产生的，严重时会造成误码。因此，要采取措施予以消除。2．码间串扰

5、的消除系统总的传输特性H（f）取决于信道传输函数C（f）、发送和接收滤波器传输特性GT（f）和GR（f）。3.1数字基带传输系统下一页返回上一页通常信道传输特性C（f）是线路传输媒质确定的，而发送、接收滤波器传输特性GT（f）和GR（f）是可以灵活设计的。所以，下面就来讨论如何设计这两个滤波器，使总传输函数H（f）产生的码间串扰尽量小，甚至消除。先假设系统总传输函数具有理想低通滤波特性时的情况，即式中，T为码元持续时间。这样，当系统输入为单位冲击响应时，抽样前接收信号波形h(t)应该等于H（f）的付立叶逆变换：3.1数字基带传输系统下一页返回上一页H（

6、f）的曲线和的波形如图3-5所示。由图3-5（b）可见，的0点间隔等于T，只有原点左右第一个0点之间的间隔等于2T。因此，当码元间隔等于T时，即当系统输入一串间隔等于T的单位冲击函数时，在抽样点上只有的抽样值等于1，其他脉冲的抽样值均为0（其中n为正整数），如图3-5（c）所示。这样，在理论上，可以用持续时间为T的码元进行传输而无码间串扰。这时，系统传输占用的频带宽度，可知，仅等于（1/2T）Hz。也就是说，可以用W=（1/2T）Hz的传输带宽得到RB/W=2Baud/Hz的传输速率。为了提高系统的有效性，自然希望在单位带宽内得到高的传输速率。3.1数

7、字基带传输系统下一页返回上一页因此速率带宽比RB/W是衡量系统频带利用率的一个重要指标。上述2Baud/Hz是最高可能达到的单位带宽速率，并称之为奈奎斯特速率。简言之，当基带传输系统具有理想低通滤波特性时，以其截止频率2倍的速率传输数字信号，便能消除码间串扰，这称之为奈奎斯特定理（奈奎斯特第一准则）。虽然理想低通滤波器特性能够达到基带传输系统的极限性能，但这种特性是无法物理实现的。即便可以获得相当逼近的理想特性，但由于理想低通滤波器的冲击响应衰减较慢，拖尾很长（见图3-5（b）），因此要求抽样时刻非常准确才能没有码间串扰，3.1数字基带传输系统下一页返

8、回上一页否则由于一长串码元的许多“尾巴”的残留值叠加在一个抽样点上，将影响对抽样值的正确判决。