通信原理通信原理通信原理 (4).pdf

《通信原理通信原理通信原理 (4).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理通信原理通信原理 (4).pdf（44页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第二部分 信号发送与接收1数字基带信号及其频谱特性第 4 章数字基带传输系统2数字基带系统传输模型3无码间串扰的基带传输系统4无码间串扰基带系统的抗噪声性能5眼图数字基带信号及其频谱特性143-4通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统信号的设计原则1、码型中应不含直流分量，低频分量应尽量少；2、码型中高频分量应尽量少，这样既可以节省传输频带，提高信道的频带利用率；3、码型中最好包含定时信息；4、码型应具有一定检错能力；5、编码方案对发送消息类型不应有任何限制，即能适用于信源变化；6、低误码增殖；7、高的编码效率，编译码设备应尽量简单等。43-5通信原理第二部分 信号

2、发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统数字基带信号及频谱特性数字基带信号的常用码型单极性非归零（NRZ）码1、发送能量大，有利于提高接收端信噪比；2、在信道上占用频带较窄；3、有直流分量；4、不能直接提取位同步信息；5、抗噪性能差。43-6通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统数字基带信号及频谱特性数字基带信号的常用码型双极性不归零（NRZ）码1、与单极性NRZ码特点（1）、（2）、（4）相同外；2、直流分量小；3、抗干扰能力强。已被ITU-T的V系列接口标准，以及美国电工协会（EIA）制定的RS-232接口标准中使用。43-7通信原理第二部分 信号发送与接收

3、20:44第4章 数字基带传输系统数字基带信号及频谱特性数字基带信号的常用码型单极性归零（RZ）码与单极性NRZ码比较，缺点是发送能量小、占用频带宽，优点是可以直接提取同步信号。双极性归零（RZ）码可以较为容易的保持正确的位同步。同时，抗干扰能力强，以及码中不含直流成分的优点。43-8通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统数字基带信号及频谱特性数字基带信号的常用码型差分码1、编码采用“遇到1状态翻转，遇到0状态不变”的策略；2、译码采用“波形有变化输出1，无变化输出0”的策略。差分码也称相对码；“1”和“0”分别用电平跳变或不变来表示。43-9通信原理第二部分 信号

4、发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统数字基带信号及频谱特性数字基带信号的常用码型AMI码1、无直流成分，且零频附近低频分量小。2、若接收端收到的码元极性与发送端的完全相反，也能正确判决；3、便于观察误码情况是ITU-T推荐使用的码。43-10通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统数字基带信号及频谱特性数字基带信号的常用码型HDB3码意义：克服AMI码中长的连0串，造成的提取定时信号困难。编码规则先把消息代码变成AMI码；通过增加补信码和破坏码，对出现4个或4个以上连0码时进行处理；B码和V码各自都保持极性交替。43-11通信原理第二部分 信号发送与接收20:

5、44第4章 数字基带传输系统数字基带信号及频谱特性数字基带信号的常用码型HDB3码意义：克服AMI码中长的连0串，造成的提取定时信号困难。编码规则：先把消息代码变成AMI码；通过增加补信码和破坏码，对出现4个或4个以上连0码时进行处理；B码和V码各自都保持极性交替；V码与前1个码（信码B）同极性。43-12通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统数字基带信号及频谱特性数字基带信号的常用码型Manchester码每个码元用两个连续、极性相反的脉冲来表示。CMI码编码规则：“1”码交替用“00”和“11”表示；“0”码用“01”表示。43-13通信原理第二部分 信号发送与

6、接收20:44第4章 数字基带传输系统数字基带信号及频谱特性数字基带信号的常用码型多进制码用+3E、+2E、+E、0对应两个二进制符号00、01、10、11；或者用+3E、+E、-E、-3E对应两个二进制符号00、01、10、11。43-14通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统数字基带信号及频谱特性数字基带信号功率谱功率谱分析设二进制随机脉冲序列随机脉冲序列s(t)的双边功率谱密度或结论1：随机脉冲序列功率谱就确定了，它是个确定值；nns tst 0 1 1)()(21PnTtgPnTtgtsnmbbbbbsmffmfGPmfPGffGfGPPffP)()()1(

7、)()()()1()(2212210221221221)()()1()()()0()1(0)()()1()(mbbbbbbsmffmfGPmfPGffGPPGffGfGPPffP43-15通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统数字基带信号及频谱特性数字基带信号功率谱功率谱分析结论2：功率谱包括两部分：连续谱和离散谱；结论3：连续谱反映了信号能量主要集中区域，根据它可以确定序列的带宽，并进行发送和接收滤波器设计；结论4：离散谱表示信号的直流分量，随机脉冲序列是否包含有位同步信息等结论。0221221221)()()1()()()0()1(0)()()1()(mbbbb

8、bbsmffmfGPmfPGffGPPGffGfGPPffP43-16通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统数字基带信号及频谱特性数字基带信号功率谱典型信号分析（假定P=1/2）1、单极性NRZ信号的功率谱密度。2、双极性NRZ信号的功率谱密度。3、单极性RZ信号的功率谱密度。4、双极性RZ信号的功率谱密度。211+44sbbPfT SafTf 2sbbPfT SafT 22222220111444sbbbbbmPffSaffffSamffmf 22sbPffSaf 数字基带系统传输模型243-18通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统数

9、字基带系统传输模型系统的工作原理组成：主要包括脉冲形成器、发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器与码元再生器等。误码：产生该误码的原因就是信道加性噪声和频率特性不理想引起的波形畸变。43-19通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统数字基带系统传输模型系统的数学分析发送滤波器输入信号抽样判决器的输入信号为了判定第j个码元aj的值，应在瞬间对y(t)抽样。抽样值为：)(td)(td)(tykbkkTtatd)()(kRkRtnkTthatnthtdty)()()()(*)()()()()()(RTGCGHkRktjTnkTtjThatjTy)()()(00043-20

10、通信原理第二部分 信号发送与接收20:44jkRkjtjTntTkjhatha)()()(000第4章 数字基带传输系统数字基带系统传输模型系统的数学分析抽样值分析)(td)(td)(tykRkkRktjTntTkjhatjTnkTtjThatjTy)()()()()(00000期望接收的信号码间串扰噪声无码间串扰的基带传输系统343-22通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰的基带传输系统消除码间串扰的基本思路码间串扰成因分析理想办法可行思路1、2、h(t)尾部衰减要快。)(td)(td)(tyjkRkjtjTntTkjhathatjTy)()()()(

11、0000码间串扰jkktTkjha0)(0kjkjtTkjhb0)(1)(0或常数43-23通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰的基带传输系统消除码间串扰的基本思路分析化简进一步化简（忽略时延）理想低通滤波器)(td)(td)(tykjkjtTkjhb0)(1)(0或常数kjkjTkjhb0(1)(或常数）000)(1)(kkkTh或常数43-24通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰的基带传输系统理想基带传输系统分析能满足这个要求的h(t)有很多，其中就是一个。对应频域对应关键参数000)(1)(kkkTh或常数

12、bTtSath2/02/(1)(bbH或常数）222)2(2bbfBBtBSathBTb2143-25通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰的基带传输系统理想基带传输系统奈奎斯特（Nyquist）最小码元间隔被曾为奈奎斯特间隔。对应最大码元传输速率RB被称为奈奎斯特速率。就能码元速率与带宽关系（信号与系统）给定RB就能确定最小带宽B；给定B就能确定最大传输速率RB。000)(1)(kkkTh或常数BTb2143-26通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰的基带传输系统理想基带传输系统频带利用率理想低通传输系统的频带利用

13、率为2 Baud/Hz。这是最大的频带利用率，若降低传码率，即增加码元宽度Tb，使之为1/(2B)的整数倍，在抽样点上也不会出现码间串扰。但是，此时系统的频带利用率将相应降低。000)(1)(kkkTh或常数BRB/43-27通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰的基带传输系统无码间串扰的等效特性起因与分析能满足这个要求的h(t)有很多，必定存在满足无码间串扰条件的等效传输特性。由于 deHkThbkTjb21)(iTiTikTjbbbbdeHkTh121221bTTkTjibbTdeTiHkThbb2)2(21)(/43-28通信原理第二部分 信号发送与

14、接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰的基带传输系统无码间串扰的等效特性对比出结论令再看理想低通的傅里叶变换可以得到结论，当无码间串扰基带传输系统的频域条件，也就是奈奎斯特第一准则。bTTkTjibbTdeTiHkThbb2)2(21)(/ibeqTiHH)2()()(HbTbTdedethbbTTtjBBtj/222121)(dekThbbbTTkTjb/21)(ibbeqTTiHH/)2()(常数43-29通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰的基带传输系统无码间串扰的等效特性结论1、能够构造等效的码间无串扰系统；2、判断给定系统和码元速率后

15、，可以判断是否有串扰；3、给出系统，得到无串扰时系统可以传输的最高速率。练习1、码元速率为fb=500B2、fb=750B；3、fb=1000B4、fb=1500B的情况ibbeqTTiHH/)2()(常数01升余弦型Hzf/0)(fH100011000)(fHHzf/5001000100050043-30通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰的基带传输系统余弦滚降传输特性滚降定义：为了解决尾巴衰减慢的问题，可以使理想低通滤波器特性的边沿缓慢下降，这被称为“滚降”。方法：中心频率处奇对称。相关参数滚降系数：传递函数：H()带宽：频带利用率：21Baud/H

16、z)()()(10HHH12WW102/)1()1(1bfWB43-31通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰的基带传输系统余弦滚降传输特性典型应用：当=1时的升余弦滚降传递函数冲击响应为其它值，022cos12)(bbbTTTH2)/2(1/cos/sin)(bbbbTtTtTtTtth无码间串扰基带系统的抗噪声性能443-33通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰基带系统的抗噪声性能性能分析模型条件假设双边功率谱密度为n0/2高斯白噪声；接收滤波器是线性。则噪声nR(t)分析单极性信号分析)()()(tntstxR

17、2)()(02nGPRn2exp21)(22nnVVf”时发送“，”时发送“，0)(1)()(bRbRbkTnkTnAkTx2exp21)(220nnxxf2)(exp21)(221nnAxxf43-34通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰基带系统的抗噪声性能性能分析模型双极性信号分析双极性信号在抽样时的取值：发送“1”时均值为+A，其一维概率密度函数为发送“0”时均值为-A，其一维概率密度函数为：”时发送“，”时发送“，0)(1)()(bRbRbkTnAkTnAkTx2)(exp21)(220nnAxxf2)(exp21)(221nnAxxf43-35

18、通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰基带系统的抗噪声性能误码率的计算抽样判决过程判为“1”码：判为“0”码：发送“0”时均值为-A，其一维概率密度函数为：定性描述发“1”错判成“0”：P(0/1)发“0”错判成“1”：P(1/0)dbVkTx)(dbVkTx)(抽样判决器抽样脉冲ka)(tnR)(tx)(tsdV43-36通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰基带系统的抗噪声性能误码率的计算定量描述发“1”错判成“0”：P(0/1)发“0”错判成“1”：P(1/0)误码率描述ddVnnVddxAxdxxfVxPP22

19、12)(exp21)()()1/0(ddVnnVddxAxdxxfVxPP2202)(exp21)()()0/1(ddVVedxxfPdxxfPPPPPP)()0()()1()0/1()0()1/0()1(01*阴影面积与什么参数有关。43-37通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰基带系统的抗噪声性能误码率的计算最佳判决门限：1、单极性信号最佳门限电平为；当P(1)=P(0)=1/2 时2、双极性信号最佳门限电平为；当P(1)=P(0)=1/2 时 001010101ddVVddeVfPVfPdxxfPdxxfPdVddVdPdd 22222exp210

20、2exp211ndnndnVPAVP)1()0(ln22*PPAAVnd2*AVd)1()0(ln22*PPAVnd0*dV 22222exp2102exp211ndnndnAVPAVP43-38通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰基带系统的抗噪声性能误码率的计算计算：根据最佳判决门限，计算误码率。1、单极性信号2、双极性信号分析与比较1、单极性信号2、双极性信号neAerfcPPP222101211021neAerfcPPP221012110212222212221nneArrerfcAerfcP22221221nneArrerfcAerfcP43-3

21、9通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统无码间串扰基带系统的抗噪声性能误码率的计算分析与比较1、在基带信号峰值A相等、噪声均方根值也相同时，单极性基带系统的抗噪性能不如双极性基带系统；2、在误码率相同条件下，单极性基带系统需要的信噪功率比要比双极性高3dB；3、在发送“1”、“0”码等概，单极性基带系统的最佳判决门限电平随信道特性变化；双极性最佳门限电平不随信道特性变化而变。眼图543-41通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统眼图定义：眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。原理：示波器跨接

22、在接抽样判决器的输入端。无噪声眼图存在噪声和串扰的眼图43-42通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统眼图眼图的模型1、最佳抽样时刻在“眼睛”张最大的时刻；2、在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变；3、眼图中横轴位置应对应判决门限电平；4、各相应电平的噪声容限；5、倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围；6、眼图斜边的斜率决定定时误差的灵敏度。43-43通信原理第二部分 信号发送与接收20:44第4章 数字基带传输系统眼图信号分析周期分析：如果水平扫描周期与码元周期Tb一致，则在显示屏上只能看到一只眼睛；如果水平扫描周期是码元周期Tb的N倍，则可以在显示屏上只能看到N只眼睛，因此，利用这一方法通过调整水平扫描周期周期可以估算码元速率。波形分析：二进制双极性波形AMI码或HDB3码谢谢大家