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1、1通信原理通信原理第第6 6章章 数字基带传输系统数字基带传输系统内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理2第第6章章 数字基带传输系统数字基带传输系统 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 6.3 数字基带信号传输与码间串扰数字基带信号传输与码间串扰 6.4 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性 6.5 基带传输系统的抗噪声性能基带传输系统的抗噪声性能 6.6 眼图眼图 6.7 部分响应和时域均衡部分响应和时域均衡内蒙
2、古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理3前前 言言uu 了解数字基带信号数字基带信号的特性特性，包括波形波形、码型码型和频谱特性频谱特性，重点研究如何设计基带传输基带传输的总特性总特性，以消除码间干扰码间干扰；u 研究如何有效地减小信道加性噪声的影响信道加性噪声的影响，以提高系统抗噪系统抗噪声性能声性能。u 介绍一种利用实验手段，方便地估计系统性能的方法：眼图估计系统性能的方法：眼图u 提出改善数字基带传输性能的两个措施提出改善数字基带传输性能的两个措施:1.1.时域均衡时域均衡 2.2.部分响应部
3、分响应n 本章主要内容本章主要内容内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理4u 数字基带信号：数字基带信号：未经调制的数字信号，所占据的频谱是从未经调制的数字信号，所占据的频谱是从 零频或很低的频率开始的。零频或很低的频率开始的。u 数字基带传输系统：数字基带传输系统：在某些具有低通特性的有线信道中，在某些具有低通特性的有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，基带信号可以不经过载波特别是在传输距离不太远的情况下，基带信号可以不经过载波调制而直接进行传输调制而直接进行传输。u 数字带通数字带通(
4、频带频带)传输系统：传输系统：包括调制和解调过程的传包括调制和解调过程的传输系统。输系统。在无线或光纤信道等具有带通特性的信道中，数字基在无线或光纤信道等具有带通特性的信道中，数字基带信号必须经过载波调制才能传输带信号必须经过载波调制才能传输。n 数字基带信号与数字基带传输系统数字基带信号与数字基带传输系统数字基带信号与数字基带传输系统数字基带信号与数字基带传输系统前前 言言内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理5 在利用对称电缆构成的近程数据通信系统中广泛在利用对称电缆构成的近程数据通信系统中
5、广泛 采用了数字基带传输的方式。采用了数字基带传输的方式。n 研究数字基带传输系统的意义研究数字基带传输系统的意义研究数字基带传输系统的意义研究数字基带传输系统的意义 随着数字通信技术的发展，基带传输方式也有迅随着数字通信技术的发展，基带传输方式也有迅 速发展的趋势，它不仅用于低速数据传输，而且速发展的趋势，它不仅用于低速数据传输，而且 还用于高速数据传输；还用于高速数据传输；基带传输系统的许多问题也是带通传输系统必须基带传输系统的许多问题也是带通传输系统必须 考虑的问题；考虑的问题；任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等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
6、究；效为一个基带传输系统来研究；前前 言言内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理66.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.16.1.1 数字基带信号数字基带信号 消息代码的电波形。对于二进制，指符号消息代码的电波形。对于二进制，指符号“0”和和“1”的具体波形表的具体波形表示。示。71.1.单极性波形单极性波形图图6-1(a)6-1(a)单极性波形单极性波形 最简单，最常用的基带信号形式，最简单，最常用的基带信号形式，用正电平和零电平分别用正电平和零电平分别表示二进制代
7、码表示二进制代码“1”和和“0”。优点：优点：脉冲之间无间隔，极性单一，易于用脉冲之间无间隔，极性单一，易于用 TTL 或或CMOS 电路产生；电路产生；缺点：缺点：有直流分量，要求传输线路具有直流传输能力，因而有直流分量，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。不适应有交流耦合的远距离传输。82.2.双极性波形双极性波形图图6-1(b)6-1(b)双极性波形双极性波形 用正、负电平的脉冲用正、负电平的脉冲分别表示二进制代码分别表示二进制代码“1”和和“0”。特点：特点：当当“1”和和“0”等概出现时无直流分量，有利于在信等概出现时无直流分量，有利于在信道中传输，并且
8、在接收端恢复信号时的判决电平为零，因而不道中传输，并且在接收端恢复信号时的判决电平为零，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强。受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强。93.3.单极性归零波形单极性归零波形图6-1(c)单极性归零波形归零归零(RZ）波形）波形：有电脉冲宽度：有电脉冲宽度 小于码元宽度小于码元宽度 ，即信号，即信号 电压在一个码元终止时刻前总要回到零电平。电压在一个码元终止时刻前总要回到零电平。归零波形通常使用半占空码，即占空比归零波形通常使用半占空码，即占空比 为为50%50%，从单，从单极性归零波形可以直接提取定时信息，它是其他码型提取位同极性归零波形可以直接提取定时
9、信息，它是其他码型提取位同步信息时常采用的一种过渡波形。步信息时常采用的一种过渡波形。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归零(NRZ)波形，其占空比等于波形，其占空比等于100。104.4.双极性归零波形双极性归零波形图6-1(d)双极性归零波形 它是双极性波形的归零形式。每个码元内，脉冲都回到零它是双极性波形的归零形式。每个码元内，脉冲都回到零电平，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。电平，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。它除了具有双极性和归零波形的特点外，还有利于同步脉它除了具有双极性和归零波形的特点外，还有利于
10、同步脉冲的提取，接收端很容易识别出冲的提取，接收端很容易识别出每个码元的起止时刻，便于收每个码元的起止时刻，便于收发保持正确的位同步发保持正确的位同步。11图图6-1(e)6-1(e)差分波形差分波形5.5.差分波形差分波形 差分波形差分波形是用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代是用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码。以电平跳变表示码。以电平跳变表示1 1，电平不变表示，电平不变表示0 0，也可反过来。，也可反过来。由于差分波形是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码，由于差分波形是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码，因此称它为因此称它为相对码波形相对码波形，而相应地称前面的单极性或双极
11、性，而相应地称前面的单极性或双极性波形为绝对码波形。波形为绝对码波形。用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响。特别用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响。特别是在相位调制系统中可用于解决相位模糊问题。是在相位调制系统中可用于解决相位模糊问题。126.6.多电平波形多电平波形 上述信号都是一个二进制符号对应一个脉冲。上述信号都是一个二进制符号对应一个脉冲。实际还存在多于一个二进制符号对应一个脉冲的情形。这实际还存在多于一个二进制符号对应一个脉冲的情形。这种波形统称为种波形统称为多电平波形多电平波形或或多值波形多值波形 。若令两个二进制符号若令两个二进制符号 00 00 对应对应 -E
12、-E，01 01 对应对应 -3E-3E，10 10 对对应应 +E+E，11 11 对应对应 +3E+3E，则所得波形为，则所得波形为 4 4 电平波形电平波形。广泛应用于频带受限的广泛应用于频带受限的高数据速率传输系统中，高数据速率传输系统中，可以提高可以提高频带利用率频带利用率图6-1(f)多电平波形+E-E+3E-3E13n 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，则数字基带信号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：可表示为：表示信息码元的单个脉冲的波形并非一定是矩形的，可以是表示信息码元的单个脉冲的波形并非一定是矩形的
13、，可以是任意形状的。任意形状的。g(t)任意脉冲波形，任意脉冲波形，Ts码元间隔，码元间隔，an 符号电平（符号电平（0，1或或+1，-1）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。14n 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，则数字基带信号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：可表示为：g(t)任意脉冲波形，任意脉冲波形，Ts码元间隔，码元间隔，an 符号电平（符号电平（0，1或或+1，-1）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。图图6-2 6-2 随机脉冲序列示意波形随机脉冲序列示意
14、波形 表示信息码元的单个脉冲的波形并非一定是矩形的，可以是表示信息码元的单个脉冲的波形并非一定是矩形的，可以是任意形状的。任意形状的。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理156.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性随机序列的功率谱随机序列的功率谱n 研究随机序列频谱的目的：研究随机序列频谱的目的：了解信号频谱特性：了解信号频谱特性：频带宽度，频谱分量，有无直流分量等。频带宽度，频谱分量，有无直流分量等。合理选择匹配信道或根据信道特
15、性选择合适的码型；合理选择匹配信道或根据信道特性选择合适的码型；确定是否包含位定时（位同步）信息。确定是否包含位定时（位同步）信息。n 研究随机序列频谱的方法：研究随机序列频谱的方法：数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数，所数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数，所以只能用功率谱来描述它的频谱特性以只能用功率谱来描述它的频谱特性。由随机过程的相关函数去求功率由随机过程的相关函数去求功率(或能量或能量)谱密度比较复杂。谱密度比较复杂。一种比较简单的方法一种比较简单的方法是以随机过程功率谱的原始定义为出发是以随机过程功率谱的原始定义为出发点，求出数字随机序列的功率谱公式点，求
16、出数字随机序列的功率谱公式。16假假设设g1(t)表表示示“0”码码，g2(t)表表示示 “1”码码。且且g1(t)和和 g2(t)出出现的概率分别为现的概率分别为 P 和和 1-P，且统计独立，且统计独立，则：则：图图6-2 6-2 随机脉冲序列示意波形随机脉冲序列示意波形17n 为了为了使频谱分析的物理概念清楚，推导过程简化，使频谱分析的物理概念清楚，推导过程简化，把把 s(t)分分解成解成 稳态波稳态波 v(t)和和 交变波交变波 u(t)。v(t)为周期信号，为周期信号，具有离散谱。具有离散谱。u(t)为随机信号，为随机信号，具有连续谱。具有连续谱。18u 稳态波稳态波随机序列随机序列
17、 s(t)的统计平均分量，取决于每个码的统计平均分量，取决于每个码元内出现元内出现g1(t)和和 g2(t)的概率加权平均：的概率加权平均：显显然然，v(t)在在每每个个码码元元内内的的统统计计平平均均波波形形相相同同，故故v(t)是是一一个个以以Ts 为周期的周期函数，具有离散谱。为周期的周期函数，具有离散谱。稳态波波形示意稳态波波形示意19u 交变波交变波s(t)与与 v(t)之差之差 其中第其中第 n 个码元为：个码元为：20u 交变波交变波s(t)与与 v(t)之差之差 其中第其中第 n 个码元为：个码元为：显然显然，u(t)是随机脉冲序列是随机脉冲序列，具有周期谱。，具有周期谱。交变
18、波波形示意交变波波形示意211.稳态波稳态波v(t)的的 功率谱密度功率谱密度由于由于v(t)是以是以 Ts 为周期的周期信号，可以展成傅里叶级数：为周期的周期信号，可以展成傅里叶级数：式中式中由于由于 在在(-Ts/2,Ts/2)范围内相当范围内相当 n=0只存在只存在(-Ts/2,Ts/2)范围内，所以积分限可范围内，所以积分限可以改为以改为-到到 22再再根据根据 周期信号功率谱密度周期信号功率谱密度 与与 傅氏系数傅氏系数 Cm 的关系的关系，有：，有：u 稳态波的功率谱稳态波的功率谱 是是 冲击强度冲击强度 取决于取决于 的离散线谱；的离散线谱；u 根据离根据离散谱可以确定随机序列是
19、否包含直流分量（散谱可以确定随机序列是否包含直流分量（m=0）和定时分量和定时分量(m=1)。232交变波交变波 u(t)的功率谱密度的功率谱密度由于随机脉冲序列为功率型，因此由于随机脉冲序列为功率型，因此u(t)的功率谱密度的功率谱密度Pu(f)可采可采用截短函数和统计平均的方法来确定：用截短函数和统计平均的方法来确定：T=(2N+1)Ts取截取时间取截取时间 T 为为(2N+1)个码元长度，即个码元长度，即 N 为一个足够大的整数，且当为一个足够大的整数，且当 T 时，意味着时，意味着 N。UT(f)为为u(t)的截短函数的截短函数uT(t)的频谱函数的频谱函数24由式由式得得则则：25其
20、统计平均统计平均为：26当当 m=n 时时 当当 m n 时时可可见见UT(f)的的统统计计平平均均值值 仅仅在在 m=n 时时存存在在，即即27u 交变波交变波u(t)的功率谱是连续谱，它与的功率谱是连续谱，它与 g1(t)和和 g2(t)的频谱以的频谱以及出现概率及出现概率 P 有关有关。根据式根据式 ，可求得，可求得 交变波的功率谱：交变波的功率谱：283.s(t)=u(t)+v(t)的功率谱密度功率谱密度如果写成如果写成 单边的，单边的，f 0，则有：则有：293.s(t)=u(t)+v(t)的功率谱密度功率谱密度n 总总 结：结：随机序列的功率谱一般有两部分组成：连续谱随机序列的功率
21、谱一般有两部分组成：连续谱Pu（f）和离散和离散谱谱Pv（f）。）。连续谱总是存在的。连续谱总是存在的。由于代表数字信息的由于代表数字信息的 g1(t)及及 g2(t)不能不能完全相同，故完全相同，故 G1(f)G2(f)。离散谱是否存在取决离散谱是否存在取决g1(t)和和g2(t)的波形及其出现的概率。的波形及其出现的概率。离散谱离散谱Pv(f)对接收端提取定时分量有十分重要的意义。对接收端提取定时分量有十分重要的意义。30【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。等概等概(P=1/2)时，上式简化为：时，上式简化为：对于单极性波形，若设对于单极
22、性波形，若设 g1(t)=0,g2(t)=g(t)，则随机脉冲序则随机脉冲序列的列的双边功率谱密度双边功率谱密度 为：为：31(1)若表示若表示“1”的波形的波形 g2(t)=g(t)为为 NRZ不归零矩形脉冲不归零矩形脉冲当当 的取值情况：的取值情况：频谱函数：频谱函数：m=0 时，时，离散谱中有直流分量离散谱中有直流分量 m为不等于零的整数时，为不等于零的整数时，离散谱均为零，故无定时信号离散谱均为零，故无定时信号。32单极性单极性NRZNRZ序列的功率谱密度序列的功率谱密度这时Bs=1/=fs单极性单极性NRZNRZ序列的序列的离散谱只有直流离散谱只有直流分量，其带宽取分量，其带宽取决于
23、连续谱，第决于连续谱，第一个零点在一个零点在 f =fs。33(2)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：m为奇数时，为奇数时，此时有离散谱；，此时有离散谱；m=0 时，时，离散谱中有直流分量离散谱中有直流分量；其中其中m=1时，时，因此有定时信号，因此有定时信号 ;当当 的取值情况：的取值情况：m为偶数时，为偶数时，因此无离散谱，因此无离散谱 。34Bs=1/=fs单极性单极性RZRZ序列的功率谱密度序列的功率谱密度单极性单极性RZRZ序列有序列有直流分量，也有
24、直流分量，也有定时分量，且带定时分量，且带宽大于宽大于NRZ码码,第第一个零点在一个零点在 f =2 fs。带宽为。带宽为Bs=1/=2fs。35对于双极性波形：若设对于双极性波形：若设 则则等概等概(P=1/2)时，时，上式变为上式变为【例例6-1】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。代入：代入：36l若若 g(t)是高为是高为 1、脉宽等于码元周期的、脉宽等于码元周期的NRZ矩形脉冲，则：矩形脉冲，则：l那么上式可写成：那么上式可写成：l若若 g(t)是高为是高为 1、脉宽等于、脉宽等于1/2 码元周期的码元周期的RZ矩形脉冲，则：矩形脉冲，则：37u
25、 总总 结：结：（1）随机序列的带宽取）随机序列的带宽取 G1(f)和和 G2(f)之中较大带宽，且之中较大带宽，且主要依赖主要依赖单个码元波形的频谱函数，时间波形的占空比越小，频带越宽，矩形单个码元波形的频谱函数，时间波形的占空比越小，频带越宽，矩形脉冲脉宽为脉冲脉宽为，则，则 Bs=1/。（2）单极性基带信号是否存在离散谱取决于矩形脉冲的占空比。单）单极性基带信号是否存在离散谱取决于矩形脉冲的占空比。单极性极性NRZ序列（占空比为序列（占空比为100%）的离散谱只有直流分量，单极性）的离散谱只有直流分量，单极性RZ序列（占空比为序列（占空比为50%）有直流分量，也有定时分量。）有直流分量，
26、也有定时分量。（3）0，1等概的双极性信号没有离散谱。等概的双极性信号没有离散谱。（4）可根据连续谱来确定序列的带宽；可根据离散谱，确定能否从）可根据连续谱来确定序列的带宽；可根据离散谱，确定能否从脉冲序列中直接提取定时分量脉冲序列中直接提取定时分量。单单内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理386.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型n 在在实实际际的的基基带带传传输输系系统统中中，并并不不是是所所有有基基带带波波形形都都适适合合在在 信道中传输信道中传输。例如：。例如：含有丰富直流和低频
27、分量的单极性基带波形就不适宜在低频传输含有丰富直流和低频分量的单极性基带波形就不适宜在低频传输特性差的信道中传输特性差的信道中传输；当消息代码中包含长串的连续当消息代码中包含长串的连续“1”或或“0”符号时，非归零波符号时，非归零波形呈现出连续的固定电平，因而无法获取定时信息形呈现出连续的固定电平，因而无法获取定时信息。n 对传输用的基带信号主要有两个方面的对传输用的基带信号主要有两个方面的要求要求：(1)对代码的要求：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；传原始消息代码必须编成适合于传输用的码型；传输码型（线路码）的选择问题。输码型（线路码）的选择问题。(2)对所选码型的电波
28、形要求：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。属电波形应适合于基带系统的传输。属于基带脉冲（传输波形）的选择问题。于基带脉冲（传输波形）的选择问题。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理39 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 满满足足 或或 部部分分满满足足 以以上上特特性性 的的 传传输输码码型型(线线路路码码型型)种种类类繁多，这里介绍繁多，这里介绍 目前常见目前常见 的的 几种。几种。(1)(1)相应的基带信号无直流分量，且低频分量少相应的基带信号无直流分量，且
29、低频分量少 ;(2)(2)便于从信号中提取定时信息；便于从信号中提取定时信息；(3)(3)信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰；信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰；(4)(4)不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；(5)(5)具有内在的检错能力，即码型应具有一定规律性，以便利用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。这一规律性进行宏观监测。(6)(6)编译码设备要尽可能简单，以降低通信延时和成本。编译码设备要尽可能简单，以降低通信延时和成本。6.2.1 传输码型选择原
30、则传输码型选择原则内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理406.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型n 编码规则：编码规则：将二进制消息代码将二进制消息代码“1”(1”(传号传号)交替地变换交替地变换为为 传输码的传输码的“+1”+1”和和“1”1”，而，而“0”(0”(空号空号 )保持不保持不变。将一个二进制符号变换成一个伪三进制符号变。将一个二进制符号变换成一个伪三进制符号.消息代码：消息代码：1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 AMI 码：码：+1
31、0 0 -1+1 0 0 0 0 0 0 0 1+1 0 0 1+1 1.AMI 码码 传号交替反转码传号交替反转码 6.2.2 几种常用的传输码型几种常用的传输码型n 例：例：1 0 0 1 1 0 0 1 1 1+1 0 0 -1 +1 0 0 -1 +1 -1AMI码码消息码消息码41n AMIAMI码的优点：码的优点：不含直流成分，高、低频分量少；能量集中在不含直流成分，高、低频分量少；能量集中在1/21/2码速处。码速处。位定时频率分量虽然为位定时频率分量虽然为0 0，但只要将基带信号经全波整流，但只要将基带信号经全波整流 变为单极性归零波形，便可提取位定时信号。变为单极性归零波形，
32、便可提取位定时信号。AMIAMI码的编译码电路简单，且便于利用传号极性交替规律观码的编译码电路简单，且便于利用传号极性交替规律观察误码情况。察误码情况。n AMIAMI码的不足：码的不足：其性能与信源统计特性有关其性能与信源统计特性有关 当原信码出现连当原信码出现连“0”0”串时，信号电平长时间不跳变，造成串时，信号电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。提取定时信号的困难。解决连解决连“0”0”码问题的有效方法之一是码问题的有效方法之一是采用采用HDB3HDB3码。码。42图图6-4 AMI6-4 AMI码码 和和 HDBHDB3 3码码 的功率谱的功率谱 432.HDB3 码码 3 阶高
33、密度双极性码阶高密度双极性码 n 编码规则：编码规则：（1）检查消息码中检查消息码中“0”的个数。当连的个数。当连“0”数目小于等于数目小于等于3 时，时，仍仍按按AMI码编码码编码（2）当当 连连“0”个数超过个数超过 3 时，时，将第四个将第四个0用一非用一非0脉冲（脉冲（+V或或-V）替换）替换,，将每将每4个连个连“0”化作一小节，定义为化作一小节，定义为 B00V，称为破，称为破坏节，其中坏节，其中V称为破坏脉冲，而称为破坏脉冲，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（破坏了（破坏了AMI的规则，的规则，所以所以
34、V称为破坏脉冲），称为破坏脉冲），且要求相邻的且要求相邻的V码之间极性必须交替。码之间极性必须交替。（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)中的两个要求；中的两个要求；（5）V 码后面的传号码码后面的传号码(“1”)的极性也要交替。的极性也要交替。（6）相邻相邻V脉冲之间，脉冲之间，B脉冲个数为奇数。脉冲个数为奇数。44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 11 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1(1)先将消息码转化为先将消息码转化为AMI码，检查消息码
35、中码，检查消息码中“0”的个的个数。当数。当 连连“0”数目小于等于数目小于等于3时时，HDB3 码与码与AMI码一码一样样，+1与与 1交替；交替；AMI 码：码：+1 1 0 0 0 00 0 0 0-1-1 0 0 00 0 0 0 0+1-1+1-1 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+1+1(2)当当 连连“0”个数个数 超过超过 3 时，将时，将每每4个连个连“0”化作一化作一小节，定义为小节，定义为 B00V，称为，称为 破坏节，其中破坏节，其中V称为破坏脉称为破坏脉冲，而冲，而 B 称为称为 调节脉冲调节脉冲。+1 1 B 0 0 VB 0 0 V-1
36、-1 B 0 0B 0 0 V V+1-1+1-1 B 0 0 VB 0 0 V B 0 0 V B 0 0 V+1+1(3)V 与与前一个相邻的非前一个相邻的非“0”脉冲脉冲的的 极性相同极性相同（破坏（破坏了了AMI的规则，所以的规则，所以V称为破坏脉冲），并且要求称为破坏脉冲），并且要求相邻相邻的的V码之间极性必须交替码之间极性必须交替。V 的取值为的取值为+1或或1；HDB3码：码：+1 1 0 0 0+V0 0 0+V-1-1 0 0 00 0 0-V V+1-1+1-1+B 0 0+V+B 0 0+V-B 0 0-V-B 0 0-V+1+1 +1 1 B 0 0+VB 0 0+V-
37、1-1 B 0 0B 0 0-V V+1-1+1-1 B 0 0+V B 0 0+V B 0 0-V B 0 0-V+1+1(4)B 的取值的取值可选可选0、+1或或1，以，以使使V同时满足同时满足(3)中的两中的两个要求个要求；(5)V 码后面的码后面的传号码传号码(“1”)的极性也要交替。的极性也要交替。或者：或者：+1 0 0 0+1-1 0 0 0-1+1-1+1 0 0+1-1 0+1 0 0 0+1-1 0 0 0-1+1-1+1 0 0+1-1 0 0-1+10-1+1n 例：例：45消息码：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 11 0
38、 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1AMI 码：+1 1 0 0 0 00 0 0 0-1-1 0 0 00 0 0 0 0+1-1+1-1 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+1+1 +1 1 B 0 0 VB 0 0 V-1-1 B 0 0B 0 0 V V+1-1+1-1 B 0 0 VB 0 0 V B 0 0 V B 0 0 V+1+1HDB3码：+1 1 0 0 0+V0 0 0+V-1-1 0 0 00 0 0-V V+1-1+1-1+B 0 0+V+B 0 0+V-B 0 0-V-B 0 0-V+1+1 +1 1
39、 B 0 0+VB 0 0+V-1-1 B 0 0B 0 0-V V+1-1+1-1 B 0 0+V B 0 0+V B 0 0-V B 0 0-V+1+1或者：+1 0 0 0+1-1 0 0 0-1+1-1+1 0 0+1-1 0+1 0 0 0+1-1 0 0 0-1+1-1+1 0 0+1-1 0 0-1+10-1+1n 例：例：u 其其中中的的V 脉脉冲冲 和和 B 脉脉冲冲与与1 脉脉冲冲波波形形相相同同，用用 V 或或 B 符符号号的的目目的的 是是为为了了示示意意：将将原原信信码码的的“0”变变换换成成 “1”码码。46消息码消息码 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0H
40、DB3码码+1 0 0 0 +V -1 +1 -B 0 0 -V例例3：直流低电平的：直流低电平的HDB3码码例例2：HDB3码码-1 0 +1 0 0 0 +1 -1 0 0 0 -1 +1 0 0 +1 -1 +11 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1例例1：HDB3码码47n HDB3 码的优点：码的优点：具有一定检错能力具有一定检错能力 无直流分量，低频分量较小无直流分量，低频分量较小 将将连连“0”码码限限制制在在 3 个个以以内内，有有利利于于位位定定时时信信号号的的提提取取。n HDB3 码的不足：码的不足：接收端有时会造成误码增殖。接收端有时会造
41、成误码增殖。n HDB3码码应应用用广广泛泛，目目前前A律律PCM四四次次群群以以下下接接口口码码型型均均为为HDB3码。码。发送发送发送发送接收接收483.双相码双相码 曼彻斯特曼彻斯特(Manchester)码码n 它它用用一一个个周周期期的的正正负负对对称称方方波波表表示示“0”，而而用用其其反反相相波波形形 表表示示“1”。编编码码规规则则之之一一：“0”码码用用“01”两两位位码码表示，表示，“1”码用码用“10”两位码表示两位码表示。n 双双相相码码是是一一种种自自同同步步码码，其其定定时时信信息息隐隐藏藏在在数数据据波波形形之之中中，接收端可以根据电平的跳变抽取出时钟，从而实现位
42、同步。接收端可以根据电平的跳变抽取出时钟，从而实现位同步。双相码的波形双相码的波形例：例：代码：代码：1 1 0 1 0 0 1 0双相码：双相码：10 10 01 10 01 01 10 01503.双相码双相码 曼彻斯特曼彻斯特(Manchester)码码n 它它用用一一个个周周期期的的正正负负对对称称方方波波表表示示“0”，而而用用其其反反相相波波形形 表表示示“1”。编编码码规规则则之之一一：“0”码码用用“01”两两位位码码表示，表示，“1”码用码用“10”两位码表示两位码表示。n 双双相相码码是是一一种种自自同同步步码码，其其定定时时信信息息隐隐藏藏在在数数据据波波形形之之中中，接
43、收端可以根据电平的跳变抽取出时钟，从而实现位同步。接收端可以根据电平的跳变抽取出时钟，从而实现位同步。双相码的波形双相码的波形例：例：代码：代码：1 1 0 1 0 0 1 0双相码：双相码：10 10 01 10 01 01 10 0151n 编编码码规规则则：逢逢“1”码码，码码元元中中心心点点出出现现跃跃变变，即即用用“10”或或“01”表示表示。u “0”“0”码码码码 有两种情况：有两种情况：有两种情况：有两种情况：单单个个“0”时时，在在码码元元内内不不出出现现电电平平跃跃变变，且且与与相相邻邻码码元元的的边界处也不跃变；边界处也不跃变；连连“0”时时，在在 两两个个“0”码码的的
44、边边界界处处出出现现电电平平跃跃变变，即即“00”与与“11”交替交替。4.4.密勒码密勒码 延迟调制码，双相码的一种变形延迟调制码，双相码的一种变形52 密密勒勒码码最最初初用用于于气气象象卫卫星星和和磁磁记记录录，现现在在也也用用于于低低速速基基带带 数传机中。数传机中。若若两两个个“1”码码中中间间有有一一个个“0”码码 时时，密密勒勒码码流流中中出出现现最大宽度为最大宽度为 2Ts 的波形，即两个码元周期。的波形，即两个码元周期。这一性质可用来进行宏观检错这一性质可用来进行宏观检错。53n 编码规则：编码规则：“1”码交替用码交替用“11”和和“00”两位码表示；两位码表示；“0”码固
45、定地用码固定地用“01”表示。表示。5.CMI 码码 传号反转码，一种双极性二电平码传号反转码，一种双极性二电平码 CMI 码有较多的电平跃变，因此有丰富的定时信息。码有较多的电平跃变，因此有丰富的定时信息。由于由于10为禁用码组，不会出现为禁用码组，不会出现3个以上的连码，该规律可个以上的连码，该规律可 用来宏观检错。用来宏观检错。CMI 码易于实现。码易于实现。CCITT推荐作为高次群的接口码型，推荐作为高次群的接口码型，在低速光纤传输系统中有时也采用。在低速光纤传输系统中有时也采用。54 在在数数字字双双相相码码、密密勒勒码码和和CMI 码码 中中，每每个个原原二二进进制制信信码码都都用
46、一组用一组 2 位的二进码表示位的二进码表示，因此这类码又称为，因此这类码又称为 1B2B 码码。双双相相码码的的下下降降沿沿正正好好对对应于密勒码的跃变沿。应于密勒码的跃变沿。因因此此，用用双双相相码码的的下下降降沿沿去去触触发发双双稳稳电电路路，即即可可输出密勒码。输出密勒码。图图6-5 双相码、密勒码、双相码、密勒码、CMI码波形的比较码波形的比较(a)双相码双相码(b)密勒码密勒码(c)CMI码码55n nBmB编码规则：编码规则：把原信息码流的把原信息码流的n位二进制码分为一组，位二进制码分为一组，并置换成并置换成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。新码组可能有
47、2m 种组合，故多出(2m-2n)种组合。在2m 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，以获获得好的编码性能得好的编码性能。例：例：4B5B码码，把4个二进制码变换成5个二进制码。对于4位分组，只有24=16种不同的组合，对于5位分组，则有25=32种不同的组合。6.块编块编 码码 nBmB，nBmT 码码n nBmT编码规则：编码规则：将将n个二进制码变换成个二进制码变换成m个三进制码的个三进制码的 新码组，且新码组，且m n。例：例：4B3T码码，把，把4个二进制码变换成个二进制码变换成3个三进制码。显然，个三进制码。显然，在相同的码速率下，在相同的码速率下，4B
48、3T码的信息容量大于码的信息容量大于1B1T，因而可提，因而可提高频带利用率。高频带利用率。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理566.3 数字基带信号传输与码间串扰数字基带信号传输与码间串扰6.3.1 数字基带信号传输系统的组成数字基带信号传输系统的组成图图6-6 6-6 数字基带传输系统方框图数字基带传输系统方框图基带信号形基带信号形成器成器信道信道接收接收滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器同步同步提取提取噪声噪声基带脉冲基带脉冲输入输入基带脉冲基带脉冲输出输出 信道信号形成器（发送滤波器）
49、：压缩输入信号频带，把传输码变换成适宜于信信道信号形成器（发送滤波器）：压缩输入信号频带，把传输码变换成适宜于信道传输的基带信号波形。道传输的基带信号波形。信道：传输特性一般不满足无失真传输条件，会引起传输波形的失真。还会引入信道：传输特性一般不满足无失真传输条件，会引起传输波形的失真。还会引入噪声噪声n(t)，并假设它是均值为零的高斯白噪声。，并假设它是均值为零的高斯白噪声。接收滤波器：接收滤波器：接收信号，滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输接收信号，滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。出的基带波形有利于抽样判决。抽样判决器：对接收滤波器
50、的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。抽样判决器：对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。同步提取：用同步提取电路从接收信号中提取定时脉冲同步提取：用同步提取电路从接收信号中提取定时脉冲。由终端设备或编码器由终端设备或编码器产生的产生的脉冲序列脉冲序列，往，往往不适合直接送到信往不适合直接送到信道中传输道中传输57 输入基带信号输入基带信号码型变换码型变换（双极性码）（双极性码）波形变换波形变换信道输出信道输出滤波器输出滤波器输出位定时同步脉冲位定时同步脉冲恢复出的信息恢复出的信息误码图图6-7 基带系统各点波形示意图基带系统各点波形示意图58n 造成误码的原因：造成