第5章 数字信号基带传输

第5章数字信号基带传输

知识点：

(1) 信号设计——码型、波形是数字编码传输的基础；

(2) 随机数字波形序列的功率谱特性；

(3) 数字基带信号传输系统构成及其主要知识；

(4) 消除符号间干扰理论——Nyquist准则基本原理及实施技术；

(5) 均衡的基本概念。

知识点层次：

(1) 掌握主要码型如双极性不归零码、AMI、差分码等构成特点，理解其他码型特征；

(2) 理解功率谱构成特征，掌握决定功率谱的主要参量；

(3) 掌握奈氏第一准则及有关参数、关系，理解第二准则基本思想；

(4) 了解均衡目的及主要做法；

(5) 掌握并理解各典型例题及简答填空内容。

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讨论了三个问题：

（1）发送信号的码型与波形选择及其功率谱特征；

（2）符号间干扰及奈奎斯特准则——关于ISI的产生机理与消除ISI的基本原理；

（3）作为消除ISI及其它噪声、干扰影响，进行的接收波形均衡，以及直观评价接收效果的方法（眼图）。

现分别总结如下：

1.数字基带信号码型与波形设计（选择），首先应适于通信传输的基本要求，尽可能保证较高的可靠性及带宽利用率。常用码型针对不同的要求，各有不同特点。就二元信号来说，NRZ、AMI、CMI、差分码等各有优势，并有很好的功率谱特性。HDB3码多用于PCM基群线路码型，以及A律PCM各次群。从减少平均误差来看，自然码不如格雷码。

用什么形状的波形表示各种码型，也需考究。通常为便于介绍原理，多利用方波，这样单符号能量似乎最大。从减少ISI及适应限带信道特性系统来看，方波并不是最佳的。

另外，还应考虑二元或多元符号波形之间的正交性，以利较佳接收，如NRZ、AMI、CMI等，均具有正交性或变相正交，抗干扰能力强。

数字基带信号的传输系统，较多为收发同步模式。便于收端提取同步，往往是选择码型的主要考虑之一。

2.数字基带信号作为随机信号采样，它具有具体的自相关函数及相互确定的功率谱。它完全取决于三原则先验概率、码型波形形状及传输速率或码间间隔。由于功率谱去瓣包含了信号90%以上能量，因此，可以方便地以静峰确定带宽。良好的波形应当是其功率谱衰减收敛快，去瓣能量大。

3.奈奎斯特第一准则为消除ISI奠定了理论基础。这一准则的目标及其可实施性必须理解清楚。其要点是：

1）广义信道的响应，抽样序列的频谱（在全频域）等于常数值，即可确保消除ISI。准则指出了理想的上界——利

用奈氏带宽，传输奈氏速率时（最大频带利用率），可理想地消除ISI。

2）可实现方案之一——利用滚降信道，应具备两个条件：滚降特性为“互补对称”，则需

付出带宽代价。全升余弦性能最佳，但，占用带宽最大（），一般地

无论采取什么滚降方式的频响特性，只要满足互补对称条件，均视为“升余弦”系列成员。

3）实现消除ISI的第二个方案——奈奎斯特第二准则：相关编码部分响应。所谓相关编码是利用相邻样本之间相关性，即如第Ⅰ类，利用双二进制码或其修正形式。为避免误码扩散，此前先将自然码转为差分码。所谓“部分响应”，是因为传输信号实际上已为三电平±2及0，伪三进制码，在接收判决时刻的抽样值，只是总响应的一“部分”，根据部分响应的几种类别不同，尚必须与其相邻的1个或几个样值综合确定判决值。

4.均衡的目的，除了因上述实施奈氏准则不够完备，而消除ISI残余外，尚可能补偿因其它传输干扰、加性噪声，以及接收机性能欠佳的影响。均衡在很大程度上进一步“修正”接收波形，使之将ISI降至最低。

最常用的简单均衡方式为抽头－延迟线（线性）均衡，实际上是一个横向滤波器。抽头数为，移存器数为

个，均衡涉及调整的抽样点数自然要比输入它的被接收样本及前后的样本（抽样时刻干扰值）数目多个。

均衡器抽头应当自动或自适应调整，自适应算法以迫零和LMS算法为多用，抽头数越多，均衡效果越好，但延迟量与成本也随之加大。

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5.7.1 码型与功率谱

5-2试画出序列的双极性码型：

a）CMI码；b）差分码；c）密勒码；d）归零AMI码。

5-3 数字码采用双相码又称为分相码时，它用一个周期方波来代表“1”，而用它的反相波形表示“0”。如题5-3图（）所示。试求其功率谱。

题5-3图

5-4试求码元间隔为的单极性归零（占空比）的连1序列的功率谱表达式。

5-8将二元序列经过的升余弦频谱响应的信道进行传输，并采用幅度为的双极性码。

设码元间隔为。

（1）按比例画出接收输出时间波形。

（2）指出收到信号的抽样点及过零点，并指出是否有码间干扰，为什么？

5-9采用预编码-相关电平编码的第I类部分响应系统，输入比特流，已知系统传递函数为

，在系统输出端对信号先进行整流后抽样判决。

（1）确定系统冲激响应。

（2）输入二元序列为，并分别由和表示传号和空号，试确定各时刻系统各点输出。

（3）试给出最佳判决门限值及恢复源码规则。并说明本系统究竟采用接收整流是否有利？

（4）说明该系统含否误码扩散？为什么？

5-16若系统在、0、的响应值为、、，确定三抽头均衡系数与均值结果值。5.7.2 误码性能

5-18如果双极性码和单极性码的最大幅度V，若误码率皆为，试求噪声功率各是多少？

5-19基带传输系统在接收判决再生前的加性噪声方差为，如果利用双极性码传输，在要求平均误码率不超

过时，试确定所需的脉冲幅度。如果加性干扰引起的误码率减小到每bit中误码1bit，且脉冲幅度为0.25V，求该种干扰的方差。

5-20设有一计算机产生单极性信号，其速率bit/s为了在具有W/Hz的噪声干扰信道中

传输，且误码率每1秒不大于1bit。在传输单极性脉冲信号时接收端的信噪比为30，试计算判决电平时的传输误码率。

5.1数字基带信号的特点

由模拟信源转换而来的PCM信号，或离散信源产生的符号序列，以及数字数据源发出的代码，从广义角度，我们均称其为PCM编码。这些序列的码组构成的码字各代表一个独立信息含义。为了匹配信道特性达到较佳传输效果，尚待选