数字信号基带传输
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横向滤波器
1.6 数字基带信号抗噪声性能分析
1.6.1 数字信号的抗噪声性能
❖ 模拟通信：信噪比。 ❖ 数字通信：误码率。 ❖ 二进制数字通信：将0错判为1或将1错判为0的概率。
数字基带信号的噪声模型
1.6.2 二元码的误码率分析
单极性码的概率分布函数曲线
1.6.3 多元码数字信号的抗噪声性能分析
Ps ( f ) fb P(1 P) | G1 ( f ) G2 ( f ) |2 fb 2 | PG1 (mf b ) (1 P)G2 (mf b ) |2 ( f mf b ) m
1.2.2 几种常见数字基带信号波形的功率谱密度函数
四种 基本 码型 的能 量谱 密度
1.3 无码间串扰的基带传输
基本码型如图所示。
1.1.3 基带数字信号常用码型
在设计和选择实用码型时，一般应注意以下原则： （1）不含直流分量，低频分量尽量少。 （2）包含定时信息，或经简单变换就能提取定时信息。 （3）应具有一定的检错能力。 （4）误码增值要少，避免“一步错，步步错”的危险。 （5）频谱中的高频分量应尽量减少。 如图所示为几种常用的数字信号码型的示意图。
h(t)波形点
理想低通滤波器时域图
1.3.4 奈奎斯特第一准则
❖ 当h(t)的频谱能通过周期搬移叠加为理想低通滤波器，称为等效理想低通滤 波器，此时能实现无码间串扰。
等效理想低通滤波器频谱
余弦滚降信号
余弦滚降信号的时域和频域图
1.4 部分响应基带传输系统
❖ 理想低通滤波器的缺点：频谱陡直，拖尾无限。 ❖ 等效理想低通滤波器缺点：带宽增加。 ❖ 部分响应基带传输系统思路：允许串扰，使串扰有规律，可计算消除。 1.4.1 第I类部分响应系统
AMI码和HDB3码图 双极性四进制码波形图
1.2 数字基带信号的频谱分析 1.2.1 数字基带信号的频谱和功率谱
❖ 数字信号的频谱分析 确定的信号可以根据傅里叶公式计算得出确定的频域表达式，而对于随机过 程则只能分析其功率谱密度。
❖ 数字基带信号功率谱分析
数字信号的功率谱和带宽
一般二进制随机脉冲序列的功率谱密度函数为
1.3.1 数字信号的成型网络 数字基带信号的时域特征和频域特征都与其传输滤波器的传输函数有关。
传输滤波器模型
1.3.2 码间串扰
❖ 严格方波信号具有无限频谱带宽 ❖ 有限带宽信号在时间域存在串扰 ❖ 解决思路：只要在采样点不发生串扰即可。
1.3.3 无码间串扰的传输条件
❖ h(t)为理想低通滤波器时，能实现无码间串扰条件
1.4.3 部分响应基带传输系统的一般形式
1.5 眼图和均衡
1.5.1 眼图
一种直接检测数字通信系统的方法，用示波器观测输出信号，图象形如眼睛。
❖ 最佳采样判决时刻，应该选择眼睛张开最大的地方。 ❖ 判决门限应选左右“眼角”的垂直高度。对双极性信号而言即是零电平。 ❖ 噪声容限指的是采样值的振幅与判决电平之间的距离，也就是说当噪声的
❖ 解决方法：传输之前将绝对码x[n]序列变成相对码x1[n]序列，然后对x1[n] 序列生成部分响应波形y(t)。将y(t)传输到接收端后，直接对y(t)的采样值y[n] 进行模二运算，即可得到信号序列x[n]。
❖ 预编码：x1[n]=x[n]⊕x1[n-1]。 ❖ 相关编码：y[n]=x1[n]+x1[n-1] ❖ x1[n]=x[n]⊕x1[n-1]，即x[n]=x1[n]⊕x1[n-1]
幅度小于这个距离时，噪声叠加后的信号依然不会突破门限造成误判。 ❖ “眼眶”厚度表示信号电平抖动。其中采样时刻厚度称为信号失真量。 ❖ 眼图斜边的斜率反映系统对定时误差的灵敏度。
1.5.2 均衡
❖ 概念：通过可调滤波器校正信号失真。 ❖ 频域均衡：对频域传输函数调整 ❖ 时域均衡：使系统的冲激响应满足无码间串扰条件。 ❖ 时域均衡原理：波形补偿 ❖ 时域均衡的实现方法：横向滤波器
换的误比特率比普通二进制码进一步下降。
小结
❖ 数字信号基带传输是将数字信号码元序列转化为某种波形通过信号进 行传输，在接收端则对接收的波形进行门限判决以恢复码元。
❖ 数字信号传输中，因为信号频域上的带限造成是遇上的无限拓展，这 样会引起马援麦种之间的码间串扰。为了消除码间串扰，可以采用无 码间串扰的波形，使得在信号的采样点码间串扰为0。
数字信号在传输过程中常常收到噪声的干扰。如果由于噪声或其他干扰 因素使得传输过程中的信号电平突破了门限，那么接收端会产生误判。 所谓误判，即把发送的“1”判决为“0”，或把发送的“0”判决为“1”。 如图所示为误判示意图。
1.1.2 基带数字信号的基本码型
常见的数字基带信号基本码型有单极性码与双极性码、归零码与非归零码。
通信 原理
数字信号基带传输
1.1 数字基带Байду номын сангаас号及其码型
1.1.1 数字基带信号简介
无论是离散信源发出的信号还是将模拟信号进行采样、量化和编码后得到的数 字信号，都是离散的数字码元序列。实际电路中传输数字基带信号以点评的高 低来判断。
实际传输过程中，由于存在衰减、噪声、码间串扰等因素，接收到的信号电平 不可能正好为V或0，故在判定中经常设定一门限电平。如图所示为单极性码的 发送、传输及判定。
第I类部分响应的时域和频域图
1.4.2 差错控制，相关编码和预编码
❖ 第I类部分响应波形，当因为噪声出现个别码元误差，将会对恢复的信号序列 造成严重的错误。
❖ 差错传播：当采用第I类部分响应波形进行编码的时候，一旦发生传输中的差 错，将引起连锁反应，使后面的全部码元都检测、判决错误，直到再次发生 传输差错才会纠正过来。
❖ 多元码定义：一个码元波形幅度，有M种不同的取值（M>2）。通常，这M 种幅度电平均匀取值，且均值为零。
❖ 多元码误码率和误比特率不能混用。
Ps
2(M 1) Q[ M
3S ] (M 2 1) 2
❖ 将多元码转换为二进制码，因为转换的二进制码不同，误码率也有区别。
❖ 转换为普通二进制时，有1/2<Pe/Ps<2/3 ，即误码率有下降。 ❖ 转换为格雷码，有Pe≈Ps/n。因n≥2，故对同样的M进制码元系统，格雷码转
1.6 数字基带信号抗噪声性能分析
1.6.1 数字信号的抗噪声性能
❖ 模拟通信：信噪比。 ❖ 数字通信：误码率。 ❖ 二进制数字通信：将0错判为1或将1错判为0的概率。
数字基带信号的噪声模型
1.6.2 二元码的误码率分析
单极性码的概率分布函数曲线
1.6.3 多元码数字信号的抗噪声性能分析
Ps ( f ) fb P(1 P) | G1 ( f ) G2 ( f ) |2 fb 2 | PG1 (mf b ) (1 P)G2 (mf b ) |2 ( f mf b ) m
1.2.2 几种常见数字基带信号波形的功率谱密度函数
四种 基本 码型 的能 量谱 密度
1.3 无码间串扰的基带传输
基本码型如图所示。
1.1.3 基带数字信号常用码型
在设计和选择实用码型时，一般应注意以下原则： （1）不含直流分量，低频分量尽量少。 （2）包含定时信息，或经简单变换就能提取定时信息。 （3）应具有一定的检错能力。 （4）误码增值要少，避免“一步错，步步错”的危险。 （5）频谱中的高频分量应尽量减少。 如图所示为几种常用的数字信号码型的示意图。
h(t)波形点
理想低通滤波器时域图
1.3.4 奈奎斯特第一准则
❖ 当h(t)的频谱能通过周期搬移叠加为理想低通滤波器，称为等效理想低通滤 波器，此时能实现无码间串扰。
等效理想低通滤波器频谱
余弦滚降信号
余弦滚降信号的时域和频域图
1.4 部分响应基带传输系统
❖ 理想低通滤波器的缺点：频谱陡直，拖尾无限。 ❖ 等效理想低通滤波器缺点：带宽增加。 ❖ 部分响应基带传输系统思路：允许串扰，使串扰有规律，可计算消除。 1.4.1 第I类部分响应系统
AMI码和HDB3码图 双极性四进制码波形图
1.2 数字基带信号的频谱分析 1.2.1 数字基带信号的频谱和功率谱
❖ 数字信号的频谱分析 确定的信号可以根据傅里叶公式计算得出确定的频域表达式，而对于随机过 程则只能分析其功率谱密度。
❖ 数字基带信号功率谱分析
数字信号的功率谱和带宽
一般二进制随机脉冲序列的功率谱密度函数为
1.3.1 数字信号的成型网络 数字基带信号的时域特征和频域特征都与其传输滤波器的传输函数有关。
传输滤波器模型
1.3.2 码间串扰
❖ 严格方波信号具有无限频谱带宽 ❖ 有限带宽信号在时间域存在串扰 ❖ 解决思路：只要在采样点不发生串扰即可。
1.3.3 无码间串扰的传输条件
❖ h(t)为理想低通滤波器时，能实现无码间串扰条件
1.4.3 部分响应基带传输系统的一般形式
1.5 眼图和均衡
1.5.1 眼图
一种直接检测数字通信系统的方法，用示波器观测输出信号，图象形如眼睛。
❖ 最佳采样判决时刻，应该选择眼睛张开最大的地方。 ❖ 判决门限应选左右“眼角”的垂直高度。对双极性信号而言即是零电平。 ❖ 噪声容限指的是采样值的振幅与判决电平之间的距离，也就是说当噪声的
❖ 解决方法：传输之前将绝对码x[n]序列变成相对码x1[n]序列，然后对x1[n] 序列生成部分响应波形y(t)。将y(t)传输到接收端后，直接对y(t)的采样值y[n] 进行模二运算，即可得到信号序列x[n]。
❖ 预编码：x1[n]=x[n]⊕x1[n-1]。 ❖ 相关编码：y[n]=x1[n]+x1[n-1] ❖ x1[n]=x[n]⊕x1[n-1]，即x[n]=x1[n]⊕x1[n-1]
幅度小于这个距离时，噪声叠加后的信号依然不会突破门限造成误判。 ❖ “眼眶”厚度表示信号电平抖动。其中采样时刻厚度称为信号失真量。 ❖ 眼图斜边的斜率反映系统对定时误差的灵敏度。
1.5.2 均衡
❖ 概念：通过可调滤波器校正信号失真。 ❖ 频域均衡：对频域传输函数调整 ❖ 时域均衡：使系统的冲激响应满足无码间串扰条件。 ❖ 时域均衡原理：波形补偿 ❖ 时域均衡的实现方法：横向滤波器
换的误比特率比普通二进制码进一步下降。
小结
❖ 数字信号基带传输是将数字信号码元序列转化为某种波形通过信号进 行传输，在接收端则对接收的波形进行门限判决以恢复码元。
❖ 数字信号传输中，因为信号频域上的带限造成是遇上的无限拓展，这 样会引起马援麦种之间的码间串扰。为了消除码间串扰，可以采用无 码间串扰的波形，使得在信号的采样点码间串扰为0。
数字信号在传输过程中常常收到噪声的干扰。如果由于噪声或其他干扰 因素使得传输过程中的信号电平突破了门限，那么接收端会产生误判。 所谓误判，即把发送的“1”判决为“0”，或把发送的“0”判决为“1”。 如图所示为误判示意图。
1.1.2 基带数字信号的基本码型
常见的数字基带信号基本码型有单极性码与双极性码、归零码与非归零码。
通信 原理
数字信号基带传输
1.1 数字基带Байду номын сангаас号及其码型
1.1.1 数字基带信号简介
无论是离散信源发出的信号还是将模拟信号进行采样、量化和编码后得到的数 字信号，都是离散的数字码元序列。实际电路中传输数字基带信号以点评的高 低来判断。
实际传输过程中，由于存在衰减、噪声、码间串扰等因素，接收到的信号电平 不可能正好为V或0，故在判定中经常设定一门限电平。如图所示为单极性码的 发送、传输及判定。
第I类部分响应的时域和频域图
1.4.2 差错控制，相关编码和预编码
❖ 第I类部分响应波形，当因为噪声出现个别码元误差，将会对恢复的信号序列 造成严重的错误。
❖ 差错传播：当采用第I类部分响应波形进行编码的时候，一旦发生传输中的差 错，将引起连锁反应，使后面的全部码元都检测、判决错误，直到再次发生 传输差错才会纠正过来。
❖ 多元码定义：一个码元波形幅度，有M种不同的取值（M>2）。通常，这M 种幅度电平均匀取值，且均值为零。
❖ 多元码误码率和误比特率不能混用。
Ps
2(M 1) Q[ M
3S ] (M 2 1) 2
❖ 将多元码转换为二进制码，因为转换的二进制码不同，误码率也有区别。
❖ 转换为普通二进制时，有1/2<Pe/Ps<2/3 ，即误码率有下降。 ❖ 转换为格雷码，有Pe≈Ps/n。因n≥2，故对同样的M进制码元系统，格雷码转