第三章 数字信号基带传输课件.ppt
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1、第三章 数字信号基带传输,数字基带传输系统即传输数字基带信号的传输系统。数字基带信号指信源产生未经调制的原始电信号。数字基带传输系统的模型如图 3-1 所示,它主要包括码型变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器和取样判决器等部分。,3.1 数字基带传输系统,图3-1 数字基带传输系统模型,图3-1中各部件的功能如下: 发送滤波器:即信道信号形成器,产生适合于信道中传输的基带信号形。 传输信道:基带信号传输媒介(通常为有线信道)。介入的噪声n (t):是均值为零的高斯白噪声。 接收滤波器:接收有用信号,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:对接收滤波器的输出波
2、形进行抽样、判决和再生(恢复基带信号)。 同步提取:从接收信号中提取用来抽样的未定时脉冲。码型译码:将抽样判决器送出的信号还原成原始信码。,3.2.1 数字基带信号数字基带信号一般用电波形表示相应的消息代码,采用的电波形有矩形脉冲,升余弦脉冲,高斯形脉冲,半余弦波形等。由于矩形脉冲易于产生、变换且简单,因此常常采用矩形脉冲表示。常见的基带信号波形有单极性不归零波形(NRZ)、单极性归零波形(RZ)、双极性不归零波形、双极性归零波形、多电平波形、差分波形。,3.2 数字基带信号及频谱特性,1、单极性不归零波形(NRZ)单极性不归零波形,用正电平、零电平分别表示“1”,“0”码。如图3-2(a)所
3、示,在整个码元周期内,“1”码始终维持正电平,“0”码始终维持零电平。2、单极性归零波形(RZ)单极性归零波形同样用正电平、零电平表示“1”,“0”码,不同的是“1”码元在其码元周期内电平会提前归于零电位,如图3-2(b)所示。假定码元周期为TB,“1”码元维持正电平的时间为t,则t/TB称为占空比。3、双极性不归零波形双极性不归零波形用正、负电平分别表示“1”,“0”码。在整个码元周期内,“1”码始终维持正电平,“0”码始终维持负电平,如图3-2(c)所示。,4、双极性归零波形双极性归零波形同样用正、负电平分别表示“1”,“0”码。区别在于,在每个码元周期内都会回到零电平,如图3-2(d)所
4、示。特点:电脉冲宽度小于码元宽度,每个脉冲都回到零电位,且p(0)=p(1) 时,无直流。,7) TSl6:信令与复帧同步时隙,用于传送话路信令,如呼叫、应答等,在复帧结构下分配使用。8) TS1TS15和TS17TS31:共30个时隙,传送30路话音或数据信号的8位二进制编码码组。(2)复帧结构1) 由16个帧组成,帧周期2ms。2) 采用共路信令方式,将16个帧的TS16集中起来传送信令,本路信令与本路语音不在一个时隙里传送。3) 设复帧中包含F0,F1,F15共16个帧,则:F0的TS16前4位发复帧同步码“0000”,第6位A2为复帧失步告警码,其余位码备用,可暂发“1”;F1F15的
5、TS16前4位码用来依次传送115话路的信令码,后4位则依次传送1630话路的信令码。,5、差分波形差分波形是用波形的相对变化表示“1”,“0”码,与码元本身电位或极性无关,亦称相对码(上述单双极性码亦可称为绝对码),如图3-2(e)所示。其波形变换规则为:0码:相邻码元电平不变; 1码:相邻码元电平变化。由于差分波形依靠前后码元波形的相对变化表示,因此,即使信号在传输的过程中出现了反相,接收端依然能正确的判决。6、多电平波形多值(多电平)波形指多个二进制符号对应一个脉冲的波形形式,如图3-2(f)所示。,数字基带信号通常是一个随机的脉冲序列。若其各码元波形相同而电平取值不同,则可表示为 (3
6、-1),3.2.2 数字基带信号频谱特性,式中, an是第n个码元所对应的电平值(随机量);Ts为码元持续时间;g (t)为某种脉冲波形。数字基带信号s(t)的频谱特性可以用功率谱密度来描述。 设二进制随机信号为 (3-2)其中,则s(t)的功率谱密度为 (3-3)式中, 为码元速率; 和 分别为 g1(t)和 g2(t)的傅里叶变换。,式(3-3)告诉我们以下结论: (1)二进制随机信号的功率谱密度包括连续谱(第一项)和离散谱(第二项)。 (2)连续谱总是存在的,因为实际中 ,谱的形状取决于g1(t)和g2(t)的频谱及概率p。 (3)离散谱通常也存在,但对于双极性信号g1(t)=-g2(t
7、),且等概(P=1/2)时离散谱消失。 (4)通常,根据连续谱可以确定信号的带宽;根据离散谱可以确定随机序列是否有直流分量和位定时分量。这也正是我们分析频谱的目的。,作为示例,图3-3中画了图3-2中单极性及双极性波形在等概率(P=1/2)条件下的功率谱密度。 图3-3 单极性及双极性波形功率谱,结论:单极性不归零波形占用频带窄,但是含有直流分量,难以直接在信道上传输,所以一般很少采用,只适合极短距离传输;单极性归零波形相比与单极性不归零波形,显著的优点是可以提取同步信号;双极性波形相比于单极性波形而言,由于从平均统计学来看,“1”码和“0”码出现的概率相同,因此,不含直流分量,且抗噪性能更好
8、,其中双极性不归零波形常在CCITT的V系列接口标准或RS232接口标准中使用,但由于不含谐波分量,因此,不能提取同步分量;双极性归零码除具有双极性不归零码的其他特点外,通过简单的变形,依然可以获取到同步信号,因此,双极性归零码具有抗干扰能力强,不含直流分量,便于同步信号提取等特点,应用广泛。,3.3 数字基带信号传输码型一般线路码型应该具备以下特性:(1)不含直流分量,低频及高频分量也应尽可能的少。由于在基带传输系统中,往往存在着一些电容等隔直设备,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
9、号中的高频分量也要尽量的少。 (2) 容易提取时钟信号。数字通信系统中,收发双发必须保持严格同步,一般接收端的定时需要从接收信号提取,因此,线路码型应该易于提取时钟信号。,应该具备一定的自检能力。信号在传输的过程中,不可避免会受到干扰,当出现误码时,就会破环码型的特有规律,接收端就能依此自检。编码方案与信源统计特性无关,码型变换应易于实现,设备尽量简单。 根据以上要求,常用的数字基带传输线路码型有AMI码、CMI码、HDB3码、双相码等。,3.3.2常用线路码型1 AMI码AMI码是传号交替反转码,编码时将原二进制信息码流中的“1”用交替出现的正、负电平(+1码、-1码)表示;“0”用0电平表
10、示,所以在AMI码的输出码流中总共有三种电平出现,并不代表三进制,所以它又可归类为伪三元码。示例如下。 码元序列:0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1AMI码 :0 +1 0 0 -1 +1 0 -1 +1 0 -1 +1 AMI码的优点:功率谱中无直流分量,低频分量较小;解码容易;利用传号时是否符合极性交替原则,可以检测误码。AMI码的缺点:当信息流中出现长连0码时AMI码中无电平跳变,会丢失定时信息(通常PCM传输线中连0码不允许超过15个)。,2 HDB3码HDB3码保持了AMI码的优点还增加了电平跳变,它的全称是三阶高密度双极性码,也是伪三元码。如果原二进制信息码流中连“0”
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