数字通信基础与应用课件.ppt

1、1 12 2第第2 2章章 3 3 (1)(1)数字基带信号数字基带信号：未经调制（频谱搬移）的、用以表示数字信：未经调制（频谱搬移）的、用以表示数字信 息的电脉冲信号称之。息的电脉冲信号称之。(2)(2)数字基带信号频谱的特点数字基带信号频谱的特点：信号频谱占据从直流开始至某一：信号频谱占据从直流开始至某一 频率频率f fm m的低频段。的低频段。(3)(3)若把调制若把调制/解调过程看作广义信道的一部分，任何数字传输解调过程看作广义信道的一部分，任何数字传输 系统均可看作数字基带传输系统。系统均可看作数字基带传输系统。第第2 2章章 4 4 2 2.信号发送信号发送 信号接收信号接收波形变

2、换波形变换传输信道传输信道干扰干扰匹配匹配滤波器滤波器均衡器均衡器取样取样判决器判决器定时信号定时信号数字代码数字代码数字代码数字代码第第2 2章章 5 5第第2 2章章 6 6 2 2.波形变换波形变换：对数字代码进行信号的波形编码，使基带信号：对数字代码进行信号的波形编码，使基带信号 a a）适合在特定的信道中传输；适合在特定的信道中传输；b b）易于提取同步信号；易于提取同步信号；c c）具有一定的检错功能；）具有一定的检错功能；d d）。信道均衡信道均衡：信道特性校正，减少由于信道畸变造成的码间串扰。：信道特性校正，减少由于信道畸变造成的码间串扰。匹配滤波器匹配滤波器：保证在抽样时刻，

3、实现最大信噪比的信号提取。：保证在抽样时刻，实现最大信噪比的信号提取。第第2 2章章 7 7 1.1.码型码型：数字基带信号的电：数字基带信号的电/光脉冲波形表示。光脉冲波形表示。2.2.码型设计原则码型设计原则：（视不同的传输信道及要求，信号脉冲具有如下的若干特性)a a）不含直流分量，易于实现交流耦合；不含直流分量，易于实现交流耦合；b b）对信源具有透明性，不受信源统计特性的影响（例如不会对信源具有透明性，不受信源统计特性的影响（例如不会 由于信源的特性变化，过多的连由于信源的特性变化，过多的连“0”“0”连连“1”“1”的个数影响的个数影响信号信号 频谱特性和同步性能等频谱特性和同步性

4、能等）；）；c c）易于提取同步信号（含同步信息）；）易于提取同步信号（含同步信息）；第第2 2章章 8 82.2.码型设计原则（续前）码型设计原则（续前）：d d）具有一定的检错能力；）具有一定的检错能力；e e）误码增值影响小；误码增值影响小；f f）对分组形式的传输码型，可恢复出分组同步信息；对分组形式的传输码型，可恢复出分组同步信息；g g）高频分量小以减少码间串扰、提高频带利用率；高频分量小以减少码间串扰、提高频带利用率；h h）编译码（波形产生和变换）设备复杂性小。编译码（波形产生和变换）设备复杂性小。第第2 2章章 9 93 3.NRZ-LNRZ-L：一种电平代表一种电平代表“0

5、”“0”，另一种电平代表，另一种电平代表“1”“1”；NRZ-M(NRZ-M(传号差分码传号差分码)：电平变化代表：电平变化代表“1”“1”，电平不变化代表，电平不变化代表“0”“0”；NRZ-S(NRZ-S(空号差分码空号差分码)：电平变化代表：电平变化代表“0”“0”，电平不变化代表，电平不变化代表“1”“1”。第第2 2章章 1010 ：解决信号解调时信号的：解决信号解调时信号的“0”“1”“0”“1”倒换问题；倒换问题；（相位模糊问题相位模糊问题,详见后。详见后。）编码编码（异或运算）：（异或运算）：设输入信息码为设输入信息码为 a an n，差分编码输出为差分编码输出为b bn n,

6、则：则：b bn na an n b bn n-1-1 解码解码，因为：，因为：b bn n b bn n-1-1(a(an n b bn n-1-1)b bn n-1-1=a =an n (b bn n-1-1 b bn n-1-1)=a)=an n 0=a 0=an n 解码输出解码输出 a an n b bn n b bn n-1-1第第2 2章章 11 11单极性单极性RZRZ：半个比特宽度的脉冲代表半个比特宽度的脉冲代表“1”“1”，没有脉冲代表，没有脉冲代表“0”“0”；双极性双极性RZRZ：两个极性相反宽度均为半个比特的脉冲分别代表两个极性相反宽度均为半个比特的脉冲分别代表“0”

7、“0”和和“1”“1”；RZ-AMIRZ-AMI：幅度相等正负交替的脉冲代表幅度相等正负交替的脉冲代表“1”“1”，没有脉冲代表，没有脉冲代表“0”“0”。第第2 2章章 1212bi-bi-L-L码码：前半个比特有脉冲后半个比特无脉冲代表：前半个比特有脉冲后半个比特无脉冲代表“1”“1”，反之，反之 代表代表“0”“0”；bi-bi-M-M码码：每个码元开始时都发生跃变，如果在半个码元后再每个码元开始时都发生跃变，如果在半个码元后再 次跃变代表次跃变代表“1”“1”，不跃变则代表，不跃变则代表“0”“0”；bi-bi-S-S码码：每个码元开始时都发生跃变，如果在半个码元后再每个码元开始时都发

8、生跃变，如果在半个码元后再 次跃变代表次跃变代表“0”“0”，不跃变则代表，不跃变则代表“1”(“1”(与与bi-bi-M-M码码相反相反)。第第2 2章章 1313：在每个码元中心出现电平跳变在每个码元中心出现电平跳变(分相分相/裂相裂相)，有利于有利于 时钟信号的提取。时钟信号的提取。:由时钟和信息码（由时钟和信息码（NRZNRZ形式）模形式）模2 2和产生。和产生。第第2 2章章 1414：一种均值为零的条件双相（：一种均值为零的条件双相（码。码。以太网采用曼彻斯特码作为传输码型。以太网采用曼彻斯特码作为传输码型。第第2 2章章 11101001000110时钟NRZ(M)信号条件双相码

9、曼彻斯特码1515延迟调制码延迟调制码：码元持续时间中心点跃变代表：码元持续时间中心点跃变代表“1”“1”，单个单个“0”“0”时电平不变，时电平不变，连连 “0”“0”时在码元起始点出现跳变；时在码元起始点出现跳变；DicodeDicode NRZNRZ码码：相邻数据发生相邻数据发生“0”-“1”“0”-“1”或或“1”-“0”“1”-“0”变化时脉冲极性变化时脉冲极性发生变化，发生变化，相邻数据无变化时发送零电平相邻数据无变化时发送零电平；DicodeDicode RZ RZ：除脉冲占空比不同外，其它变化规律与双相除脉冲占空比不同外，其它变化规律与双相NRZNRZ码同。码同。第第2 2章章

10、 1616 HDBHDBn n码：码：AMIAMI码的改进型，将连码的改进型，将连“0”“0”电平的状态数限定为电平的状态数限定为n n。改进方法：若连改进方法：若连“0”“0”状态数状态数 n n，则对每则对每n n1 1位连位连“0”“0”，用，用特定特定 的码组取代之的码组取代之取代节取代节。取代节的取代节的，每个取代节共含每个取代节共含n n1 1个脉冲：个脉冲：B00B000V0V，或或0000000 0V V 其中：其中：B B脉冲符合极性交替的规律；脉冲符合极性交替的规律；V V脉冲破坏极性交替的规律（以便接收端识别）脉冲破坏极性交替的规律（以便接收端识别）第第2 2章章 171

11、7（一种最常用的（一种最常用的HDBHDBn n码）码）HDBHDB3 3码的码的选择规则：选择规则：前一破坏点极性前一破坏点极性 -+-+-前一脉冲极性前一脉冲极性 -+-+取代节码组取代节码组 0000 0000 000 000 000 000 （B00VB00V）（B00VB00V）（000V000V）（000V000V）设计原则：设计原则：避免出现避免出现3 3个以上的连个以上的连“0”“0”；既可实现标识，又尽可能保持直流平衡。既可实现标识，又尽可能保持直流平衡。第第2 2章章 1818例例 HDB HDB3 3码的编码，设输入二元代码为：码的编码，设输入二元代码为：输入输入 1 0

12、 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1设前一破坏点极性为负设前一破坏点极性为负 B B+0 B0 B-B B+0 0 0 B0 0 0 B-B B+0 0 B0 0 B+设前一破坏点极性为正设前一破坏点极性为正 B B+0 B0 B-B B+0 0 0 B0 0 0 B+B B-0 0 B0 0 B-111000000110HDB3_100000001111000000110HDB3_200000001第第2 2章章 设前一破坏设前一破坏点极性为负点极性为负设前一破坏设前一破坏点极

13、性为正点极性为正1919：当出现某个脉冲与前面一个脉冲同极性时，将该脉冲及前当出现某个脉冲与前面一个脉冲同极性时，将该脉冲及前 面三位均置为面三位均置为“0”“0”。第第2 2章章 20204 4.第第2 2章章 21215.5.设随机信号符号集为设随机信号符号集为 a aj j，相应的信号波形为相应的信号波形为 g gj j(t)(t)，则数字基带信号则数字基带信号S(t)S(t)S(t)S(t)的截短信号为：的截短信号为：按定义，按定义，由由S SN N(t)(t)的傅氏变换可得其功率密度谱：的傅氏变换可得其功率密度谱：S SN N(f).(f).若下列的极限存在，则信号若下列的极限存在，

14、则信号S(t)S(t)的功率密度谱为的功率密度谱为 考虑二元独立序列考虑二元独立序列 a aj j=0,1=0,1 码形变换：码形变换：0 0 g g1 1(t)(t)1 1 g g2 2(t)(t)nSjnTtgtS)()(NNnSjNnTtgtS)()(SNNTNfSEfS)12()(lim)(2第第2 2章章 2222 则随机脉冲序列重新表达为则随机脉冲序列重新表达为 其中：其中：k k：1 2 1 2 概率概率 p 1p 1p p 当信源当信源 a aj j 统计特性确定之后，统计特性确定之后，S(t)S(t)的的为为 定义信号的定义信号的为为 其中：其中：nSknTtgtS)()(n

15、nSStnTtgpnTtpgttSE)()()1()()()(21nntttSt)()()()()()1()()()()()(21sssknsknnTtgpnTtpgnTtgtnTtgt第第2 2章章 2323 由由g gk k(t)(t)的分布特性，有的分布特性，有 ,以概率以概率p p ,以概率以概率1-1-p p 改写改写 ,以概率以概率p p ,以概率以概率1-1-p p 下面分别求下面分别求 和和 的功率谱的功率谱)()()()1()()()()()1()()1()()()(2121221211nTtgnTtgpnTtgpnTtpgnTtgnTtgnTtgpnTtgpnTtpgnTt

16、gtn)(t)()()(21nTtgnTtgbtnnppbn1)(t)(t第第2 2章章 2424 （1 1）信号）信号 的功率谱的功率谱 因为因为 所以所以 应为应为 的函数。的函数。利用傅氏级数展开利用傅氏级数展开 式中式中 nntt)()()()1()()(21SSnnTtgpnTtpgt)(tTfeCtTmtmfjmT1)(,2)(t第第2 2章章 2525 其中其中)()1()(1)()1()(1)()1()(1)()1()(1)(1212212222122221222TTtmfjnTtmfjnnTTnTTTTtmfjnTTtmfjmmfGpmfpGTdtetgptpgTdtetgp

17、tpgTdtenTtgpnTtpgTdtetTCTTTT2,1,)()(2kdtetgmfGtmfjkTkT第第2 2章章 2626 利用利用与其与其间的关系间的关系 信号信号 的功率谱的功率谱 （2 2）信号）信号 的功率谱的功率谱 信号的截短函数信号的截短函数 两边取傅氏变换：两边取傅氏变换：nnntjnnnCeCtf)(2)()(121)(tmTTTTmffmfGpmfpGffS)()()1()()(2212)(tNNnNnTtgnTtgbt)()()(21NNnnTfnNNftjnNfGfGebdtenTtgnTtgbf)()()()()(212221第第2 2章章 2727 求求 ，

18、归结为求，归结为求 （1 1）若）若 m m 不等于不等于 n n，且假定且假定b bn n与与b bm m，则由，则由 b bm m b bn n b bm mb bn n p(p(b bm m)p()p(b bn n)p()p(b bm mb bn n)1-p 1-p (1-p)1-p 1-p (1-p)2 2 p p p p p p2 2 -p -p p-p -p p2 2 1-p 1-p (1-p)1-p 1-p (1-p)2 2 1-p -p -(1-p)p p 1-p p(1-p)1-p -p -(1-p)p p 1-p p(1-p)-p 1-p -p(1-p)1-p p (1-p

19、)p -p 1-p -p(1-p)1-p p (1-p)p 得：得：*2121)(2*2)()()()()()()(NNmNNnTfnmnmNNNfGfGfGfGebbfff2)(fENmnbbE0,nmmnmnmnbbpbbbbE第第2 2章章 因为有：因为有：2828 22122212)()()1()12()()()(fGfGppNbEfGfGfENNnnN （2 2）若）若 m m 等于等于 n n，由由 从而得：从而得：信号信号 的功率谱：的功率谱：综合（综合（1 1）、（）、（2 2）随机序列）随机序列S(t)S(t)的功率谱的功率谱 )1()(1()1(222ppppppbEbbE

20、nmn)(t2212)()()1()12()(lim)(fGfGppfTNfEfSTNN)()()(fSfSfS第第2 2章章 2929 随机序列随机序列S(t)S(t)的功率谱的功率谱 式中，第一项为式中，第一项为连续谱连续谱部分，第二项为部分，第二项为离散谱离散谱（线谱）部分。（线谱）部分。例例1 1.求双极性非归零码的功率谱。已知：求双极性非归零码的功率谱。已知：a an n A -A A -A 由由 g g1 1(t)=-g(t)=-g2 2(t)(t)P Pn n 得得 G G1 1(f)=-G(f)=-G2 2(f)(f)其中其中 代入公式得：代入公式得：mTTTTTSmffmfG

21、pmfpGffGfGppff)()()1()()()()1()(2212221SSSfTfTSinATfG)()(101STnG222)(SSSSfTfTSinTAf第第2 2章章 3030 例例2 2 求数字双相码的功率谱。求数字双相码的功率谱。当当 P=P=时，时，不存在离散线谱。不存在离散线谱。SSSTtTATtAtg2,20,)(1)()(12tgtg24222222)1(42)21()(SSSSnSTTfSinTAPPTnfnPAf24222)(SSSSTTfSinTAf第第2 2章章 31316.6.：对应于每个模拟采样值量化后的一组比特值：对应于每个模拟采样值量化后的一组比特值。

22、量化电平数量化电平数L L与比特数与比特数l(码字长度码字长度)之间的关系：之间的关系：L=2L=2l 设量化误差设量化误差|e|与模拟电压峰峰值之间的关系为与模拟电压峰峰值之间的关系为|e|pVppp为希望获得的比例系数，为希望获得的比例系数，对于均匀量化，有对于均匀量化，有|e|max=q/2 =Vpp/2L=Vpp/(2 2 2l)pVpp整理得：整理得：l log2（1/2p）第第2 2章章 32326.6.：每个：每个M M进制码元可携带的信息比特数进制码元可携带的信息比特数k k k log2M 相应地相应地 M=2k PCMPCM码字码字 码元符号码元符号 码元波形码元波形第第2 2章章 33337.7.：利用脉冲的幅度变化携带信息；利用脉冲的幅度变化携带信息；利用脉冲的位置变化携带信息利用脉冲的位置变化携带信息（等幅信号）（等幅信号）利用脉冲的宽度变化携带信息。利用脉冲的宽度变化携带信息。（等幅信号）（等幅信号）若调制信息是经量化的信号时，相应的信号变化值是离若调制信息是经量化的信号时，相应的信号变化值是离 散的。散的。第第2 2章章 34347.7.第第2 2章章 3535