通信原理重點知識總結(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ? 它是 AMI 碼的一種改進型，改進目的是為了保持 AMI 碼的優點而克服其缺點，使連“ 0”個數不超過 3 個。 ? 編碼規則： （ 1）檢查消息碼中“ 0”的個數。當連“ 0”數目小于等于 3 時， HDB3 碼與AMI 碼一樣， +1 與 1 交替； （ 2）連“ 0”數目超過 3 時，將每 4 個連“ 0”化作一小節，定義為 B00V，稱為破壞節，其中 V 稱為破壞脈沖，而 B 稱為調節脈沖； （ 3） V 與前一個相鄰的非“ 0”脈沖的極性相同 (這破壞了極性交替的規則，所以 V 稱為破壞脈沖 )，并且要求相鄰的 V 碼之間極性必須交替。 V 的取值為 +1 或 1. （ 4） B 的取值可選 0、 +1 或 1，以使 V 同時滿足（ 3）中的兩個要求； （ 5） V 碼后面的傳號碼極性也要交替。 ? 例： 消息碼： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 AMI 碼： 1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 1 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 +1 HDB 碼： 1 0 0 0 –V +1 0 0 0 +V 1 +1B 0 0 –V +B 0 0 +V 1 +1 其中的 ?V 脈沖和 ?B 脈沖與 ?1 脈沖波形相同，用 V 或 B 符號表示的目的是為了示意該非“ 0”碼是由原信碼的“ 0”變換而來的。 ? HDB3 碼的譯碼： HDB3 碼的編碼雖然比較復雜，但譯碼卻比較簡單。從上述編碼規則看出，每一個破壞脈沖 V 總是與前一非“ 0”脈沖同極性 (包括 B 在內 )。這就是說，從收到的符號序列中可以容易地 找到破壞點 V，于是也斷定 V 符號及其前面的 3 個符號必是連“ 0”符號，從而恢復 4 個連“ 0”碼，再將所有 1 變成+1 后便得到原消息代碼。 ? 雙相碼：又稱曼徹斯特（ Manchester）碼 ? 用一個周期的正負對稱方波表示“ 0”，而用其反相波形表示“ 1”。 ? “0”碼用“ 01”兩位碼表示，“ 1”碼用“ 10 ”兩位碼表示 ? 例： 消息碼： 1 1 0 0 1 0 1 雙相碼： 10 10 01 01 10 01 10 ? 優缺點： 雙相碼波形是一種雙 極性 NRZ 波形，只有極性相反的兩個電平。它在每個碼元間隔的中心點都存在電平跳變，所以含有豐富的位定時信息，且沒有直流分量，編碼過程也簡單。缺點是占用帶寬加倍，使頻帶利用率降低。 ? 密勒碼：又稱延遲調制碼 ? 編碼規則： “1”碼用碼元中心點出現躍變來表示，即用“ 10”或“ 01”表示。 “0”碼有兩種情況： 單個 “0”時，在碼元持續時間內不出現電平躍變，且與相鄰碼元的邊界處也不躍變， 連 “0”時，在兩個“ 0”碼的邊界處出現電平躍變，即 00”與“ 11”交替。 ? 例：圖 (a)是雙相碼的波形； 圖 (b）為密勒 碼的波形；若兩個“ 1”碼中間有一個“ 0”碼時，密勒碼流中出現最大寬度為 2Ts 的波形，即兩個碼元周期。這一性質可用來進行宏觀檢錯。 用雙相碼的下降沿去觸發雙穩電路，即可輸出密勒碼。 ? CMI 碼： CMI碼是傳號反轉碼的簡稱。 ? 編碼規則：“ 1”碼交替用“ 1 1”和“ 0 0”兩位碼表示；“ 0”碼固定地用“ 01”表示。 ? 波形圖舉例：如下圖 (c) ? CMI 碼易于實現，含有豐富的定時信息。此外，由于 10為禁用碼組，不會出現 3 個以上的連碼，這個規律可用來宏觀檢錯。 ? 數字基帶信號傳輸系統的組成 ? 基本結構 ? 信道信號形 成器（發送濾波器）：壓縮輸入信號頻帶，把傳輸碼變換成適宜于信道傳輸的基帶信號波形。 ? 信道：信道的傳輸特性一般不滿足無失真傳輸條件，因此會引起傳輸波形的失真。另外信道還會引入噪聲 n(t)，并假設它是均值為零的高斯白噪聲。 ? 接收濾波器： 它用來接收信號，濾除信道噪聲和其他干擾，對信道特性進行均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。 ? 抽樣判決器：對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復或再生基帶信號。 ? 同步提取：用同步提取電路從接收信號中提取定時脈沖 ? 碼間串擾 ? 兩種誤碼原因： ? 碼間串擾 ? 信道加性噪聲 ? 碼間串擾 原因：系統傳輸總特性不理想，導致前后碼元的波形畸變 、展寬并使前面波形出現很長的拖尾， 蔓延到當前碼元的抽樣時刻上， 從而對當前 碼元的判決造成干擾。 ? 碼間串擾嚴重時，會造成錯誤判決。 ? 無碼間串擾的條件 ? 時域條件 如上所述，只要基帶傳輸系統的沖激響應波形 h(t)僅在本碼元的抽樣時刻上有最大值，并在其他碼元的抽樣時刻上均為 0，則可消除碼間串擾。也就是說，若對 h(t)在時刻 t = kTs（這里假設信道和接收濾波器所造成的延遲 t0 = 0）抽樣，則應有下式成立 ????? 為其他整數k kkTh s ,0 0,1)( 上式稱為 無碼間串擾的時域條件。 也就是說， 若 h(t)的抽樣值除了在 t = 0 時不為零外，在其他所有抽樣點上均為零，就不存在碼間串擾。 由理想低通特性還可以看出，對于帶寬為 B=1 / 2 (Hz)ST 的理想低通傳輸特性： 若輸入數據以 RB = 1/Ts 波特的速率進行傳輸，則在抽樣時刻上不存在碼間串擾。 若以高于 1/Ts 波特的碼元速率傳送時，將存在碼間串擾。 通常將此帶寬 B 稱為 奈奎斯特帶寬 ，將 RB 稱為 奈奎斯特速率 。 此基帶系統所能提供的最高頻帶利用率為 / 2 ( B / H z )BRB? ?? 極限傳輸速率 2fN，極限頻帶利用率（ 2Baud/HZ） ? 眼圖 眼圖可以定性反映碼間串擾的大小和噪聲的大小，眼圖還可以用來指示接收濾波品器的調整，以減小碼間串擾，改善系統性能 。同時，通過眼圖我們還可以獲得有關傳輸性能的許多信息。 ? 最佳抽樣時刻是“眼睛”張開最大的時刻； ? 定時誤差靈敏度是眼圖斜邊的斜率。斜率越大，對位定時誤差越敏感； ? 圖的陰影區的垂直高度表示抽樣時刻上信號受噪聲干擾的畸變程度； ? 圖中央的橫軸位置對應于判決門限電平； ? 抽樣時刻上，上下兩陰影區的間隔距離之半為噪聲容限 ,若噪聲瞬時值超過它就可能發生錯判； ? 圖中傾斜陰影帶與橫軸相交的區間表示了接收波 形零點位置的變化范圍，即過零點畸變，它對于利用信號零交點的平均位置來提取定時信息的接收系統有很大影響。 最 佳 抽 樣 時 刻對 定 時 誤 差 的 靈 敏 度噪 聲 容 限?抽 樣 失 真過 零 點 失 真判 決 門 限 電 平 第 7 章數字帶通傳輸系統 數字信號的傳輸方式分為 基帶傳輸 和 帶通傳輸 。 ? 數字調制：把數字基帶信號變換為數字帶通信號（已調信號）的過程。 ? 數字帶通傳輸系統：通常把包括調制和解調過程的數字傳輸系統。 ? 數字調制技術有兩種方法： ? 利用模擬調制的方法去實現數字式調制； ? 通過開關鍵控載波，通常稱為 鍵控法 。 ? 基本鍵控方式： 振幅鍵控 (ASK)、頻移鍵控 (FSK)、相移鍵控 (PSK) ? 要求會畫 2ASK 2PSK 波形 2ASK 信號解調方法 非相干解調 (包絡檢波法 ) 相 干解調 (同步檢測法 ) 波形圖中，假設相干載波的基準相位與 2PSK 信號的調制載波的基準相位一致（通常默認為0 相位）。但是，由于在 2PSK 信號的載波恢復過程中存在著的相位模糊，即恢復的本地載波與所需的相干載波可能同相，也可能反相，這種相位關系的不確定性將會造成解調出的數字基帶信號與發送的數字基帶信號正好相反，即“ 1”變為“ 0”，“ 0”變為“ 1”，判決器輸出數字信號全部出錯。這種現象稱為 2PSK 方式的 “倒π”現象或“反相工作”。 對同一 解調方式，采用相干解調方式的誤碼率低于非相干解調方式。 在抗加行高斯白噪聲 方面，相干 2PSK 性能最好， 2FSK次之， 2ASK 最差 [例 ] 采用 2FSK 方式在等效帶寬為 2400Hz 的傳輸信道上傳輸二進制數字。 2FSK 信號的頻率分別為 f1 = 980 Hz， f2 = 1580 Hz，碼元速率 RB = 300 B。接收端輸入（即信道輸出端）的信噪比為 6dB。試求： （ 1） 2FSK 信號的帶寬； （ 2）包絡檢波法解調時系統的誤碼率； （ 3）同步檢測法解調時系統的誤碼率。 【解】 （ 1）根據式 ()，該 2FSK 信號的帶寬為 2 F S K 2 1 2 1 5 8 0 9 8 0 2 3 0 0 1 2 0 0 H zsB f f f? ? ? ? ? ? ? ? （ 2）由于誤碼率取決于帶通濾波器輸出端的信噪比。由于 FSK 接收系統中上、下支路帶通濾波器的帶寬近似為 2 2 6 0 0 H zsBB f R? ? ? 它僅是信道等效帶寬（ 2400Hz）的 1/4，故噪聲功率也減小了 1/4，因而帶通濾波器輸出端的信噪比比輸入信噪比提高了 4 倍。又由于接收端輸入信噪比為 6dB，即 4 倍，故帶通濾波器輸出端的信噪比應為 4 4 16r? ? ? 將此信噪比值 代入誤碼率公式，可得包絡檢波法解調時系統的誤碼率 2 8 411 1022reP e e? ? ?? ? ? ? （ 3）同理可得同步檢測法解調時系統的誤碼率 85211 e 3 . 3 9 1 02 3 2rePe r??? ??? ? ? ? [例 ] 假設采用 2DPSK 方式在微波線路上傳送二進制數字信息。已知碼元速率 RB = 106 B，信道中加性高斯白噪聲的單邊功率譜密度 n0 = 2 ? 1010 W/Hz。 今要求誤碼率不大于 104。試求 (1)采用差分相干解調時，接收機輸入端所需的信號功率； (2)采用相干解調 碼反變 換時，接收機輸入端所需的信號功率。 【解】 (1)接收端帶通濾波器的帶寬為 62 2 10 H zBBR? ? ? 其輸出的噪聲功率為 2 1 0 6 40 2 1 0 2 1 0 4 1 0 Wn nB? ??? ? ? ? ? ? ? 所以， 2DPSK 采用差分相干接收的誤碼率為 41 102 rePe???? 求解可得 ? 又因為 22/2 nra?? 所以，接收機輸入端所需的信號功率為 2 2 4 38 . 5 2 8 . 5 2 4 1 0 3 . 4 1 0 W2na ? ??? ? ? ? ? ? ? （ 2）對于相干解調 碼反變換的 2DPSK 系統， 2 1 ( )39。eeP P erf r? ? ? 根據題意有 41039。eP ?? 因而 41 ( ) 10erf r ??? 即 4( ) 1