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1、第6章数字基带传输系统第1页，共127页，编辑于2022年，星期二2目标要求l 基本要求基本要求l掌握掌握基带数字信号的基本波形；基带数字信号的基本波形；l掌握掌握基带数字信号的频率特性；基带数字信号的频率特性；l掌握掌握基带数字信号的传输码型，基带数字信号的传输码型，熟悉熟悉传输码型的基传输码型的基本要求；本要求；l掌握掌握基带数字信号传输系统模型、码间串扰，消除码间基带数字信号传输系统模型、码间串扰，消除码间串扰的奈氏第一准则；串扰的奈氏第一准则；l掌握掌握眼图模型，及信号波形和眼图的对应关系；眼图模型，及信号波形和眼图的对应关系；l了解了解改善基带系统性能的措施部分响应与时域均衡器的作改
2、善基带系统性能的措施部分响应与时域均衡器的作用与原理。用与原理。第2页，共127页，编辑于2022年，星期二3目标要求l 重点、难点重点、难点l重点是：重点是：基带数字信号的基本波形掌握；基带数字信号的基本波形掌握；AMI码和码和HDB3码的编码规则的理解和掌握；码的编码规则的理解和掌握；无码间串扰应具有的传输特性的分析和掌握。无码间串扰应具有的传输特性的分析和掌握。l难点是：难点是：基带数字信号的功率谱密度分析及其作用的理解和掌握；基带数字信号的功率谱密度分析及其作用的理解和掌握；部分响应系统的原理、分析和作用的理解和掌握部分响应系统的原理、分析和作用的理解和掌握第3页，共127页，编辑于2
3、022年，星期二4第6章 数字基带传输系统l基本概念基本概念n数字基带信号数字基带信号 未经调制的数字信号，它所占据的频谱是未经调制的数字信号，它所占据的频谱是从零频或很低频率开始的。从零频或很低频率开始的。n数字基带传输系统数字基带传输系统 不经载波调制而直接传输数字基带信号的系不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，常用于传输距离不太远的情况下。统，常用于传输距离不太远的情况下。n数字带通传输系统数字带通传输系统 包括调制和解调过程的传输系统包括调制和解调过程的传输系统n研究数字基带传输系统的原因：研究数字基带传输系统的原因：u近程数据通信系统中广泛采用近程数据通信系统中广泛采用u基带传
4、输方式也有迅速发展的趋势基带传输方式也有迅速发展的趋势u基带传输中包含带通传输的许多基本问题基带传输中包含带通传输的许多基本问题u任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等效任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等效为一个基带传输系统来研究。为一个基带传输系统来研究。第4页，共127页，编辑于2022年，星期二5数字基带信号l 数字信号传输时为什么需要不同的表示方法？数字信号传输时为什么需要不同的表示方法？u为了除去直流分量和频率很低的分量；为了除去直流分量和频率很低的分量；u为了在接收端得到每个码元的起止时刻信息；为了在接收端得到每个码元的起止时刻信息；u为了使信号的频谱和信道的传输特性相
5、匹配。为了使信号的频谱和信道的传输特性相匹配。第5页，共127页，编辑于2022年，星期二6数字基带信号l6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 n6.1.1 数字基带信号数字基带信号u几种基本的基带信号波形几种基本的基带信号波形 第6页，共127页，编辑于2022年，星期二7数字基带信号p单极性波形单极性波形：设消息代码由二进制符号设消息代码由二进制符号“0”、“1”组成，基带信号的零电位及正电位分组成，基带信号的零电位及正电位分别与二进制符号的别与二进制符号的“0”及及“1”一一对应。它是一种最简单的常用码型。一一对应。它是一种最简单的常用码型。该波形的特点是电脉冲之间无
6、间隔，极性单一，易于用该波形的特点是电脉冲之间无间隔，极性单一，易于用TTL、CMOS电路产生；电路产生；缺点是有直流分量，要求传输线路具有直流传输能力，因缺点是有直流分量，要求传输线路具有直流传输能力，因而不适应有交流耦合的远距离传输，只适用于计算机内部或而不适应有交流耦合的远距离传输，只适用于计算机内部或极近距离的传输。极近距离的传输。第7页，共127页，编辑于2022年，星期二数字基带信号l双极性波形双极性波形：其特点是数字消息用两个极性相反而幅度相等的脉冲表示。其特点是数字消息用两个极性相反而幅度相等的脉冲表示。其与单极性码比较有以下优点：其与单极性码比较有以下优点：l从平均统计角度来
7、看，消息从平均统计角度来看，消息“1”和和“0”的数目各占一半，所以无直的数目各占一半，所以无直流分量。流分量。l接收双极性码时判决门限电平为零，稳定不变，因而不受信接收双极性码时判决门限电平为零，稳定不变，因而不受信道特性变化的影响，抗噪声性能好。道特性变化的影响，抗噪声性能好。l可以在电缆等无接地的传输线上传输。可以在电缆等无接地的传输线上传输。8第8页，共127页，编辑于2022年，星期二9数字基带信号p单极性归零单极性归零(RZ)波形波形：在传送在传送“1”码时发送一个宽度小于码元持续时间的归零码时发送一个宽度小于码元持续时间的归零脉冲，而在传送脉冲，而在传送“0”码时不发送脉冲。设码
8、元间隔为码时不发送脉冲。设码元间隔为Ts，归零码宽度为归零码宽度为，则称，则称/Ts为占空比。为占空比。优点是可以直接提取定时信息。优点是可以直接提取定时信息。与归零波形相对应，上面的单极性波形和双极性波形属与归零波形相对应，上面的单极性波形和双极性波形属于非归零于非归零(NRZ)波形，其占空比等于波形，其占空比等于100。第9页，共127页，编辑于2022年，星期二数字基带信号l双极性归零波形双极性归零波形：l是双极性波形的归零形式。兼有双极性和归零波形的特点。是双极性波形的归零形式。兼有双极性和归零波形的特点。l其相邻脉冲之间存在零电位。使得接收端很容易识别出每个码元其相邻脉冲之间存在零电
9、位。使得接收端很容易识别出每个码元的起止时刻，便于同步。的起止时刻，便于同步。10第10页，共127页，编辑于2022年，星期二11数字基带信号p差分波形差分波形：用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码，而而与码元本身的电位或极性无关。与码元本身的电位或极性无关。特点是把二进制脉冲序列中的特点是把二进制脉冲序列中的“1”或或“0”反映在相邻信反映在相邻信号码元相对极性变化上，号码元相对极性变化上，它也称它也称相对码波形相对码波形。优点是用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的优点是用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响。影响。第11页，共12
10、7页，编辑于2022年，星期二数字基带信号l多电平波形多电平波形：前前述述各各种种信信号号都都是是一一个个二二进进制制符符号号对对应应一一个个脉脉冲冲。实实际际上上还还存存在在多多个个二二进进制符号对应一个脉冲的情形。这种波形统称为多值波形或多电平波形。制符号对应一个脉冲的情形。这种波形统称为多值波形或多电平波形。例例如如若若令令两两个个二二进进制制符符号号00对对应应+3E，01对对应应+E，10对对应应-E，11对应对应-3E，则所得波形为，则所得波形为4值波形。值波形。由由于于这这种种波波形形的的一一个个脉脉冲冲可可以以代代表表多多个个二二进进制制符符号号，故故在在高高速速数数据传输中，
11、常采用这种信号形式。据传输中，常采用这种信号形式。优点是可以提高频带利用率。优点是可以提高频带利用率。12第12页，共127页，编辑于2022年，星期二13基带数字信号的波形(a)单极性波形单极性波形(b)双极性波形双极性波形(c)单极性归零波形单极性归零波形(d)双极性归零波形双极性归零波形(e)差分波形差分波形第13页，共127页，编辑于2022年，星期二14数字基带信号u数字基带信号的表示式：数字基带信号的表示式：若表示各码元的波形相同而电平取值不同，则数若表示各码元的波形相同而电平取值不同，则数字基带信号可表示为：字基带信号可表示为：式中，式中，an 第第n个码元所对应的电平值个码元所
12、对应的电平值 Ts 码元持续时间码元持续时间 g(t)某种脉冲波形某种脉冲波形一般情况下，数字基带信号可表示为一随机脉冲序一般情况下，数字基带信号可表示为一随机脉冲序列：列：式中，式中，sn(t)可以有可以有N种不同的脉冲波形。种不同的脉冲波形。第14页，共127页，编辑于2022年，星期二15数字基带信号的频谱特性 l研究数字基带信号的频谱分析的目的研究数字基带信号的频谱分析的目的 通通过过频频谱谱分分析析，可可以以确确定定信信号号中中有有没没有有直直流流成成分分、有有没没有有可可供供提提取取同同步步信信号号用用的的离离散散分分量量，以以及及根根据据它它的的连连续续谱谱可可以以确确定定基基带
13、信号的带信号的带宽带宽。由由此此根根据据信信号号谱谱的的特特点点来来选选择择信信道道，或或根根据据信信道道特特性性来来选择信号形式或码型。选择信号形式或码型。l在在通通信信中中，数数字字基基带带信信号号通通常常都都是是随随机机脉脉冲冲序序列列。对对于于随随机机脉脉冲冲序序列列，不不能能用用付付氏氏变变换换法法确确定定其其频频谱谱，只只能能用用统统计计的的方方法法研研究究其其功率谱。功率谱。l对对于于其其功功率率谱谱的的分分析析在在数数学学运运算算上上比比较较复复杂杂，因因此此，这这里里我我们只给出分析的思路和推导的结果并对结果进行分析。们只给出分析的思路和推导的结果并对结果进行分析。第15页，
14、共127页，编辑于2022年，星期二16第6章 数字基带传输系统随机脉冲序列的表示式随机脉冲序列的表示式图中图中Ts 码元宽度码元宽度 g1(t)和和g2(t)分别表示消息码分别表示消息码“0”和和“1”，为任意波形。，为任意波形。p设序列中任一码元时间设序列中任一码元时间Ts内内g1(t)和和g2(t)出现的概率分别为出现的概率分别为P和和(1-P)，且认为它们的出现是统计独立的，则该序列可表示为，且认为它们的出现是统计独立的，则该序列可表示为式中式中 第16页，共127页，编辑于2022年，星期二17第6章 数字基带传输系统p为了使频谱分析的物理概念清楚，推导过程简化。为了使频谱分析的物理
15、概念清楚，推导过程简化。p把把s(t)分解成稳态波分解成稳态波v(t)和交变波和交变波u(t)。p所谓所谓稳态波稳态波，即随机序列，即随机序列s(t)的统计平均分量，它取决于每的统计平均分量，它取决于每个码元内出现个码元内出现g1(t)和和g2(t)的概率加权平均，因此可表示成的概率加权平均，因此可表示成 由于由于v(t)在每个码元内的统计平均波形相同，故在每个码元内的统计平均波形相同，故v(t)是以是以Ts为为周期的周期信号。周期的周期信号。第17页，共127页，编辑于2022年，星期二18第6章 数字基带传输系统p交变波交变波u(t)是是s(t)与与v(t)之差之差，即，即于是于是式中，式
16、中，或写成或写成其中其中显然，显然，u(t)是一个随机脉冲序列是一个随机脉冲序列。第18页，共127页，编辑于2022年，星期二19第6章 数字基带传输系统uv(t)的功率谱密度的功率谱密度Pv(f)由于由于v(t)是以为是以为Ts周期的周期信号，故可以展成傅里叶级数周期的周期信号，故可以展成傅里叶级数于是，根据周期信号的功率谱密度与傅里叶系数的关系式得于是，根据周期信号的功率谱密度与傅里叶系数的关系式得到的功率谱密度为到的功率谱密度为 第19页，共127页，编辑于2022年，星期二20第6章 数字基带传输系统uu(t)的功率谱密度的功率谱密度Pu(f)u(t)是功率型随机序列，可采用截短函数
17、和统计平均是功率型随机序列，可采用截短函数和统计平均的方法。经分析可得：的方法。经分析可得：第20页，共127页，编辑于2022年，星期二21第6章 数字基带传输系统us(t)的功率谱密度的功率谱密度Ps(f)由于由于s(t)=u(t)+v(t)，所以将下两式相加：，所以将下两式相加：即可得到随机序列即可得到随机序列s(t)的功率谱密度，即的功率谱密度，即上式为双边的功率谱密度表示式。上式为双边的功率谱密度表示式。第21页，共127页，编辑于2022年，星期二22第6章 数字基带传输系统单边功率谱密度：单边功率谱密度：式中式中fs=1/Ts 码元速率；码元速率；Ts-码元宽度（持续时间）码元宽
18、度（持续时间）G1(f)和和G2(f)分别是分别是g1(t)和和g2(t)的傅里叶变换的傅里叶变换第22页，共127页，编辑于2022年，星期二23第6章 数字基带传输系统功率谱密度特征：功率谱密度特征：二进制随机脉冲序列的功率谱二进制随机脉冲序列的功率谱Ps(f)可能包含连续谱（第可能包含连续谱（第一项）和离散谱（第二项）。一项）和离散谱（第二项）。连续谱总是存在的连续谱总是存在的，这是因为代表数据信息的，这是因为代表数据信息的g1(t)和和g2(t)波形不能完全相同，故有波形不能完全相同，故有G1(f)G2(f)。谱的形状取。谱的形状取决于决于g1(t)和和g2(t)的频谱以及出现的概率的
19、频谱以及出现的概率P。离散谱不一定存在，离散谱不一定存在，是否存在取决于是否存在取决于g1(t)和和g2(t)的波形的波形及其出现的概率及其出现的概率P。根据离散谱可以确定随机序列是否有。根据离散谱可以确定随机序列是否有直流分量和定时分量。直流分量和定时分量。第23页，共127页，编辑于2022年，星期二24第6章 数字基带传输系统u【例例6-1】求单极性求单极性NRZ和和RZ矩形脉冲序列的功率谱。矩形脉冲序列的功率谱。【解解】对于单极性波形：若设对于单极性波形：若设g1(t)=0，g2(t)=g(t)，将，将其代入下式其代入下式 可得到由其构成的随机脉冲序列的双边功率谱密度为可得到由其构成的
20、随机脉冲序列的双边功率谱密度为 当当P=1/2时，上式简化为时，上式简化为第24页，共127页，编辑于2022年，星期二25第6章 数字基带传输系统p讨论：讨论：若表示若表示“1”码的波形码的波形g2(t)=g(t)为不归零（为不归零（NRZ）矩形脉）矩形脉冲，即冲，即 其频谱函数为其频谱函数为当当 f=mfs 时：若时：若m=0，G(0)=Ts Sa(0)0，故频谱，故频谱Ps(f)中有直流分量。中有直流分量。若若m为不等于零的整数，为不等于零的整数，频谱频谱Ps(f)中离散谱为零，因而无定时分量中离散谱为零，因而无定时分量 第25页，共127页，编辑于2022年，星期二26第6章 数字基带
21、传输系统这时，下式这时，下式变成变成第26页，共127页，编辑于2022年，星期二27第6章 数字基带传输系统若表示若表示“1”码的波形码的波形g2(t)=g(t)为半占空归零矩形脉冲，为半占空归零矩形脉冲，即即 脉冲宽度脉冲宽度 =Ts/2 时，其频谱函数为时，其频谱函数为当当 f=mfs 时：若时：若m=0，G(0)=Ts Sa(0)/2 0，故功率谱，故功率谱 Ps(f)中有直流分量。中有直流分量。若若m为奇数，为奇数，此时有离散谱，因而有定时分量（此时有离散谱，因而有定时分量（m=1时）时）若若m为偶数，为偶数，此时无离散谱，功率谱此时无离散谱，功率谱Ps(f)变成变成 第27页，共1
22、27页，编辑于2022年，星期二28第6章 数字基带传输系统p单极性信号的功率谱密度分别如下图中的实线和虚线所示单极性信号的功率谱密度分别如下图中的实线和虚线所示第28页，共127页，编辑于2022年，星期二29第6章 数字基带传输系统u【例例6-2】求双极性求双极性NRZ和和RZ矩形脉冲序列的功率谱。矩形脉冲序列的功率谱。【解解】对于双极性波形：若设对于双极性波形：若设g1(t)=-g2(t)=g(t)，则由，则由 式式可得可得当当P=1/2时，上式变为时，上式变为 第29页，共127页，编辑于2022年，星期二30第6章 数字基带传输系统p讨论：讨论：若若g(t)是高度为是高度为1的的NR
23、Z矩形脉冲，那么上式可写成矩形脉冲，那么上式可写成 若若g(t)是高度为是高度为1的半占空的半占空RZ矩形脉冲，则有矩形脉冲，则有第30页，共127页，编辑于2022年，星期二31第6章 数字基带传输系统p双极性信号的功率谱密度曲线如下图中的实线和虚线所示双极性信号的功率谱密度曲线如下图中的实线和虚线所示第31页，共127页，编辑于2022年，星期二32l综上所述，通过对数字基带信号的二进制随机脉冲序列功率谱的分析：综上所述，通过对数字基带信号的二进制随机脉冲序列功率谱的分析：n一一方方面面可可以以根根据据它它的的连连续续谱谱来来确确定定序序列列的的带带宽宽。当当数数字字基基带带信信号号用用矩
24、矩形形脉脉冲冲表表示示时时，其其带带宽宽为为连连续续谱谱的的第第一一零零点点带带宽宽，NRZ(=Ts)基基带带信信号号的的带带宽宽为为BS=1/=fs；RZ(=Ts/2)基基带带信信号号的的带带宽宽为为BS=1/=2fs。其其中中fs =1/Ts。且信号占空比越小，占用频带宽带越宽；且信号占空比越小，占用频带宽带越宽；n单单极极性性信信号号是是否否存存在在离离散散谱谱取取决决于于占占空空比比，单单极极性性NRZ信信号号中中没没有有定定时时分分量量，若若想想获获取取定定时时分分量量，要要进进行行波波形形变变换换；单单极极性性RZ信信号号中中含含有有定定时时分分量量，可以直接提取它。可以直接提取它
25、。n“0”、“1”等等概概的的双双极极性性信信号号没没有有离离散散谱谱，也也就就是是说说没没有有直直流流分分量量和和定定时时分分量。量。n利利用用它它的的离离散散谱谱是是否否存存在在这这一一特特点点，可可以以明明确确能能否否从从脉脉冲冲序序列列中中直直接接提提取取定定时时分分量量和和采采取取怎怎样样的的方方法法可可以以从从基基带带脉脉冲冲序序列列中中获获得得所所需需的的离离散分量。散分量。l需需要要指指出出的的是是，以以上上的的分分析析方方法法，由由于于g1(t)和和g2(t)的的波波形形没没有有加加以以限限制制，故故即即使它们不是基带信号波形，而是数字调制波形，也将是适用的。使它们不是基带信
26、号波形，而是数字调制波形，也将是适用的。第32页，共127页，编辑于2022年，星期二33基带传输的常用码型n对传输用的基带信号的主要要求对传输用的基带信号的主要要求:u对代码的要求：原始消息代码必须编成适合于传输对代码的要求：原始消息代码必须编成适合于传输用的码型；用的码型；u对所选码型的电波形要求：电波形应适合于基带系对所选码型的电波形要求：电波形应适合于基带系统的传输。统的传输。前者属于传输码型的选择，后者是基带脉冲的前者属于传输码型的选择，后者是基带脉冲的选择。这是两个既独立又有联系的问题。本节先讨选择。这是两个既独立又有联系的问题。本节先讨论码型的选择问题。论码型的选择问题。第33页
27、，共127页，编辑于2022年，星期二34第6章 数字基带传输系统n传输码的码型选择原则传输码的码型选择原则u不含直流，且低频分量尽量少；不含直流，且低频分量尽量少；u应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号；取定时信号；u功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带；功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带；u不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；的变化；u具有内在的检错能力，即码型应具有一定规律性，具有内在的检错能力，即码型应具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观监测。以便利用这一规律性进行宏观监测
28、。u编译码简单，以降低通信延时和成本。编译码简单，以降低通信延时和成本。满足或部分满足以上特性的传输码型种类很多，下面满足或部分满足以上特性的传输码型种类很多，下面将介绍目前常用的几种。将介绍目前常用的几种。第34页，共127页，编辑于2022年，星期二35几种常用的传输码型uAMI码：传号交替反转码码：传号交替反转码p编码规则：将消息码的编码规则：将消息码的“1”(传号传号)交替地变换为交替地变换为“+1”和和“-1”，而，而“0”(空号空号)保持不变。保持不变。p例：例：消息码：消息码：0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 AMI码：码：0 -1+1 0 0 0
29、0 0 0 0 1+1 0 0 1+1 pAMI码对应的波形是具有正、负、零三种电平的脉冲码对应的波形是具有正、负、零三种电平的脉冲序列。序列。第35页，共127页，编辑于2022年，星期二36第6章 数字基带传输系统pAMI码的优点：码的优点：没有直流成分，且高、低频分量少，没有直流成分，且高、低频分量少，编译码电路简单，且可利用传号极性交替这一规律观察编译码电路简单，且可利用传号极性交替这一规律观察误码情况；误码情况；如果它是如果它是AMI-RZ波形，接收后只要全波整流，就可变波形，接收后只要全波整流，就可变为单极性为单极性RZ波形，从中可以提取位定时分量波形，从中可以提取位定时分量pAM
30、I码的缺点码的缺点：当原信码出现长连当原信码出现长连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。造成提取定时信号的困难。解决连解决连“0”码问题的有效方法之一是采用码问题的有效方法之一是采用HDB3码。码。第36页，共127页，编辑于2022年，星期二37第6章 数字基带传输系统uHDB3码：码：3阶高密度双极性码阶高密度双极性码p它是它是AMI码的一种改进型，改进目的是为了保持码的一种改进型，改进目的是为了保持AMI码码的优点而克服其缺点，使连的优点而克服其缺点，使连“0”个数不超过个数不超过3个。个。p编码规则：编码规则：（1）检查消息码中）检
31、查消息码中“0”的个数。当连的个数。当连“0”数目小于数目小于等于等于3时，时，HDB3码与码与AMI码一样，码一样，+1与与-1交替；交替；（2）连）连“0”数目超过数目超过3时，将每时，将每4个连个连“0”化作一小化作一小节，定义为节，定义为B00V，称为破坏节，其中，称为破坏节，其中V称为破坏脉冲，称为破坏脉冲，而而B称为调节脉冲；称为调节脉冲；（3）V与前一个相邻的非与前一个相邻的非“0”脉冲的极性相同脉冲的极性相同(这破坏这破坏了极性交替的规则，所以了极性交替的规则，所以V称为破坏脉冲称为破坏脉冲)，并且要求，并且要求相邻的相邻的V码之间极性必须交替。码之间极性必须交替。V的取值为的
32、取值为+1或或-1；第37页，共127页，编辑于2022年，星期二38第6章 数字基带传输系统（4）B的取值可选的取值可选0、+1或或-1，以使，以使V同时满足（同时满足（3）中）中的两个要求；的两个要求；（5）V码后面的传号码极性也要交替。码后面的传号码极性也要交替。p例：例：消息码：消息码：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 l 1 AMI码：码：-1 0 0 0 0+1 0 0 0 0 -1+1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1+1 HDB码：码：-1 0 0 0 V+1 0 0 0+V -1+1-B 0 0 V+B 0 0+V -l+1
33、其中的其中的 V脉冲和脉冲和 B脉冲与脉冲与 1脉冲波形相同，用脉冲波形相同，用V或或B符号表示的目的是为了示意该非符号表示的目的是为了示意该非“0”码是由原信码的码是由原信码的“0”变换而来的。变换而来的。第38页，共127页，编辑于2022年，星期二39 HDB3码 3阶高密度双极性码 l编码规则：编码规则：n首先，将消息码变换成首先，将消息码变换成AMI码，码，n然后，检查然后，检查AMI码中连码中连“0”的情况：的情况：u当没有发现当没有发现4个以上（包括个以上（包括4个）连个）连“0”时，则不作改时，则不作改变，变，AMI码就是码就是HDB3码。码。u当发现当发现4个或个或4个以上连
34、个以上连“0”的码元串时，就将第的码元串时，就将第4个个“0”变成与其前一个非变成与其前一个非“0”码元（码元（“1”或或“1”）同极性的码元。）同极性的码元。将这个码元称为将这个码元称为“破坏码元破坏码元”，并用符号，并用符号“V”表示，表示，即用即用“+V”表示表示“1”，用，用“V”表示表示“1”。第39页，共127页，编辑于2022年，星期二40n为了保证相邻为了保证相邻“V”的符号也是极性交替：的符号也是极性交替：u 当相邻当相邻“V”之间有奇数个非之间有奇数个非“0”码元时，这是能码元时，这是能够保证的。够保证的。u 当相邻当相邻“V”之间有偶数个非之间有偶数个非“0”码元时，不符
35、合码元时，不符合此此“极性交替极性交替”要求。这时，需将这个连要求。这时，需将这个连“0”码元码元串的第串的第1个个“0”变成变成“B”或或“B”。B的符号与的符号与前一个非前一个非“0”码元的符号相反；并且让后面的非码元的符号相反；并且让后面的非“0”码元符号从码元符号从V码元开始再交替变化。码元开始再交替变化。第40页，共127页，编辑于2022年，星期二41第6章 数字基带传输系统pHDB3码的译码：码的译码：HDB3码的编码虽然比较复杂，但译码却比较简单。码的编码虽然比较复杂，但译码却比较简单。从上述编码规则看出，每一个破坏脉冲从上述编码规则看出，每一个破坏脉冲V总是与前一非总是与前一
36、非“0”脉冲同极性脉冲同极性(包括包括B在内在内)。这就是说，从收到的符号。这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点序列中可以容易地找到破坏点V，于是也断定，于是也断定V符号及其符号及其前面的前面的3个符号必是连个符号必是连“0”符号，从而恢复符号，从而恢复4个连个连“0”码，码，再将所有再将所有-1变成变成+1后便得到原消息代码。后便得到原消息代码。第41页，共127页，编辑于2022年，星期二42l消息码消息码:1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1lAMI码码:-1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1l -
37、1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V -1 +1 0 0 0 +V -1 +1lHDB3码码:-1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V -1 +1 -B 0 0 -V +1 -1 译译 码：码：-1 0 0 0 -1 +1 0 0 0 +1 -1 +1 -1 0 0 -1 +1 -1 -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 +1 -1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1第42页，共127页，编辑于2022年，星期二43第6章 数字基带传输系统u双相码：双相码：又称曼彻斯特（又称曼彻斯特（Manchester）码）
38、码 p用一个周期的正负对称方波表示用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形，而用其反相波形表示表示“1”。p“0”码用码用“01”两位码表示，两位码表示，“1”码用码用“10”两位码表两位码表示示 p例：例：消息码：消息码：1 1 0 0 1 0 1双相码：双相码：10 10 01 01 10 01 10p优缺点：优缺点：双相码波形是一种双极性双相码波形是一种双极性NRZ波形，只有极性相反波形，只有极性相反的两个电平。它在每个码元间隔的中心点都存在电平跳变，的两个电平。它在每个码元间隔的中心点都存在电平跳变，所以所以含有丰富的位定时信息含有丰富的位定时信息，且没有直流分量，编码过程，
39、且没有直流分量，编码过程也简单。也简单。缺点是占用带宽加倍，使频带利用率降低。缺点是占用带宽加倍，使频带利用率降低。第43页，共127页，编辑于2022年，星期二44第6章 数字基带传输系统u差分双相码差分双相码 为了解决双相码因极性反转而引起的译码错误，为了解决双相码因极性反转而引起的译码错误，可以采用差分码的概念。可以采用差分码的概念。双相码是利用每个码元持续时间中间的电平跳变双相码是利用每个码元持续时间中间的电平跳变进行同步和信码表示（由负到正的跳变表示二进制进行同步和信码表示（由负到正的跳变表示二进制“0”，由正到负的跳变表示二进制，由正到负的跳变表示二进制“1”）。）。而在差分双相码
40、编码中，每个码元中间的电平而在差分双相码编码中，每个码元中间的电平跳变用于同步，而跳变用于同步，而每个码元的开始处是否存在额外每个码元的开始处是否存在额外的跳变用来确定信码的跳变用来确定信码。有跳变则表示二进制。有跳变则表示二进制“1”，无跳变则表示二进制无跳变则表示二进制“0”。第44页，共127页，编辑于2022年，星期二45第6章 数字基带传输系统u密勒码密勒码：又称延迟调制码：又称延迟调制码 p编码规则：编码规则：“1”码用码元中心点出现跃变来表示，即用码用码元中心点出现跃变来表示，即用“10”或或“01”表示。表示。“0”码有两种情况：码有两种情况：单个单个“0”时，在码元持续时间内
41、不出现电平跃时，在码元持续时间内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变，变，且与相邻码元的边界处也不跃变，连连“0”时，在两个时，在两个“0”码的边界处出现电平码的边界处出现电平跃变，即跃变，即00”与与“11”交替。交替。第45页，共127页，编辑于2022年，星期二46第6章 数字基带传输系统p例：图例：图(a)是双相码的波形；是双相码的波形；图图(b）为密勒码的波形；若两个）为密勒码的波形；若两个“1”码中间有一个码中间有一个“0”码时，密勒码流中出现最大宽度为码时，密勒码流中出现最大宽度为2Ts的波形，即的波形，即两个码元周期。这一性质可用来进行宏观检错。两个码元周期。这一性质可
42、用来进行宏观检错。用双相码的下降沿去触发双稳电路，即可输出密勒码。用双相码的下降沿去触发双稳电路，即可输出密勒码。第46页，共127页，编辑于2022年，星期二47第6章 数字基带传输系统uCMI码码：CMI码是传号反转码的简称。码是传号反转码的简称。p编码规则：编码规则：“1”码交替用码交替用“1 1”和和“0 0”两位码表示；两位码表示；“0”码固定地用码固定地用“01”表示。表示。p波形图举例：如下图波形图举例：如下图(c)pCMI码易于实现，含有丰富的定时信息。此外，由于码易于实现，含有丰富的定时信息。此外，由于10为为禁用码组，不会出现禁用码组，不会出现3个以上的连码，这个规律可用来
43、宏个以上的连码，这个规律可用来宏观检错。观检错。第47页，共127页，编辑于2022年，星期二48第6章 数字基带传输系统u块编码：块编码的形式有块编码：块编码的形式有nBmB码，码，nBmT码等。码等。pnBmB码：码：把原信息码流的把原信息码流的n位二进制码分为一组，并置换位二进制码分为一组，并置换成成m位二进制码的新码组，其中位二进制码的新码组，其中m n。由于，新码组可能有。由于，新码组可能有2m 种组合，故多出种组合，故多出(2m-2n)种组合。在种组合。在2m 种组合中，以某种种组合中，以某种方式选择有利码组作为可用码组，其余作为禁用码组，以获方式选择有利码组作为可用码组，其余作为
44、禁用码组，以获得好的编码性能。得好的编码性能。例如，在例如，在4B5B编码中，用编码中，用5位的编码代替位的编码代替4位的编码，对于位的编码，对于4位分组，只位分组，只有有24=16种不同的组合，对于种不同的组合，对于5位分组，则有位分组，则有25=32种不同的组合。种不同的组合。为了实现同步，我们可以按照不超过一个前导为了实现同步，我们可以按照不超过一个前导“0”和两个后缀和两个后缀“0”的方式选用码组，其余为禁用码组。这样，如果接收端出现了禁用码组，的方式选用码组，其余为禁用码组。这样，如果接收端出现了禁用码组，则表明传输过程中出现误码，从而提高了系统的检错能力。则表明传输过程中出现误码，
45、从而提高了系统的检错能力。双相码、密勒码和双相码、密勒码和CMI码都可看作码都可看作lB2B码。码。优缺点：提供了良好的同步和检错功能，但带宽增大优缺点：提供了良好的同步和检错功能，但带宽增大第48页，共127页，编辑于2022年，星期二49第6章 数字基带传输系统pnBmT码码：将：将n个二进制码变换成个二进制码变换成m个三进制码的新码组，且个三进制码的新码组，且m Vd时，判时，判ak为为“1”当当 r(kTs+t0)Vd时，判时，判ak为为“0”。显然，只有当码间串扰值和噪声足够小时，才能基本保证上显然，只有当码间串扰值和噪声足够小时，才能基本保证上述判决的正确述判决的正确 第57页，共
46、127页，编辑于2022年，星期二58无码间串扰的基带传输特性u 影响基带传输系统性能的两大因素：码间串扰和信道噪声影响基带传输系统性能的两大因素：码间串扰和信道噪声u 本节讨论在不考虑噪声情况下，如何消除码间串扰；本节讨论在不考虑噪声情况下，如何消除码间串扰；u 下一节讨论无码间串扰情况下，如何减小信道噪声的影响下一节讨论无码间串扰情况下，如何减小信道噪声的影响n6.4.1 消除码间串扰的基本思想消除码间串扰的基本思想由上式可知，若想消除码间串扰，应使由上式可知，若想消除码间串扰，应使由于由于an是随机的，要想通过各项相互抵消使码间串扰为是随机的，要想通过各项相互抵消使码间串扰为0是不行的，
47、是不行的，这就需要对这就需要对h(t)的波形提出要求。的波形提出要求。第58页，共127页，编辑于2022年，星期二59第6章 数字基带传输系统 若让若让h(k-n)Ts+t0 在在Ts+t0、2Ts+t0等后面码元抽样等后面码元抽样判决时刻上正好为判决时刻上正好为0，就能消除码间串扰，如下图所示：，就能消除码间串扰，如下图所示：这就是消除码间串扰的基本思想。这就是消除码间串扰的基本思想。第59页，共127页，编辑于2022年，星期二60第6章 数字基带传输系统n6.4.2 无码间串扰的条件无码间串扰的条件u时域条件时域条件 只要基带传输系统的冲激响应波形只要基带传输系统的冲激响应波形h(t)
48、仅在本码元仅在本码元的抽样时刻上有最大值，并在其他码元的抽样时刻上的抽样时刻上有最大值，并在其他码元的抽样时刻上均为均为0，则可消除码间串扰。，则可消除码间串扰。若对若对h(t)在时刻在时刻t=kTs抽样，则应有下式成立抽样，则应有下式成立上式称为上式称为无码间串扰的时域条件无码间串扰的时域条件。也就是说，若也就是说，若h(t)的抽样值除了在的抽样值除了在t=0时不为零外，在时不为零外，在其他所有抽样点上均为零，就不存在码间串扰。其他所有抽样点上均为零，就不存在码间串扰。第60页，共127页，编辑于2022年，星期二61第6章 数字基带传输系统u频域条件频域条件根据根据h(t)和和H()之间存
49、在的傅里叶变换关系：之间存在的傅里叶变换关系：在在t=kTs时，有时，有把上式的积分区间用分段积分求和代替，每段长为把上式的积分区间用分段积分求和代替，每段长为2/Ts，则上式可写成则上式可写成第61页，共127页，编辑于2022年，星期二62第6章 数字基带传输系统将上式作变量代换：令将上式作变量代换：令则有则有d =d,=+2i/Ts。且当且当 =(2i 1)/Ts时，时，=/Ts，于是，于是当上式右边一致收敛时，求和与积分的次序可以互换：当上式右边一致收敛时，求和与积分的次序可以互换：第62页，共127页，编辑于2022年，星期二63第6章 数字基带传输系统这里，我们已把这里，我们已把重
50、新换为重新换为。由傅里叶级数可知，若由傅里叶级数可知，若F()是周期为是周期为2/Ts的频率函数，则的频率函数，则可用指数型傅里叶级数表示可用指数型傅里叶级数表示将上式与上面的将上式与上面的h(kTs)式对照，我们发现，式对照，我们发现，h(kTs)就是就是的指数型傅里叶级数的系数，即有的指数型傅里叶级数的系数，即有 第63页，共127页，编辑于2022年，星期二64第6章 数字基带传输系统在无码间串扰时域条件的要求下，我们得到无码间串扰时的基在无码间串扰时域条件的要求下，我们得到无码间串扰时的基带传输特性应满足带传输特性应满足或写成或写成上条件称为上条件称为奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)