简明电工第6章C.ppt

简明通信原理,曹丽娜 编著,简明通信原理,第6章 数字基带传输,学习目标,,数字基带信号的常用码型及其谱特性；,,数字基带信号的传输过程；,,码间串扰和奈奎斯特第一准则；,,,,,数字基带系统的抗噪声性能；,,,眼图和均衡的原理、方法及应用6.1 数字基带信号码型,基本码型,（a）单极性码特点：含直流和低频分量应用：设备内部和数字调制器中b）双极性码优点：无直流分量（等概）、抗扰能力较强应用：V.24、RS-232C接口标准和数字调制器中6.1 数字基带信号码型,基本码型,（c）单归零码特点：可从中直接提取位定时信号，应用：作为其他码型提取同步时钟时的一种过渡码型d）双归零码它兼有双极性和归零波形的特点,归零（RZ）：占空比 <1；常用半占空波形（ =50%）,6.1 数字基带信号码型,基本码型,（e）差分码 特点：用相邻码元电平的跳变或不变来表示信息码元，而与本码元的电平无关传号差分：“1”变， “0”不变；空号差分：“0”变， “1”不变；优点：可以消除设备初始状态不确定性的影响，应用：在相位调制系统中（参见第7章）可用于解决载波相位模糊问题以上基本码型一般用于设备内部和近距离的传输，或用作过渡码型。

6.1 数字基带信号码型,线路码型,码型变换,把信码变换成适合在信道中传输的码型（简称线路码或传输码）,主要目的,Content Title,改变信号的功率谱形状或成分，以适应基带传输的要求,选码原则,无直流分量，且低频分量小；含有同步（定时）信息；功率谱主瓣窄，以节省传输频带；具有一定的宏观检错能力；编译码简单满足或部分满足以上原则的线路码有很多6.1 数字基带信号码型,几种常用的线路码,AMI码、 HDB3码 双相码和CMI码 nBmB码、多电平码,1．AMI码（传号交替反转码）编码规则：将信码中的“1”交替编成“+1”和“−1”，而“0”保持不变例如： 信码：  1 0 0 0 0  1 0 00 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1…AMI码：+1 0 0 0 0 −1 0 00 0 +1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 +1−1…,可见，AMI码的波形是三电平（正、负、零）的半占空归零码波形优点： 无直，且高、低频分量少； 具有宏观自检能力； 编译码电路简单应用： AMI码是北美系统中时分复用基群的 线路接口码型。

6.1 数字基带信号码型,,缺点：当信码出现连“0”串时，不利于定时信息的提取解决：扰码；采用HDB3码2．HDB3码（3阶高密度双极性码）编码规则：（结合例子表述）例如： 信码： 1 000 1 1 0 00 0 1 0 00 0 1 1 0 0 0 0 0 00 0 1 1HDB3码：-1 000+1−1 0 00 V- +1 0 00 V+ −1+1 B-00 V- B+00 V+ −l +1HDB3码的波形也是三电平的半占空归零码波形，其功率谱如图所示:,特点：保留了AMI码的优点，且使连“0”个数 不超过 3个，有利于定时信息的提取应用： ITU建议HDB3码作为A律PCM-TDM 四次群 以下的线路接口码型6.1 数字基带信号码型,译码：译码的关键是寻找破坏脉冲（V码） 若3连“0”的前后非零脉冲同极性：“000V”形式，译为“0000”； 若2连“0”的前后非零脉冲同极性：“B00V”形式，译为“0000”3、双相码,又称曼彻斯特（Manchester）码、分相码。

编码规则：,特点：双极性非归零码，无直，含有丰富的定时信息，编码简单缺点：占用的频带宽度加倍了应用：适用于数据终端设备上近距离传输6.1 数字基带信号码型,波形和功率谱：,4.CMI码（传号反转码）,编码规则：“1”——“1 1”和“0 0”交替；“0”——“01” 特点：双极性非归零码，无直；从它的下跳沿可直接提取位定时信号； 不会出现3个以上的连码，这个规律可用来宏观检错 应用：PCM四次群采用的线路接口码型；速率低于8.448Mitb/s的光纤 传输系统中6.1 数字基带信号码型,,5．nBmB码 双相码和CMI码均可视为lB2B码，它们都是将1位二进制符号转换成了2位二进制码元，因此传输速率增加一倍，所需信道带宽加倍 nBmB码可看成是lB2B码的推广，n个二进制码组m个二进制码组， 新码组有2m种组合，故多出（2m−2n）种组合选出可用码组，其余为禁用码组，则可获得较好的传输性能在光纤通信系统中，常选择 m=n+1，例如5B6B码6. 多电平码特点：每个脉冲波形携载多位二进制码例如：一种四电平码（也称2B1Q码），它的每种电平脉冲可以代表2位二进制码元，,,优点：在波特率一定时，可以提高比特率。

应用：频带受限的高速数据传输系统中6.2 数字基带信号的功率谱,研究目的： 观察信号中的频谱成分（如直流分量、定时分量） 确定信号带宽分析方法： 根据维纳-辛钦定理； 利用计算机仿真等分析结果：,式中， 为码元持续时间； 为某种脉冲波形； 为第n个码元所对应的电平值，例如，对于双极性基带信号，有,由于 是一个随机量，所以数字基带信号 通常是一个随机的脉冲序列，其频谱特性需要用功率谱来描述数字基带信号可表示为,（3）离散谱是否存在，取决于 和 及其出现的概率对于双极性信号 ，且P=1/2（等概）时，没有离散谱根据离散谱可以确定信号中是否含有直流分量和定时分量2）连续谱始终存在，频谱的形状取决于 、 的频谱 通常，根据连续谱可以确定信号的频带宽度，,6.2 数字基带信号的功率谱,讨论：（1）功率谱 通常包含连续谱（第1项）和离散谱（第2项）对于二进制的随机脉冲序列s(t)，设： “0”— ，以概率 P出现 “1”— ，以概率（1-P）出现则s(t)的双边功率谱密度为,,+,式中， ； 和 分别为 和 的频谱。

2）单极性RZ信号中有定时分量（即 分量），可直接提取6.2 数字基带信号的功率谱,【例6-1】 假设P=1/2（等概），求单、双极性非归零（NRZ）矩形脉冲序列和单、双极性归零（RZ）矩形脉冲序列的功率谱讨论：（1）信号带宽主要取决于单个脉冲的频谱若以谱的第1个零点计算，NRZ（ ）基带信号的带宽为 ；RZ（ ）基带信号的带宽为 其中， 是位定时信号的频率，在数值上与码元速率 相等3）双极性NRZ或RZ信号没有离散谱（等概时），既没有直流分量也没有定时分量,6.3 无码间串扰的基带传输特性,6.3.1 基带传输模型和码间串扰,1. 基带传输模型和各点示意波形,,,,,发送滤波器：将矩形脉冲变换成适合于信道传输的基带信号波形,信道：双绞线、同轴电缆等有线信道会使传输波形失真，并引入噪声,接收滤波器：滤除带外噪声，并对信道送出的失真波形进行平滑,抽样判决器：接收波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号,传输模型：,6.3 无码间串扰的基带传输特性,各点波形：,单极性基带信号,码型变换后的波形,码型及波形变换后，是一种适合在信道中传输的波形,信道输出信号,接收滤波器输出波形,位定时同步脉冲,恢复的信息，其中第7个码元发生误码,误码原因： 码间串扰和信道噪声,错误码元,6.3 无码间串扰的基带传输特性,2. 码间串扰（ISI ，InterSymbol Interference）,原因：系统传输总特性不理想，导致码元的响应波形畸变、展宽和拖尾， 从而对当前码元的判决造成干扰，如下图所示。

对某个码元抽样时，得到的实际抽样值不仅有本码元的样值，还有其他码元在该码元抽样时刻上的串扰值（ISI）及噪声的样值（图中未画出） 为了减少误码，必须最大限度地减小码间串扰和噪声的影响6.3 无码间串扰的基带传输特性,6.3.2 无码间串扰的条件—Nyquist准则,码间串扰反映的是基带系统传递特性的不良 能否消除码间串扰，关键在于如何设计基带传输总特性,设基带传输总特性及其对应的单位冲激响应为：,,,则经过分析可知，无ISI的时域条件：,无ISI的频域条件：,,，,该条件称为奈奎斯特（Nyquist）第一准则它是设计或检验 能否消除码间串扰的理论依据6.3 无码间串扰的基带传输特性,几何意义：将 特性曲线以 为间隔分段，然后平移（ ， ）区间内进行叠加，其结果应当为一常数，即等效成一个理想低通滤波器：,满足Nyquist第一准则的 特性有多种 那么，如何设计或选择 呢？,6.3 无码间串扰的基带传输特性,6.3.3 基带传输特性的设计,1.理想低通特性,可见，对于带宽为 的理想低通传输特性，若以RB = 1/Ts 波特的速率传输数据，则在抽样时刻上不存在码间串扰。

若以高于1/Ts 波特的码元速率传送时，将存在码间串扰通常将此带宽B称为奈奎斯特带宽，并记为,把无ISI的最高码元速率 ，称为奈奎斯特速率此时，基带系统所能提供的最高频带利用率为这是在无ISI条件下，基带系统所能达到的极限情况Baud/Hz),,,6.3 无码间串扰的基带传输特性,2．余弦滚降特性,这种设计可看成是理想低通特性（图中虚线）按奇对称进行“滚降”的结果定义 滚降系数 用来描述滚降程度存在问题：理想矩形特性在物理上是无法实现的；其冲激响应的尾部衰减较慢，如果抽样定时稍有偏差，就会出现严重的码间串扰因此不能实用解决方案：在实际中常采用在 两边呈现奇对称的余弦滚降特性超出 的扩展量,奈奎斯特带宽,6.3 无码间串扰的基带传输特性,取值的范围为[0，1]不同的 对应有不同的滚降特性 和冲激响应 ：,=0时，就是理想低通特性； 越大， 的拖尾衰减越快随着 的增加，所占带宽由 增大为 ，相应的频带利用率也由 2 降低为 (Baud/Hz) 当  = 1时， 的尾部衰减最快，这有利于减小码间串扰和位定时误差的影响，但所占带宽是理想低通特性（ = 0）的2倍，频带利用率降低为1Baud/Hz。

6.3 无码间串扰的基带传输特性,【例6-2】 某数字基带系统的传输特性如图所示试检验并计算：,（1）该系统能否实现无码间串扰的传输； （2）滚降系数和系统带宽；（3）无码间干扰传输的最高码元速率和频带利用率解 （1）由于该系统可等效为理想低通特性：所以可实现无码间串扰传输。