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扩频通信原理three.doc

扩频通信原理three

daluodou
2018-09-05 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《扩频通信原理threedoc》,可适用于工程科技领域

第三章数字信号的基带传输在数字传输系统中所传输的通常是二元数字信号设计数字传输系统要考虑的基本想法是选择一组有限个离散的波形来表示数字信息。这些离散波形可以是载波进行调制后的波形,也可以是不经过调制的不同电平信号。由于未经调制的电脉冲信号的频带宽度通常是从直流和低频开始因此称之为基带信号。数字基带信号可以在某些有线信道中直接传输,称之为数字信号的基带传输。特别是在距离不太远的情况因基带传输具有简单方便费用低的优点。而在无线信道和光纤及一些宽带有线信道中必须把数字基带信号调制在载波上才能在信道中传输。把这种传输称为数字信号的载波传输。事实上即使在载波传输中也有基带传输信号发端在调制前,收端在调解之后的处理因此基带传输是广泛使用的技术基础。基带数字信号码型和功率谱要使基带数字信号在信道中传输。在给定信道之后,它的频谱特性就确定了。威势基带数字信号满足信道频谱特性要求必须对基带数字信号的波形进行设计在设计数字波形时必须考虑以下几方面:从信道要求方面考虑为了节省频带提高信道利用率和减小信道相互间交流干扰尽量减小基带信号频谱中的交流分量同时一般不应包含直流分量因为传输信道通常是低频手限的从接收端再生出原信息方面考虑为能方便地提取位定时信息便于监测传输系统的传输质量和具有检错能力便于基带数字传输系统的使用和维护尽量减小误码扩散(或误码增殖),因为有的码型在传输是信道中出现一个误码就会扰乱译码的过程这会是译码的输出信号中出现多个错误。如果采用分组形式传输码型是要求能从基带数字信号中提取分组的同步信息以便正确地对再生出的原码进行固定不变的分组。从便于使用的角度考虑在进行码型变换时,编译码的设备应尽量简单且要求编译过程对任何信元具有透明性,与信源的统计特性无关,也就是与信源中各种数字信息的概率分布无关二元码幅度取值只有两种””,””,或””,””单极性非归零码用连续的高低两个电平分别表示“”和””,如图双极性非归零码用连续的正负电平分别表示“”和“”,如图。单极性归零码以高低(零电平)表示””和“”,如用跳变表示””,则称传号差分码如用电平跳变表示“”,则称空号差分码由于使用电平的相对变与不变来表示””和“”,因而又称其为相对码如图。数字双相码或Mancherster码,也叫分相码如用一个周期的方波表示””,则用反相方波表示“”,如图在这种码型中在每个码元的中心部位都要发生电平跳变因此不管信源中””,””分布如何经过这种码型变换后都没有直流分量且可以很容易从中提取出位同步信息这种特性不受信源的统计特性的影响。但这种码型变换使得原数字信号的基带带宽加倍。这种码型在Ethernet中有应用。传号反转码,也称CMI码交替地用正电平或负电平表示“”,用固定相位的一个周期的方波表示””,如图。这种码的直流分量趋于零或等于零很容易提取位定时信号这种码型具有良好的检错能力。因为如果用“”表示””,用””或””表示“”在正常情况下不可能出现””,也不可能连续出现“”或””CCITT建议把CMI吗作为脉冲编码调制的四次群接口码型。由于这种码型变换把原一位””或””用两位吗表示因此又称这种码型为BB码(一位二元信息二位二元码元),有时也称数字双相码为BB码密勒码密勒码是双相码的变形。编码规则是在””的中点发生电平跳变出现单个””时,电平保持不变,出现连零时,在连””的起始出发生电平跳变。如图(波形谱)密勒码的最大宽度为两个码元周期最小宽度为一个码元周期。由此可具有一定的误码检测性能。它的直流分量很小频带宽度约为数字双相码的一半BB码每位二元输入信息被编为一个位的二元输出码组。所以位二元码共有中不同的组合位二元码共有种不同的组合可利用这种冗余度实现误码检测性能。具体编码方式是考虑到直流分量尽量小误码增殖尽量少位定时和分组同步容易而选定的三元码信号幅度取三个值,””,””,””它是把二元数通过某种特定的取代得到的三元数传号交替反转码AMI码把二进信息元””交替变为””和””的占空比的归零码二近信息中的“”仍为””波形和功率谱如图所示。特点:无直流分量主要功率集中在码速率f的出附近。位定时频率分量为零,通过极性交替规律得到检错能力。主要缺点:位定时提取困难。虽可通过全波整流得到f分量但当连零个数多时,f分量特征小。它的性能。如功率谱分布与信源分布与信源的统计特性关系很大。HDBn码是AMI码的改进把二进码中的“”交替地变为””和””的占空比为归零码当连“”个数不大于n时,””变””,当出现n个连零时,就用特定码组取代称为取代节在取代节中设置”破坏点“以使接收机进行识别。广泛使用n=特点:无直流分量功率主要集中在AAAAAA处附近。有检错能力缺点是增殖系数为BNZS码,也是AMI码的改进型与HDBn码相似当连零数小于N时,遵从传号极性交替规律当连零数大于等于n时,也是用带”破坏点“的取代节来替代但具体替代方法可以不同选n=作为二次群线路接口标准。谱如图。BT码把四个二进码元变成三个三进码元具体见编码表(从种中选种),特点:也可无直流信号功率谱主要在()f之间。编码效率高。MS码,FOMOT码MS码是BT的变形是三模式三元码对信号的平衡性能及顶事性能有改进但但选定分组同步的时间较长FOMOT是BT的又一变形是四模式三元码使分组同步时间短BT,MS,FOMOT码组要用在高次群同轴电缆传输交流波形传输无失真条件互的基带数字信号码型及其频谱中看出频谱的分布范围一般较宽(因为为方波),但实际信道的带宽是有限的,使信号在接收端的波形发生变化。为此在发信端,在对原始的信号进行基带编码后还要再进行一次波形处理。把在信道中传输的信号加工成一定的形状。在接收端可再加一个滤波器以滤除信道中引入的噪声在其后把经信道传输以失真的基带波形恢复原样。方框如下由图已知S’(()=G’(()C’(()R’((),要求接收端得到不失真波形要求如要|G’(()|=,当|(|>(f时,对于有限个脉冲波形则由谱分析理论知,它在时域上是无限延伸的这样各脉冲间可能会产生码间干扰的问题。奈奎斯特第一准则:抽样值之无失真条件。所谓抽样无失真,及信号经传输后虽整个波形可能发生了变化但只要其抽样值保持不变,那么在再生判决时用再次抽样的办法即可准确无误地恢复原始信号。抽样值无失真的充要条件:只在自己的抽样时刻有最大值,而对其他的码元的抽样时刻的信号无影响。二在抽样点上不存在码间干扰如图在自己的抽样时刻t=,样值为最大。它在其他码元抽样时刻,则…,T,T,T,T,T,T,…的样值为,即S(KT)=S((t)利用傅立叶变换得到无失真条件的频域表达式例则由上式得即它的时域波形为,如上图,对二元码,谱宽为,或~T,称T为奈奎斯特带宽谱宽为~(,或~f,称f为奈奎斯特间隔例:升余弦滚降信号频谱的对应信号上例中要求为矩形,实际上达不到,实际应用中是以为中心具有奇对称升余弦形状信源带的一类无串扰波形。称其为升余弦滚降信号(滚降是指其频谱特性。而不是波形)其抽样值为,只考虑传输函数的实部其中(为滚降系数,(((。他的冲击响应为因为归一化波形。t=时抽样最大在时,(n=的整数)为“”,不干扰其他样值大频带变宽,s(t)的振荡起伏小小频带变窄,s(t)的振荡起伏大奈奎斯特第二准则:转换点无失真条件含义:一一定电平对接收信号波形限幅是产生的方脉冲的宽度正好等于码元宽度被判决信号与限幅电平的相等的时刻为转换点。如在转换点处(如)符号间不影响(如图所示),则称转换点无失真条件。即利用傅立叶变换可得无失真的频域表达式例:若则转换不失真条件为:柰奎斯特第三准则:脉冲波形面积保持不变含义:如果接收波形在一个码元宽度内的面积正比于发送矩形脉冲的值而其它码元发送的脉冲对此码元宽度内的面积的贡献为零则接收端也能元失真地恢复原始信号为此要求传输函数的数学表达式为:利用付氏反变换求S(t)再求码元宽度(间隔)内的面积(积分)A得上式也证明了第三准则的正确性。..部分响应波形前面讲具有理想的矩形低通滤波器的冲激响应为即无码间干扰频带也最窄。但理想矩形低通滤波器特性是难以实现的。且波形振荡幅度也较大。如果把两个相隔一定码元宽度的波形合在一起则波形的振荡变小。不再是矩形而是有缓慢的滚降特性数学表达式为:设EMBEDEquation则可得:因为一个符号***内的波形是整个信号波形的一部分部分响应。上面这个合成信号为部分响应形成波形的一种显然特点是在处抽样值相等,在、、……为零在(转换点)上为相当于抽样值有串扰不再满足抽样不失真条件产生码间的串扰使抽样值发生变化称新的抽样值为“伪电平”。然而串扰值有多大?结论是相邻码元抽样时刻在汲点(或称为转换点)上出现一个与发送码元抽样值相同幅度的串扰。理解:采用上面的部分响应波形发送码元时刻为……对应于第个码元在发信息波形对第一个码元在发信息波形如在抽样得第个码元样值则第一个码元样值在时刻但这一时刻的样值受到第个码元串扰的影响。这个串扰值与以送端发出的信息波形幅度相同。这样从绝对值考虑串扰的样值与自己的样值是一样的。同样第个码元的样值(伪电平)也受到它前一个码元同等的串扰。根据上面的分析由于串扰的影响接收波形与发送码序列会有很大的差别。如发送序列为-二进制序列:、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、接收波形在相应时刻上抽样值应为与前一位码串扰值之和且串扰值与信码抽样值相等因而可得:以上为部分响应波形的一种部分响应波形的一般数学表达式为:其中…为加权系数取整数上式的频谱为EMBEDEquation有五类部分响应波形可用但常用的有两类第一类和第四类。第一类就是前面讲过的。第四类是。波形及频谱如图所示:.部分响应波形基带传输系统的相关编码与预编码如何解决部分响应信号码元之间串扰。对于一般的部分响应信号当前样值与其它码元的串扰值有关可以记为:上式称为部分响应信号的相关编码。显然部分响应信号的类别不同则其相关编码方式也不同。根据相关编码可解出原来的序列:由于符号间相互串扰若使中错一位码则由此码元开始以后的、、…全错为此在发送端先进行信号编码来解决此问题。(模)预编码或其中N为{}的进制(如等)为预编码后的新序列。把预编码后的序列进行相关编码得:于是得到:即预编码后的部分响应信号已解除各抽样值之间的相关特性可直接由当前的值得到的值。例:以第四类为例取四进制。模(即若和为取和为取…)相关编码规律为(模)(模)如{}为:最后要注意部分响应信号是由预编码器相关编码器、发送滤波器、信道和接收滤波器共同产生的。其中发送滤波器、信道的接收滤波器一起构成波形形成滤波器。.信道均衡技术在基带传输系统中线性失真(幅度失真和群时延失真)主要来自发送、接收滤波器和信道。使得不满足系统传输函数的特性(奈氏第一准则)克服的办法是采用均衡器。基带传输系统使用的均衡器是有幅度均衡和相位均衡两大类。.数字信号基带传输的差错率这里的差错率是指信道噪声的影响而不是码间干扰造成的。在基带信号传输中在接收端通常都有一接收滤波器其作用一是最大限度地滤除信道噪声得到最大的信噪比二是与发送滤波器一起构成一定特性使接收的基带信号波形为所需的形状。根据二种要求选择接收滤波器二者常有矛盾要根据实际情况进行折中。但在有线信道中一般SNR很高所以一般不采用匹配滤波因而接收滤波器的作用主要是从得到一定基带信号波形考虑使码间干扰最小。下面计算在码间干扰为零时由信道噪声均值为的加性高斯白噪声的误码。..二元码的差错率接收信号其中s(t)为接收二元信号波形n(t)为噪声。设二元码在抽样时刻时的幅度为或A则有若发“”与发“”的概率相等则则取判决门限为时误码率最小且平均信号功率EMBEDEquation噪声平均功率为则若为双极性码码元样值为则有EMBEDEquation比较上式SN一样的情况下双极性码的差错率低。多元码的差错率对三元码若码元样值为、则可得到其差错率比单极性二元码的差错率还要大。对于M元码其差错率可以表示为:�EMBEDEquation����EMBEDEquation����EMBEDEquation����EMBEDEquation����EMBEDEquation���unknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknowndocunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknown

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