通信原理课件

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1、第五章：数字信号的基带传输5.1引言5.2数字基带信号的码型和波形5.3数字基带信号的功率谱密度5.4数字基带信号的传输与码间串扰5.5码间串扰基带传输系统的抗噪声性能分析5.6最佳基带传输系统5.7眼图5.8改善数字基带系统性能的措施5.1引言数字信号的传输需要解决的主要问题是：在规定的传输速率下，有效地控制符号间干扰，具有抗加性高斯白噪声的最佳性能以及形成发、收两端的位定时同步。因而如何保证准确地传输数字信号是数字通信系统要解决的关键问题。数字信号的传输可分为基带传输和频带传输两种方式。信源发出的数字信号未经调制或频谱变换，直接在有效频带与信号频谱相对应的信道上

2、传输的通信方式称为数字信号的基带传输。为了适应信道传输特性而将数字基带信号进行调制，即将数字基带信号的频谱搬移到某一载频处，变为频带信号进行传输的方式称为频带传输。在实际数字通信系统中，数字基带传输在应用上虽不如频带传输那么广泛，但仍有相当广的应用范围。数字基带传输的基本理论不仅适宜于基带传输，而且还适用于频带传输，因为所有窄的带通信号、线性带通系统以及线性带通系统对带通信号的响应均可用其等效基带传输系统的理论来分析它的性能，因而掌握数字基带传输系统的基本理论十分重要，它在数字通信系统中具有普遍意义。数字基带传输系统的基本结构如图5-1所示。它由脉冲形成器、发送滤波

3、器、信道、接收滤波器、抽样判决器与码元再生器组成。为了保证系统可靠有序地工作，还应有同步系统。系统工作过程及各部分作用如下。图5-1数字基带传输系统数字基带传输系统的输入端通常是码元速率为RB，码元宽度为Ts的二进制（也可为多进制）脉冲序列，用符号{dk}表示。一般终端设备（如电传机、计算机）送来的“0”、“1”代码序列为单极性码，如图5-2（a）波形所示。后面我们将见到这种单极性代码由于有直流分量等原因并不适合在基带系统信道中传输。脉冲形成器的作用是把单极性码变换为双极性码或其它形式适合于信道传输的、并可提供同步定时信息的码型，如图5-2（b）所示的双极性归零码元

4、序列d(t)。脉冲形成器也称为码型变换器。脉冲形成器输出的各种码型是以矩形脉冲为基础的，这种以矩形脉冲为基础的码型往往低频分量和高频分量都比较大，占用频带也比较宽，直接送入信道传输，容易产生失真。发送滤波器的作用是把它变换为比较平滑的波形gT(t)，如图5-2（c）所示的波形为升余弦波形。基带传输系统的信道通常采用电缆、架空明线等。由于信道中存在噪声n(t)和信道本身传输特性的不理想，使得接收端得到的波形与发送波形具有较大的差异，如图5-2（d）所示。接收滤波器的作用是滤除带外噪声并对已接收的波形均衡，以便抽样判决器正确判决。接收滤波器的输出波形y(t)如图5-2（

5、e）所示。抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号y(t)在规定的时刻进行抽样，获得抽样值序列y(kTS)，然后对抽样值进行判决，以确定各码元是“1”码还是“0”码。抽样值序列y(kTS)见图5-2（g）所示。码元再生电路的作用是对判决器的输出“0”、“1”进行原始码元再生，以获得图5-2（h）所示与输入波形相应的脉冲序列。同步提取电路的任务是从接收信号中提取定时脉冲cp，供接收系统同步使用。对比图5-2（a）、（h）中的与{dk}可以看出，传输过程中第4个码元发生了误码。产生该误码的原因之一是信道加性噪声，之二是传输总特性（包括收、发滤波器和信道的特性）不理想引起的波

6、形畸变，使码元之间相互串扰，从而产生码间干扰。图5-2数字基带传输系统各点波形5.2数字基带信号的码型和波形对传输用的基带信号的主要要求有两点：（1）对各种码型的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；（2）对所选码型的电波形要求，期望电波形适宜于在信道中传输。前一问题是传输码型的选择；后一问题是基带波形的选择。这两个问题既有独立性又相互联系。基带信号的码型类型很多，常见的有单极性码、双极性码、AMI码、HDB3码和CMI码等。适合于信道中传输的波形一般应为变化较平滑的脉冲波形。为了简便起见，本节将以矩形脉冲为例来介绍基带信号的码型。不同形式的码型信号具有

7、不同的频谱结构，实际中必须合理地设计选择数字基带信号码型，使数字信号能在给定的信道中传输。我们将适于在信道中传输的基带信号码型称为线路传输码型。为适应信道的传输特性及接收端再生恢复数字信号的需要，基带传输信号码型设计应考虑如下一些原则：（1）对于频带低端受限的信道传输，线路码型中不含有直流分量，且低频分量较少。（2）便于从相应的基带信号中提取定时同步信息。（3）信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰。（4）所选码型应具有纠错、检错能力。（5）码型变换设备要简单，易于实现。1单极性不归零（NRZ）码设消息代码由二进制符号“0”、“1”组成，则单极性不归