《[电信行业]通信原理--数字信号的基带传输16691.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[电信行业]通信原理--数字信号的基带传输16691.pptx（170页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 黑龙江科技学院电信学院 江晓林 Tel:88036125第五章：数字信号的基带传输5/12/2023 1 通信原理 hase_lu-Uni.TJ课程目标：1：掌握基带传输系统组成及各部分组成。2：掌 握 基 带 信 号 的 时 域 特 征，波 型，码 型 和 频 谱 特 征。（可 以 从 时 域 窗 函 数，频 域Sa 函 数 的 随 机 序 列 角 度 分 析）3：数 字 基 带 传 输 系 统 的 基 本 模 型、码 间 干 扰 的 概 念。重点 研 究 设 计 基 带 传 输 总 特 性，（可 以 从 频 域 窗 函 数，时域Sa 函数的 随机序列角度分析）4：掌 握 消 除 码 间
2、干 扰 和 减 小 加 性 噪 声 干 扰，提 高 系 统 抗噪声性能。5：了解估计基带传输系统性能的实验方法：眼图，6：了 解 改 善 基 带 传 输 系 统 的 二 个 措 施：部 分 响 应 与 均 衡技术的概念。5/12/2023 2 通信原理 hase_lu-Uni.TJ第五章：数字信号的基带传输 5.1 概述5/12/2023 3 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 数字基带传输系统 不经过调制和解调而直接传送数字基带信号的通信系统。（短距离传输或较长距离上用中继方式直接传送数字基带信号）。线性频带系统可等效为基带系统研究。特点：丰富低频分量，也可直流分量。限制：距离短，一般有
3、线方式。基带传输系统框图：5/12/2023 4 通信原理 hase_lu-Uni.TJl 信号形成器 对基带信号进行必要的处理，使其与 信道特性相适应。l 均衡器 对输入信号作某些处理，以消除或减弱信道所引入的畸变。l 过滤器 滤除加性干扰。l 检测器 对多畸变的信号进行“观察”，并根据事先确知的规律对它进 行判决，变换成规则信号。l 同步器 同步换取装置，向检测器提供位同步脉冲，向解码器提供帧同步信号。5/12/2023 5 通信原理 hase_lu-Uni.TJ图5-2 基带系统个点波形示意图5/12/2023 6 通信原理 hase_lu-Uni.TJ5/12/2023 7 通信原理
4、hase_lu-Uni.TJ5.2-1数字基带信号 数字基带信号是数字信息序列的一种由信号表示的形式，它是用不同的电平或脉冲来表示相应的数字消息的，特点是功率谱集中在零点频率附近。几种类型的二进制数字信号：5/12/2023 8 通信原理 hase_lu-Uni.TJ几种类型的二进制数字信号：5/12/2023 9 通信原理 hase_lu-Uni.TJ1）单极性不归零码用脉冲宽度等于码元间隔的矩形脉冲的有无表示码 元。这种信号的直流分量不为零。2）双极性不归零码用宽度等于码元间隔的两个幅度相同但极性相反的矩形脉冲表示码元。其直流分量近似为零。3）单极性归零码与单极性不归零码相似，只是脉冲的宽
5、度小于码元间隔。4）双极性归零码与双极性不归零码相似，只是脉冲的宽度小于码元间隔。5/12/2023 10 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 5）交替极性码用无脉冲表示码元“”，而码 元“”则交替的用正极性脉冲和负极性脉冲表示，其直流分量基本上等于零。6）差分码（相对码）用相邻脉冲极性的改变表 示“”，用极性不改变表示“”。7）多电平信号（多元码)用幅度能取多个值的 脉冲表示多进制的码元。5/12/2023 11 通信原理 hase_lu-Uni.TJ例：一个四电平信号，脉冲幅度能取-3A,-A,A,+3A四个值，分别表示四进码码元的可能取值“0”“1”“2”“3”。5/12/2023
6、12 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 多电平信号的传信率较高，然而随着电平数的增加，在同样峰值下，相邻电平的差值减小了，故较易受噪声的影响而抗噪声性能变坏。单极性码含直流分量，不宜在线路上传输，通常只用于设备内部；双极性码和交替极性码的直流分量基本上为零，较适用于在线路中传输；多电平信号，由于它的传信率高及抗噪声性能差，较宜用于要求高传信率而信道噪声较小的场合。5/12/2023 13 通信原理 hase_lu-Uni.TJ基带信号的时域表达方式若数字基带信号中各码元波形相同而取值不同，则可用 表 示。式 中，an是 第n 个 信 息 符 号 所 对 应 的 电 平 值（0、1 或-1
7、、1 等），由 信 码 和 编 码 规 律 决 定；Ts为 码 元 间隔；g(t)为 某 种 标 准 脉 冲 波 形，对 于 二 进 制 代 码 序 列，若令g1(t)代表“0”，g2(t)代表“1”，5/12/2023 14 通信原理 hase_lu-Uni.TJ则 表 示 符 号“0”表 示 符号“1”由 于an是 一 个 随 机 量。因 此，通 常 在 实 际 中遇 到 的 基 带 信 号s(t)都 是 一 个 随 机 的 脉 冲 序 列。一 般 情 况 下，数 字 基 带 信 号 可 用 随 机 序 列表示，即5/12/2023 15 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 5.2.2
8、基带信号的频谱特性 研 究 基 带 信 号 的 频 谱 结 构 是 十 分 必 要 的，通 过 谱 分 析，我 们可 以 了 解 信 号 需 要 占 据 的 频 带 宽 度，所 包 含 的 频 谱 分 量，有无 直 流 分 量，有 无 定 时 分 量 等。这 样，我 们 才 能 针 对 信 号 谱的 特 点 来 选 择 相 匹 配 的 信 道，以 及 确 定 是 否 可 从 信 号 中 提 取定时信号。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。方法有二：5/12/2023 16 通信原理 hase_lu-Un
9、i.TJ 1：由随机过程的相关函数去求随机过程的功率(或能量)谱密度就是一种典型的分析广义平稳随机过程的方法。但这种计算方法比较复杂。2：一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点，求出数字随机序列的功率谱公式。5/12/2023 17 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 方法1：数字基带信号的功率谱数字基带信号一般是随机信号，其频谱特性必须用功率谱密度来表示。设数字基带信号以某种标准波形 g(t)以码元周期 Ts传送，则数字基带信号可用随机序列表示：其中 是第n个码元脉冲的相对幅度，设、分别为码元为“1”和“0”时，脉冲的相对幅度。5/12/2023 18 通信原理 hase
10、_lu-Uni.TJ对任意的随机信号s(t)，可把它分解成两部分：其中 是 s(t)的数学期望或统计平均量；是 s(t)与它的数学期望之差。由5/12/2023 19 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 可知：是一个周期为，相对幅度为，以 为基本脉冲的确定性周期性信号，是随机变化分量.根据信号分析知识，的功率谱密度为：5/12/2023 20 通信原理 hase_lu-Uni.TJ其中 是脉冲 的频谱.由上式表明 的统计平均分量 的功率谱密度 是一个以 为包络，角频率为 的离散谱。5/12/2023 21 通信原理 hase_lu-Uni.TJ根据随机过程理论，的随机变化分量 的功率谱密度
11、为：由此可见，的功率谱是一个连续谱。所以 的功率谱密度就等于：5/12/2023 22 通信原理 hase_lu-Uni.TJ5/12/2023 23 通信原理 hase_lu-Uni.TJ由此可见:（1）随机数字基带信号的功率谱通常包括离散谱和连续谱两部分。（2）不论离散谱或连续谱，都与基本脉 g(t)的频谱G()及基带信号的形式（即C1和C0）和统计特性（即）有关。在二进制数字通信中码元为“1”的概率与码元为“0”的概率通常是相等的。即于是有：5/12/2023 24 通信原理 hase_lu-Uni.TJ所以随机数字基带信号s(t)的功率谱密度可简化为：5/12/2023 25 通信原理
12、 hase_lu-Uni.TJ 对单极性数字基带信号，1，0，代入上式得：对双极性数字基带信号，1，0，故得：双极性信号的功率谱中没有离散谱，这是因为双极性信号的统计平均分量为零。5/12/2023 26 通信原理 hase_lu-Uni.TJ）根据功率谱，可知道信号的功率主要集中在哪个频率范围内，这样就可以考虑系统应有的传输带宽。）单极性信号的功率谱中，含有角频率 的离散谱线，因此接收端如设法把这一成份提取出来，就可得到所需的码元同步信息。功率谱分析的意义：5/12/2023 27 通信原理 hase_lu-Uni.TJ(1)试求此双极性信号的功率谱密度 和近似带（这里规定：即信号功率的集中
13、在-Bs（赫）至+Bs（赫）的范围内）(2)若 取为单极性信号而其它条件不变，则结果又如何？例5.：设 是某个双极性信号，它的码元间隔为，基本脉冲 是幅度为，宽度为 的矩形脉冲，码元为“1”和“0”的概率均为。5/12/2023 28 通信原理 hase_lu-Uni.TJ其频谱为：解（）由题意知：5/12/2023 29 通信原理 hase_lu-Uni.TJ此双极性信号的功率谱密度为：近似带宽可视为：5/12/2023 30 通信原理 hase_lu-Uni.TJ(2)若 为单极性信号，则：5/12/2023 31 通信原理 hase_lu-Uni.TJ可见，此单极性信号的功率谱中不但有连
14、续谱，而且在0、s、3s等处由离散谱线。同样可求得此单极性信号的近似带宽为即以矩形脉冲作为基本脉冲时，数字基带信号的带宽近似为脉冲宽度的倒数。这是一个经常要用到的结果。5/12/2023 32 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 方法二 基带信号的频谱特性 研究基带信号的频谱结构是十分必要的，通过谱分析，我们可以了解信号需要占据的频带宽度，所包含的频谱分量，有无直流分量，有无定时分量等。这样，我们才能针对信号谱的特点来选择相匹配的信道，以及确定是否可从信号中提取定时信号。另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点，求出数字随机序列的功率谱公式。5/12/2023 33 通信原
15、理 hase_lu-Uni.TJ 设二进制的随机脉冲序列如图 5-4（a）所示，其中，假设 表示“0”码，表示“1”码。和 在实际中可以是任意的脉冲，但为了便于在图上区分，这里我们把 画成宽度为Ts的方波，把 画成宽度为Ts的三角波。图 5 4 随机脉冲序列示意波形5/12/2023 34 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 现在假设序列中任一码元时间 内 和 出现的概率分别为P和1-P，且认为它们的出现是统计独立的，则 可用式(5.2-2)表征，即 其中 以概率P 出现 以概率(1-P)出现(5.2-4)5/12/2023 35 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 以概率P 出现 以
16、概率(1-P)出现(5.2-4)为 了 使 频 谱 分 析 的 物 理 概 念 清 楚，推 导 过 程 简 化，我 们 可以 把 分 解 成 稳 态 波 和 交 变 波。所 谓 稳 态 波，即 是随 机 序 列 的 统 计 平 均 分 量，它 取 决 于 每 个 码 元 内 出 现 的 概 率 加 权 平 均，且 每 个 码 元 统 计 平 均 波 形 相 同，因此可表示成 其波形如图 5-4(b)所示，显然 是一个以 为周期的周期函数。(确定函数)5/12/2023 36 通信原理 hase_lu-Uni.TJ交变波 是 与 之差，即其中第n个码元为其中,可根据式 和 表示为 5/12/20
17、23 37 通信原理 hase_lu-Uni.TJ,以概率,以概率或者写成其中显 然，是 随 机 脉 冲 序 列，图 5-4（c）画 出 了 的一个实现。以概率 以概率5/12/2023 38 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 下面我们根据式(5.2-5)和式(5.2-8)，分别求出稳态波 和交变波 的功率谱，然后根据式(5.2-6)的关系，将两者的功率谱合并起来就可得到随机基带脉冲序列 的频谱特性。5/12/2023 39 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 1.的功率谱密度 由于 是以 为周期的周期信号，故 可以展成傅氏级数 式中 由 于 在（-Ts/2，Ts/2）范 围 内（相
18、 当 n=0）,，所以5/12/2023 40 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 又 由 于Pg1(t)+(1-P)g2(t)只 存 在（-Ts/2，Ts/2）范 围内，(观 察 某 一 点)所 以 上 式 的 积 分 限 可 以 改 为 从-到，因此5/12/2023 41 通信原理 hase_lu-Uni.TJ式中5/12/2023 42 通信原理 hase_lu-Uni.TJ再根据周期信号功率谱密度与傅氏系数Cm的关系式，有 可 见 稳 态 波 的 功 率 谱Pv(f)是 冲 击 强 度 取 决|Cm|2 的 离 散线 谱，根 据 离 散 谱 可 以 确 定 随 机 序 列 是 否
19、 包 含 直 流 分 量（m=0）和定时分量(m=1)。5/12/2023 43 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 2.u(t)的功率谱密度Pu(f)u(t)是 功 率 型 的 随 机 脉 冲 序 列，它 的 功 率 谱 密 度 可 采 用 截短 函 数 和 求 统 计 平 均 的 方 法 来 求，参 照 第2章 中 的 功 率 谱 密 度的原始定义式（2.2-15），有5/12/2023 44 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 其中UT(f)是u(t)的截短函数uT(t)的频谱函数；E 表示统计平均；截取时间T 是（2N+1）个码元的长度，即 式中，N 为一个足够大的数值，且当T
20、 时，意味着N。现在先求出频谱函数UT(f)。由式（5.2-8），显然有5/12/2023 45 通信原理 hase_lu-Uni.TJ式中于是则5/12/2023 46 通信原理 hase_lu-Uni.TJ当 时 以概率以概率 所以其统计平均为5/12/2023 47 通信原理 hase_lu-Uni.TJ当mn 时 所以 以概率以概率以概率5/12/2023 48 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 由以上计算可知式(5.2-20)的统计平均值仅在m=n时存在，即5/12/2023 49 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 根据式(5.2-15)，可求得交变波的功率谱 可 见，交
21、 变 波 的 的 功 率 谱 是 连 续 谱，它 与 和 的 频 谱 以 及 出 现 概 率P 有 关。根 据 连 续 谱 可以确定随机序列的带宽。5/12/2023 50 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 3.的功率谱密度 将 式(5.2-14)与 式(5.2-24)相 加，可 得 到 随 机 序 列 的功率谱密度为 上式是双边的功率谱密度表示式。如果写成单边的，则有5/12/2023 51 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 由 式(5.2-25)可 知，随 机 脉 冲 序 列 的 功 率 谱 密 度 可 能 包 含连 续 谱 和 离 散 谱。对 于 连 续 谱 而 言，由 于
22、代 表 数 字信 息 的 及 不 能 完 全 相 同，故 因 而 总 是 存 在 的；而 离 散 谱 是 否 存 在，取 决 和 的 波形及其出现的概率P，下面举例说明。5/12/2023 52 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 例 5 1 对于单极性波形：若设 则随机脉冲序列的双边功率谱密度为等概（P=1/2）时，上式简化为5/12/2023 53 通信原理 hase_lu-Uni.TJ（1）若表示“1”码的波形 为不归零矩形脉冲，即 的取值情况：时，,因 此 离 散 谱 中 有 直 流 分 量；为 不 等 于 零 的 整 数 时，离散谱均为零，因而无定时信号。5/12/2023 54
23、 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 随 机 序 列 的 带 宽 取 决 于 连 续 谱，实 际 由 单 个 码 元 的 频 谱函 数 决 定，该 频 谱 的 第 一 个 零 点 在，因 此 单极性不归零信号的带宽为，如图 5-5 所示。（2）若 表 示“1”码 的 波 形 为 半 占 空 归 零 矩形脉冲，即脉冲宽度 时，其频谱函数为这时，式（5.2-28）变成5/12/2023 55 通信原理 hase_lu-Uni.TJ图 5 5 二进制基带信号的功率谱密度 5/12/2023 56 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 的 取 值 情 况：时 因此离散谱中有直流分量；为奇数时，此
24、 时 有 离 散 谱，其 中 时，因而有定时信号；为偶数时，此时无离散谱。5/12/2023 57 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 这时，式（5.2-28）变成 不 难 求 出，单 极 性 半 占 空 归 零 信 号 的 带 宽 为。例 5-2 对于双极性波形：若设，则5/12/2023 58 通信原理 hase_lu-Uni.TJ等概（P=1/2）时，上式变为 若 为 高 为1，脉 宽 等 于 码 元 周 期 的 矩 形 脉 冲，那 么上式可写成5/12/2023 59 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 从以上两例可以看出,得出结论（1）随 机 序 列 的 带 宽 主 要 依
25、赖 单 个 码 元 波 形 的 频 谱 函 数 或，两 者 之 中 应 取 较 大 带 宽 的 一 个 作 为 序 列 带 宽。时 间 波 形 的 占 空 比 越 小，频 带 越 宽。通 常 以 谱 的 第 一 个 零 点 作 为矩形脉冲的近似带宽，它等于脉宽 的倒数，即。由 图 5-5 可 知，不 归 零 脉 冲 的 则；半 占 空 归 零脉 冲 的 则。其 中，位 定 时 信 号 的频率，在数值上与码速率 相等。5/12/2023 60 通信原理 hase_lu-Uni.TJ（2）单极性基带信号是否存在离散线谱取决于矩形脉冲的占空比，单极性归零信号中有定时分量，可直接提取。单极性不归零信号
26、中无定时分量，若想获取定时分量，要进行波形变换。0、1 等概的双极性信号没有离散谱，也就是说无直流分量和定时分量。综上分析，研究随机脉冲序列的功率谱是十分有意义的，一方面我们可以根据它的连续谱来确定序列的带宽。另一方面根据它的离散谱是否存在这一特点，使我们明确能否从脉冲序列中直接提取定时分量，以及采用怎样的方法可以从基带脉冲序列中获得所需的离散分量。这一点，在研究位同步、载波同步等问题时将是十分重要的。5/12/2023 61 通信原理 hase_lu-Uni.TJ5.3 基带传输的常用码型 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
27、道 中 传 输。例 如，前 面 介 绍 的 含 有 直 流 分 量 和 较 丰 富 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，因 为 它 有 可 能 造 成 信 号 严 重 畸 变。又 如，当 消 息 代 码 中 包含 长 串 的 连 续“1”或“0”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。单 极 性 归 零 码 在 传 送 连“0”时，存 在 同 样 的 问 题。因 此，对 传 输 用 的 基 带 信 号 主 要有两个方面的要求：5/12/2023
28、62 通信原理 hase_lu-Uni.TJ（1）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；（2）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。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。5/12/2023 63 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 本节先讨论码型的选择问题，后一问题将在以后讨论。传输码(或称线路码)的结构将取决于实际信道特性和系统工作的条件。通常，传输码的结构应具有下列主要特性：(1)相应的基带信号无直流分量，且低频分量少；(2)便于从信号中提取定时信息；(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；(4)
29、不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变 化；(5)具有内在的检错能力，传输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；(6)编译码设备要尽可能简单，等等。5/12/2023 64 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 满足或部分满足以上特性的传输码型种类繁多，这里准备介绍目前常见的几种。1.AMI 码 AMI 码 是 传 号 交 替 反 转 码。其 编 码 规 则 是 将 二 进 制消 息 代 码“1”(传 号)交 替 地 变 换 为 传 输 码 的“+1”和“-1”，而“0”(空号)保持不变。例如：消息代码 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0
30、1 1 AMI 码：+1 0 0 1+1 0 0 0 0 0 0 0-1+1 0 0-1+1 5/12/2023 65 通信原理 hase_lu-Uni.TJ AMI 码对应的基带信号是正负极性交替的脉冲序列，而0电位持不变的规律。AMI 码的优点是，由于+1 与-1 交替，AMI 码的功率谱（见图 5-6）中不含直流成分，高、低频分量少，能量集中在频率为1/2 码速处。位定时频率分量虽然为0，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。图5-6 AMI 码和HDB3码的功率谱5/12/2023 66 通信原理 hase_lu-Uni.TJ此 外，AMI 码 的 编 译
31、码 电 路 简 单，便 于 利 用 传 号 极 性 交 替 规律 观 察 误 码 情 况。鉴 于 这 些 优 点，AMI 码 是CCITT 建 议 采 用的传输码性之一。AMI 码 的 不 足 是，当 原 信 码 出 现 连“0”串 时，信 号 的电 平 长 时 间 不 跳 变，造 成 提 取 定 时 信 号 的 困 难。解 决 连“0”码问题的有效方法之一是采用HDB3 码。5/12/2023 67 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 2.HDB3 码 HDB3 码的全称是3 阶高密度双极性码，它是AMI 码的一种改进型，其目的是为了保持AMI 码的优点而克服其缺点，使连“0”个数不超过
32、3 个。其编码规则如下：（1）当信码的连“0”个数不超过3 时，仍按AMI 码的规则编，即传号极性交替；（2）当连“0”个数超过3 时，则将第4 个“0”改为非“0”脉冲，记为+V 或-V，称之为破坏脉冲。相邻V 码的极性必须交替出现，以确保编好的码中无直流；（3）为了便于识别，V 码的极性应与其前一个非“0”脉冲的极性相同，否则，将四连“0”的第一个“0”更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，并记为+B 或-B；（4）破坏脉冲之后的传号码极性也要交替。例如：代码：1000 0 1000 0 1 1 000 0 l 1AMI 码：-1000 0+1000 0-1+1 000 0-1+1HDB3 码
33、：-1000-V+100+V-1+1-B00-V+1-1 5/12/2023 68 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 其中的V 脉冲和B 脉冲与1 脉冲波形相同，用V 或B符号的目的是为了示意是将原信码的“0”变换成“1”码。虽然HDB3 码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从上述原理看出，每一个破坏符号V 总是与前一非0 符号同极性(包括B 在内)。这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，于是也断定V 符号及其前面的3 个符号必是连0 符号，从而恢复4 个连0 码，再将所有-1 变成+1 后便得到原消息代码。HDB3 码 保 持 了AMI 码 的 优 点 外，同 时 还
34、 将 连“0”码 限制 在3 个 以 内，故 有 利 于 位 定 时 信 号 的 提 取。HDB3 码 是 应用 最 为 广 泛 的 码 型，A 律PCM 四 次 群 以 下 的 接 口 码 型 均 为HDB3 码。5/12/2023 69 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 3.PST 码 PST 码 是 成 对 选 择 三 进 码。其 编 码 过 程 是：先 将 二 进 制代 码 两 两 分 组，然 后 再 把 每 一 码 组 编 码 成 两 个 三 进 制 数 字(+、-、0)。因 为 两 位 三 进 制 数 字 共 有9种 状 态，故 可 灵 活 地 选 择其中的4种状态。5/12
35、/2023 70 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 表 5-1 列 出 了 其 中 一 种 使 用 最 广 的 格 式。为 防 止PST 码的 直 流 漂 移，当 在 一 个 码 组 中 仅 发 送 单 个 脉 冲 时，两 个 模 式 应交替变换。例如：代码：0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 PST 码：0+-+-0+0+-+或 0-+-+0-0+-+表 5 1 PST 码 二进制代码+模式-模式00-+-+01 0+0-10+0-011+-+-PST 码 能 提 供 足 够 的 定 时 分量，且 无 直 流 成 分，编 码 过 程 也 较简 单。但 这 种 码 在
36、 识 别 时 需 要 提 供“分 组”信 息，即 需 要 建 立 帧 同 步 AMI,HDB3,PST 码 中 每 位 二 进 制 码变 换 成1位 三 电 平(+1,0,-1)的 码,称1B/1T 码。5/12/2023 71 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 4.数字双相码 数字双相码又称曼彻斯特（Manchester）码。它用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。编码规则之一是：“0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10”两位码表示，例如：代码：1 1 0 0 1 0 1 双相码：10 10 01 01 10 01 10 双相码只有极性相反的两个电平，而不
37、像前面的三种码具有三个电平。因为双相码在每个码元周期的中心点都存在电平跳变，所以富含位定时信息。又因为这种码的正、负电平各半，所以无直流分量，编码过程也简单。但带宽比原信码大1倍。5/12/2023 72 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 5.密勒码 密勒(Miller)码又称延迟调制码，它是双相码的一种变形。编码规则如下：“1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示。“0”码有两种情况：单个“0”时，在码元间隔内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变，连“0”时，在两个“0”码的边界处出现电平跃变，即“00”与“11”交替。为了便于理解，图 5-7(a)和(
38、b)示出了代码序列为11010010 时，双相码和密勒码的波形。由图 5=7(b)可见，若两个“1”码中间有一个“0”码时，密勒码流中出现最大宽度为2Ts 的波形，即两个码元周期。这一性质可用来进行宏观检错。5/12/2023 73 通信原理 hase_lu-Uni.TJ图 5-7 双相码、密勒码、CMI 码的波形(a)双相码；(b)密勒码；(c)CMI 码5/12/2023 74 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 比较图 5-7 中的(a)和（b）两个波形可以看出，双相码的下降沿正好对应于密勒码的跃变沿。因此，用双相码的下降沿去触发双稳电路，即可输出密勒码。密勒码最初用于气象卫星和磁记
39、录，现在也用于低速基带数传机中。6.CMI 码 CMI 码是传号反转码的简称，与数字双相码类似，它也是一种双极性二电平码。编码规则是：“1”码交替用“11”和“00”两位码表示；“0”码固定地用“01”表示，其波形图如图 5-7(c)所示。CMI 码有较多的电平跃变，因此含有丰富的定时信息。此外，由于10 为禁用码组，不会出现3 个以上的连码，这个规律可用来宏观检错。由于CMI 码易于实现，且具有上述特点，因此是CCITT推荐的PCM 高次群采用的接口码型，在速率低于8.448 Mb/s 的光纤传输系统中有时也用作线路传输码型。在数字双相码、密勒码和CMI 码中，每个原二进制信码都用一组2 位
40、的二进码表示，因此这类码又称为1B2B 码。5/12/2023 75 通信原理 hase_lu-Uni.TJ7.nBmB 码 nBmB 码 是 把 原 信 息 码 流 的n 位 二 进 制 码 作 为 一 组，编 成m位二进制码的新码组。由 于m n，新 码 组 可 能 有2m 种 组 合，故 多 出(2m-2n)种组 合。从 中 选 择 一 部 分 有 利 码 组 作 为 可 用 码 组，其 余 为 禁 用 码组，以 获 得 好 的 特 性。在 光 纤 数 字 传 输 系 统 中，通 常 选 择m n+1，有 1B2B 码、2B3B、3B4B 码 以 及 5B6B 码 等，其 中，5B6B
41、码 型 已 实 用 化，用 作 三 次 群 和 四 次 群 以 上 的 线 路 传 输 码型。5/12/2023 76 通信原理 hase_lu-Uni.TJ8.4B/3T 码型 在 某 些 高 速 远 程 传 输 系 统 中，1B 1T 码 的 传 输 效 率 偏低。为 此 可 以 将 输 入 二 进 制 信 码 分 成 若 干 位 一 组，然 后 用 较少 位 数 的 三 元 码 来 表 示，以 降 低 编 码 后 的 码 速 率，从 而 提 高频 带 利 用 率。4B 3T 码 型 是1B 1T 码 型 的 改 进 型，它 把4个 二 进 制 码 变 换 成3个 三 元 码。显 然，在
42、相 同 的 码 速 率 下，4B 3T 码 的 信 息 容 量 大 于1B 1T，因 而 可 提 高 频 带 利 用 率。4B 3T 码 适 用 于 较 高 速 率 的 数 据 传 输 系 统，如 高 次 群 同 轴 电缆传输系统。5/12/2023 77 通信原理 hase_lu-Uni.TJ5.4数字基带传输系统的基本模型，码间干扰的概念这里把数字基带信号的产生过程分成码型编码和波形形成两部，码型编码的输出信号为 脉冲序列，波形形成网络的作用则是将每个 脉冲转换为一定波形的信号。5/12/2023 78 通信原理 hase_lu-Uni.TJ从波形形成至接收滤波器输出的整个基带传输系统的传
43、输系数为：则 作用在波形形成器的输入端时，整个基带传输系统的单位冲击响应为：接收滤波器的输出为：n(t)通过接收滤波器后所产生的输出噪声。5/12/2023 79 通信原理 hase_lu-Uni.TJ再生判决器对 进行抽样判决，以确定所传送的数字消息序列,为判定 的值，应在 瞬间对 进行抽样，（这里 是某个时延，取决于系统的传输函数），此抽样值为：5/12/2023 80 通信原理 hase_lu-Uni.TJ其中，第一项 是输出基带信号的第个 i 码元在抽样瞬间 所取的值，它是确定 的依据；第二项 是除第 i 个码元脉冲外的其它所有码元脉冲 在 瞬间所取值的总和，它对于 的判决起着干扰的作
44、用，所以称为码间干扰值；第三项 是输出噪声在抽样瞬间的值。为了降低误码率，必须最大限度地减小码间干扰和随机噪声的影响5/12/2023 81 通信原理 hase_lu-Uni.TJ5/12/2023 82 通信原理 hase_lu-Uni.TJ5.5 无码间串扰的基带传输特性若想消除码间串扰，应有 anh(k-n)Ts+t0=0 由 于an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，这就 需 要 对h(t)的 波 形 提 出 要 求，如 果 相 邻 码 元 的 前 一 个 码 元 的 波 形 到 达 后 一个 码 元 抽 样 判 决 时 刻
45、时 已 经 衰 减 到0，如 图 5-9(a)所 示 的 波 形，就 能 满 足要 求。但 这 样 的 波 形 不 易 实 现，因 为 实 际 中 的h(t)波 形 有 很 长 的“拖 尾”，也 正 是 由 于 每 个 码 元“拖 尾”造 成 对 相 邻 码 元 的 串 扰，但 只 要 让 它 在t0+Ts，t0+2Ts 等 后 面 码 元 抽 样 判 决 时 刻 上 正 好 为0，就 能 消 除 码 间 串 扰，如 图 5-9(b)所示。这也是消除码间串扰的基本思想。5/12/2023 83 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 由h(t)与H()的关系可知，如何形成合适的h(t)波形，实
46、际是如何设计H()特性的问题。根据上面的分析，在假设信道和接收滤波器所造成的延迟t0=0时，无码间串扰的基带系统冲激响应应满足下式:说明，无码间串扰的基带系统冲激响应除t=0时取值不为零外，其他抽样时刻t=kTs上的抽样值均为零。下面就是推导符合以上条件的H()。本节中暂不考虑噪声的影响，只讨论如何减小和消除码间干扰的问题，即5.5数字基带传输系统的传输特性h(kTs)=1,k=0 0,k为其他整数 5/12/2023 84 通信原理 hase_lu-Uni.TJ一、无码间干扰条件与奈奎斯特准则：若适当选择 的波形，使它在诸抽样瞬间的值满足：（为分析简单起见，假定）即 除了在 瞬间的值不等于零
47、外，在其它抽样瞬间的值都等于零，则不论 取什么数值，码间干扰恒为零5/12/2023 85 通信原理 hase_lu-Uni.TJ下面我们进一步研究，基带传输系统应该具有的。因为则5/12/2023 86 通信原理 hase_lu-Uni.TJ其中：是带个区间 中的那小段。进行变量置换，令，则当，时，把上式的积分区间划分成间隔为s=2/T s 的一系列小区间，则:5/12/2023 87 通信原理 hase_lu-Uni.TJ5/12/2023 88 通信原理 hase_lu-Uni.TJ改变上式中求和与积分的次序，并且把改写为得：5/12/2023 89 通信原理 hase_lu-Uni.T
48、J其中，它是把各段 分别平移，然后相叠加而成，显然它仅在区间 上有值，5/12/2023 90 通信原理 hase_lu-Uni.TJ而在该区间外为零。将 以 为周期生成一个周期函数 则展开成傅氏级数的系数为：5/12/2023 91 通信原理 hase_lu-Uni.TJ级数展开5/12/2023 92 通信原理 hase_lu-Uni.TJ将上式和（式）相比可知，为了使 满足无码间干扰条件，即要求 中除 不等于零外，其余系数均为零，这意味着 是与频率无关的常数，于是 是带宽为 的理想低通特性，即：5/12/2023 93 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 由此可知：为了消除码间干扰，
49、要求基带传输系统的传输函数 分成带宽为 的小段后，在将各段在区间 上迭加所构成的等效低通传输函数为理想低通特性奈奎斯特准则满足上式的 不是唯一的，下面就来研究几种有典型意义的情况。5/12/2023 94 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 图5-10 Hep(w)的构成5/12/2023 95 通信原理 hase_lu-Uni.TJ二、低通矩形频谱脉冲 在满足奈奎斯特准则的所有 中，带宽最窄的是除 外其它 均为零的情况，即5/12/2023 96 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 其带宽，或 该系统的单位冲激响应 为：5/12/2023 97 通信原理 hase_lu-Uni.TJ
50、 由 图 可 见，在 时 的 值 为，而（为非零整数）的诸瞬间均为零，满足消除码间干扰的条件。这时系统的传码率（波特），频带利用 率（波特赫）抽样值无失真条件 下的最高频带利用率。5/12/2023 98 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 由此可知，无失真传输码元周期为 Ts 的数字基带信号时，所需的最小频带宽度为 称为奈奎斯特带宽，称为奈奎斯特间隔，而传码率 称为奈奎斯特速率。5/12/2023 99 通信原理 hase_lu-Uni.TJ 一 是 理 想 矩 形 特 性 的 物 理 实 现 极 为 困 难；二 是 理 想 的 冲激 响 应h(t)的“尾 巴”很 长，衰 减 很 慢，当