第四章基带信号的传输与检测
第四章 基带信号的传输与检测
本章内容 §4.1基带信号波形和频谱 §4.2高斯噪声干扰下二进制信号检测 §4.3无码间串扰ISI)基带传输 §4.4相关编码（部分响应系统） §4.5时域均衡 §4.6眼图 §4.7扰码和解扰 附录1：基带信号功率谱公式推导
2 本章内容 §4.1 基带信号波形和频谱 §4.2 高斯噪声干扰下二进制信号检测 §4.3 无码间串扰(ISI)基带传输 §4.4 相关编码(部分响应系统) §4.5 时域均衡 §4.6 眼图 §4.7 扰码和解扰 附录1：基带信号功率谱公式推导
§4.1基带(Baseband)信号波形和频谱 >经过PCM或编码后的信号就是数字基带信号，不使用载 波调制和解调装置而直接传输数字基带信号的系统称为数 字基带传输系统。 >基带信号是代码的电表示形式。在实际的基带传输系统中， 并不是所有代码的电波形都能在信道中传输，例如含有直 流或低频成分的信号，因为同步信号不便于提取，经过信 道后可能会造成信号的严重畸变，因此要把信号码元变换 为适于信道传输的传输码
3 §4.1 基带(Baseband)信号波形和频谱 经过PCM或编码后的信号就是数字基带信号，不使用载 波调制和解调装置而直接传输数字基带信号的系统称为数 字基带传输系统。 基带信号是代码的电表示形式。在实际的基带传输系统中， 并不是所有代码的电波形都能在信道中传输，例如含有直 流或低频成分的信号，因为同步信号不便于提取，经过信 道后可能会造成信号的严重畸变，因此要把信号码元变换 为适于信道传输的传输码
基带信号选取准则 >避免直流分量：」 实现系统的交流耦合； >便于恢复定时信息：从接收信号中恢复出时钟信号； >良好的检错能力：有些码型变换本身就具备错误数据 的检测能力； >便于压缩带宽：多电平码（类似于高阶调制)能够提 高带宽的利用率； >实现差分编码： >优异的抗噪声性能：不同码型的抗噪性能不同
4 基带信号选取准则 避免直流分量：实现系统的交流耦合； 便于恢复定时信息：从接收信号中恢复出时钟信号； 良好的检错能力：有些码型变换本身就具备错误数据 的检测能力； 便于压缩带宽：多电平码（类似于高阶调制）能够提 高带宽的利用率； 实现差分编码： 优异的抗噪声性能：不同码型的抗噪性能不同
基带信号波形 >NRZ(不归零码) ·NRZ-L:“1"”对应正电平，“0”对应零电平（单极性）或负电平（双极性） ■NRZ-M(“1差分码)：用电平的跳变表示“1”； ■NRZ-S(“0差分码)：用电平的跳变表示“0”； >RZ(归零码) Unipolar RZ: “1”,发送一个宽度小于码元持续时间的归零脉冲， “0”仍为零电平； ■Bipolar RZ:“1”和“0”分别对应正负脉冲，而且要归零； ·RZ-AMI:“0”一一零电平，“1”用极性交替的正负归零电平表示 >Manchester coding(Bi--L):“1”用正负脉冲、“0”用负正脉冲表 示 >Delay Modulation(Miller):“1"用码元持续时间中心点出现跳变表 示，“0”分两种情况，单个的“0”，在码元持续时间内不出现电平跳变， 连续的“0”，在两个0码的边界处出现电平跳变
5 基带信号波形 NRZ(不归零码) NRZ-L: “1”对应正电平， “0”对应零电平(单极性)或负电平(双极性）； NRZ-M(“1”差分码)：用电平的跳变表示“1” ； NRZ-S(“0”差分码)：用电平的跳变表示“0” ； RZ(归零码) Unipolar RZ： “1” ，发送一个宽度小于码元持续时间的归零脉冲， “0”仍为零电平； Bipolar RZ： “1”和“0”分别对应正负脉冲，而且要归零； RZ-AMI： “0”－－零电平， “1”用极性交替的正负归零电平表示 Manchester coding(Bi-φ-L)： “1”用正负脉冲、 “0”用负正脉冲表 示 Delay Modulation(Miller)： “1”用码元持续时间中心点出现跳变表 示， “0”分两种情况，单个的“0” ，在码元持续时间内不出现电平跳变， 连续的“0” ，在两个0码的边界处出现电平跳变
1100000 1010 单极性不 归零码 双极性不 归零码 “1”差 分码 “0”差 分码 单极性 归零码 双极性 归零码 变换极性码 (NRZ-AMI) RZ-AMI 分相码 Manchester 延迟调制 Miller 6
6 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 单极性不 归零码 双极性不 归零码 单极性 归零码 双极性 归零码 变换极性码 (NRZ-AMI) Manchester Miller “1” 差 分码 “0”差 分码 RZ -AMI 延迟调制 分相码
M-level Pulse(M=2k) 其实就是多进制调制，即用一个码元符号来表示多个二 进制码元，其目的是在码元速率一定时可提高数据传输 速率，从而提高了系统的频谱利用率。 3 2 1 0 Ts 2Ts 3Ts 4Ts
7 M-level Pulse(M =2k) 其实就是多进制调制，即用一个码元符号来表示多个二 进制码元 ，其目的是在码元速率一定时可提高数据传输 速率，从而提高了系统的频谱利用率。 0 1 2 3 Ts 2Ts 3Ts 4Ts
M进制PAM脉冲 >M种电平，M=2k,每个脉冲包含k比特 >脉冲周期：T, >码速率（波形速率）：R=1/T,=1/(kT)=R/k ☑传输相同比特率数据，用M电平脉冲比用2电平脉冲可 减小传输带宽 ☑代价：增大M电平脉冲能量 >平均信号能量 E= 12 12 >每增加1bit,而保持电平间隔d不变，则信号能量 - E(D)=4E(k)4 增加为4倍，即6dB/bit 8
8 M进制PAM脉冲 M种电平，M=2k ，每个脉冲包含k比特 脉冲周期：Ts 码速率(波形速率)：Rs =1/Ts =1/(kTb)=Rb/k 传输相同比特率数据，用M电平脉冲比用2电平脉冲可 减小传输带宽 代价：增大M电平脉冲能量 平均信号能量 每增加1bit，而保持电平间隔d不变，则信号能量 2 2 2 ( 1) (4 1) 12 12 d d k E M = −= − 2 ( 1) ( ) 4 4 k k d E E + = + 增加为4倍，即6dB/bit
二进制脉冲序列功率谱 g1()→1，出现概率为P g2()0,出现概率为1-P 则功率谱为 P(f)=f·P(1-P)G(f)-G2(f) +2PG(nf,)+(1-P)G2(nf,)6(f-nf,) 11=-o0 ·式中第一项为连续谱，决定脉冲信号带宽 第二项为离散谱，可能存在，则有利于提取码同步信息； 也可能不存在。 具体的推导过程见后面的附录。 9
9 二进制脉冲序列功率谱 g1(t) 1，出现概率为 P g2(t) 0，出现概率为 1-P 则功率谱为 式中第一项为连续谱，决定脉冲信号带宽 第二项为离散谱，可能存在，则有利于提取码同步信息； 也可能不存在。 2 1 2 2 2 1 2 ( ) P(1 P) ( ) ( ) P ( ) (1 P) ( ) ( ) x s s s ss m Pf f Gf G f f G nf G nf f nf δ +∞ =−∞ =⋅ − − + ∑ + − − 具体的推导过程见后面的附录
?基带信号频谱 5.2 48 4.4 4.0 Ducbinary Delay (ZH/M) 3.6 modulation 注意：书上第69 3.2 页相关概念不正确 2.8 2.4 2.0 NRZ Dicode NRZ 1.6 1.2 Bi-phase 0.8 0. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 12 1.6 1.8 2.0 normalized bandwidth 横坐标是归一化带宽WT=WRs,单位为赫兹（脉冲S)或赫兹（码元/S), 这是带宽的一种相对测量，描述了传输带宽如何有效用于每个波形，即 单位码元速率所需的带宽。如果发送1 symbol/s需要不到1Hz,认为带宽 有效，超过1Hz,效率较低。 频谱利用率是RW,单位为bps/Hz,即单位带宽能够传输的信息速率。 10
10 基带信号频谱 横坐标是归一化带宽WT=W/Rs，单位为赫兹/(脉冲/s)或赫兹/(码元/s)， 这是带宽的一种相对测量，描述了传输带宽如何有效用于每个波形，即 单位码元速率所需的带宽。如果发送1symbol/s需要不到1Hz，认为带宽 有效，超过1Hz，效率较低。 频谱利用率是R/W，单位为bps/Hz，即单位带宽能够传输的信息速率。 注意：书上第69 页相关概念不正确