大学课程《通信技术基础》PPT课件：第5章 基带数字信号的传输.ppt

第5章 基带数字信号的传输 第5章 基带数字信号的传输 5.1基带数字信号波形与频谱5.2 数字基带传输系统5.3 实线上的基带传输 第5章 基带数字信号的传输 5.1基带数字信号波形与频谱5.1.1基带数字信号的常用典型码型u传输码型的选择，主要考虑以下几点：码型中低频、 高频分量尽量少；码型中应包含定时信息， 以便定时提取；码型变换设备要简单可靠；码型具有一定检错能力，若传输码型有一定的规律性，则就可根据这一规律性来检测传输质量，以便做到自动监测u编码方案对发送消息类型不应有任何限制， 适合于所有的二进制信号u这种与信源的统计特性无关的特性称为对信源具有透明性；低误码增值；高的编码效率第5章 基带数字信号的传输 u它们常用码型有：单极性不归零(NRZ)码；双极性不归零(NRZ)码；单极性归零(RZ)码；双极性归零(RZ)码；差分码；交替极性码(AMI)；三阶高密度双极性码(HDB3)； 双相码； Miller码；信号反转码(CMI)； DMI码等1. AMI码AMI码的全称是交替极性码这是一种将消息代码0（空号）和1（传号）按如下规则进行编码的码： 代码的0仍变换为传输码的0， 而把代码中的1交替地变换为传输码的+1， -1， +1， -1， 例如： 消息代码： 100 1 1000 1 1 1AMI码： +100 -1 +1000 -1 +1 -1。

第5章 基带数字信号的传输 u由于AMI码的传号交替反转， 因此由它决定的基带信号遵循正负脉冲交替， 而0电位保持不变的规律 由此看出， 这种基带信号无直流成分， 且只有很小的低频成分， 因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输 u 由AMI码的编码规则看出， 它已从一个二进制符号序列变成了一个三进制符号序列， 而且也是一个二进制符号变换成一个三进制符号图 5.1(b) 给出AMI码的编码波形第5章 基带数字信号的传输 2. 三阶高密度双极性(HDB3)码 HDB3码就是一系列高密度双极性码(HDB1、HDB2、HDB3等)中最重要的一种其编码原理是这样的：先把消息变成AMI码，然后检查AMI的连“0”情况，当无3个以上连“0”串时，则这时的AMI码就是HDB3码当出现4个或4个以上连“0”情况，则将每4个连“0”小段的第4个“0”变换成“”码这个由“0”码改变来的“”码称为破坏脉冲(符号)，用符号V表示，而原来的二进制码元序列中所有的“”码称为信码，用符号B表示图 5.1(c) 给出HDB3码的编码波形第5章 基带数字信号的传输 u下面、分别表示一个二进制码元序列、相应的AMI码以及信码B和破坏脉冲V的位置。

代码： 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 AMI码：0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 0 -1 0 +1 0 B和V：0 B 0 0 0 V B B 0 0 0 V 0 B 0 B 0 B： 0 B+ 0 0 0 V+ B- B+ 0 0 V- 0 B+ 0 B- 0 HDB3： 0 +1 0 0 0 +1 1 +1 -1 0 0 -1 0 +1 0 -1 0 uHDB3编码的步骤可归纳为以下几点： 从信息码流中找出四连“0”，使四连“0”的最后一个“0”变为“V”(破坏码) 使两个“V”之间保持奇数个信码B，如果不满足，使四连“0”的第一个“0”变为补信码B，若满足，则无需变换第5章 基带数字信号的传输 使B连同B按“+1”、 “-1”交替变化，同时V也要按“+1”、“-1”规律交替变化，且要求V与它前面的相邻的B或者B同极性u其解码的步骤为： 找V，从HDB3码中找出相邻两个同极性的码元，后一个码元必然是破坏码V 找B，V前面第三位码元如果为非零，则表明该码是补信码B 将V和B还原为“0”，将其他码元进行全波整流， 即将所有“+1”、 “-1”均变为“1”， 这个变换后的码流就是原信息码。

第5章 基带数字信号的传输 3. 传号反转(CMI)u传号反转码（Coded Mark Inversion, CMI ）其编码规则是： 当为“0”码时，用01表示，当出现“1”码时，交替用00和11表示图 5.1(d) 给出CMI码的编码波形它的优点是没有直流分量，且有频繁出现波形跳变，便于定时信息提取，具有误码监测能力CMI码同样有因极性反转而引起的译码错误问题第5章 基带数字信号的传输 (a) 二进制码，（b）AMI码，（c）HDB3码，（d）CMI码图5.1 几种典型信号波形示意图 第5章 基带数字信号的传输 5.1.2 基带波形变换方法u如欲从全宽码波形变换为归零码波形，只需使用与门，让单极性全宽码和定时信号加上与门的输入端，输出端应得到归零码，其窄脉冲宽度和定时信号脉冲宽度相等图5.2示这种变换的方框和过程图5.2 不归零码变换为归零码的方框和过程第5章 基带数字信号的传输 u如欲从归零码波形变换为全宽码可使用移位寄存器定时信号也加到移位寄存器定时信号脉冲的下降沿对归零码窄脉冲的中心（或对准它们的下降沿）移位寄存器的输出就是需要的全宽码图5.3示这种变换的方框和过程图5.3归零码变换为全宽码的方框和过程第5章 基带数字信号的传输 u如欲调整归零码的每一脉冲宽度，就是说，从较窄的归零码变换为较宽的归零码，可使用双稳触发器。

窄归零码和定时信号都加到双稳触发器的两个输入端，定时信号与窄归零码的间隔预先算好恰等于较宽的归零码的脉冲宽度，那么双稳触发器输出就得到需要的宽归零码这种变换的方框图和过程如图5.4图5.4窄归零码变换为宽归零码的方框和过程第5章 基带数字信号的传输 5.1.3 常用基带信号的频谱u上节说基带信号的波形，讲它们随时间的变化，也就是时间函数现在要讲数据基带信号的频谱，讲它们随频率的变化，也就是频率函数为了对数据信号准备适当的传输信道，了解数据信号的频谱情况是完全有必要的u 在上面我们举例通过变换计算得到了单极性单个矩形脉冲码的频谱，重画如图5.5(a)所示，它只有直流成分和连续频谱同样通过变换计算还可以得到：单极性归零二进制码的频谱如图5.5(b)所示，它不仅具有直流成分和连续频谱，同时连续频谱密度展宽了；第5章 基带数字信号的传输 双极性码和双极性归零码, 无论归零不归零,图5.5（c）、(d) 分别画出了双极性和双极性半占空矩形脉冲码的频谱, 这种双极性码没有直流成分和离散频谱,只有连续谱； AMI码也只有连续频谱，而没有直流和离散频谱, 如图5.5(f)所示HDB3码频谱与AMI码频谱的形状相似。

纵座标画的是归一化频谱/G(0)第5章 基带数字信号的传输 图5.5 各种码型频谱示意图第5章 基带数字信号的传输 5.2 数字基带传输系统u从上述的数字信号频谱分析可知， 数字信号所占频带非常宽， 从直流一直到无限宽的频率， 但其主要能量则集中在直流到频谱中的第一个零点以内的频带， 我们将这一频带称为数字信号的基本频带， 简称基带 在某些信道中（例如在电缆中）， 数字基带信号可以直接传输， 称为数字信号的基带传输u数字基带传输系统的基本框图如图5.6所示，它通常由脉冲形成器、发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器与码元再生器组成图5.6 数字基带传输系统框图第5章 基带数字信号的传输 5.2.1 理想基带传输系统u如图5.6示, 对于基带传输，信道主要是线路，但也可能包含发送端和接收端的滤波器发送滤波器， 其作用是将信源输出的信号形成适合于在信道中传输的信号波形，接收滤波器的作用是限制带外噪声进入接收系统， 以提高判决点的信噪比整个信道总是具有低通滤波的特性 (b) 响应特性a) 理想低通特性 图5.7基带传输系统的理想低通特性和响应特性 第5章 基带数字信号的传输 u图5.7（b）可以看出，它除了在时间轴上移动了 时延外。

仍然具有 形，在每隔 的时间出现零点具体地说，当 时， , ;当 时， , ; 如此等等，当 时，得最大幅度 第5章 基带数字信号的传输 5.2.2 数字基带信号传输的基本准则u数字信号（二进制）只有离散的两个幅度， 其中低电平用“0”表示，而高电平用“1”表示， 因此对数字信号传输的检测只需识别所传输数字信号的离散幅度值而不需要识别其他时间是何种波形 因此， 对于数字信号传输可采用在规定时刻抽样判决的方法对传输信号进行检测判决 通过适当的选择信号传输速率与传输频带， 并采用抽样判决的方式， 就可以实现符号间干扰为最小的数字信号传输 第5章 基带数字信号的传输 u图5.7（b）很重要，它表示窄脉冲传输经过矩形的信道时，接收端出现形的波形，每隔一定时间出现零点这个波形图重要性在于它表明；如果每隔时间(常称奈氏时段)发数据脉冲，不管发0码或者1码，只要准确在按照这种间隔时间依次发脉冲就不会发生码间干扰（即符号间干扰），因为这一位码（符号）的接收波形峰值正是前后码（符号）的零点u不过，应该注意，如图5.8 所示，这种矩形频谱所产生的形时间响应，第一个零点以后的尾巴振荡较为剧烈，振荡幅度较大这意味着，发送端发出脉冲的间隔时间必须很准确，接收端取样判决时间必须很准确，低通滤波特性载止频率必须很稳定，就是说。

要求的三个条件都很严格稍差一点就可能引起码间干扰这也是矩形频谱的缺点第5章 基带数字信号的传输 图5.8 最大值点处抽样判决示意图第5章 基带数字信号的传输 u同时，又从图5.8上看出，邻近脉冲的间隔时间为 也就是，每秒传送 个码元，即码速等于 ，而 为低通滤波特性截止频率，这意味着，信道如果有理想的矩形频谱，则频带每赫兹传送信息的速率可以达到2比特秒赫兹，这是频谱的优点第5章 基带数字信号的传输 5.2.3 信道的影响u上述采用理想低通传输特性传输信号是一种理想极限情况， 而在实际传输网络中采用这种理想特性传输信号是不能实现的， u原来发送的数据是矩形脉冲经过低通滤波特性的信道波形不会再是矩形了u此时实际抽样判决值是本码元的值与几个邻近脉冲拖尾及加性噪声的叠加这种脉冲拖尾的重叠，并在接收端造成判决困难的现象叫码间串扰(或码间干扰)，如图5.9(b)所示第5章 基带数字信号的传输 图5.9 (a) 无码元干扰的脉冲序列； (b) 有码元干扰的脉冲序列第5章 基带数字信号的传输 u根据图5.6给出了基带传输系统各点的波形如图5.10显然，传输过程中第4个码元发生了误码前已指出，误码的原因是信道加性噪声和频率特性不理想引起的波形畸变。

其中频率特性不理想引起的波形畸变，使码元之间相互干扰(示意图见图5.11)图5.10给出了(波形畸变)基带传输系统各点的波形第5章 基带数字信号的传输 u一个矩形脉冲通过不同长度的市话电缆等信道后，它的失真主要反应为脉冲波形底部展宽， 产生拖尾 从理论上讲， 这一拖尾失真的产生就是带限传输对传输波形的影响 假设图5.11传输的一组码元为1110，现在考察前三个“1”码对第四个“0”在其抽样判决时刻产生的码间串扰的影响如果前三个“1”码在t=（t1+3Tb）时刻产生码间串扰分别为a1，a2，a3，第四个码（“0”）在t=（t1+3Tb）时刻的值为a4那么，当a1+a2+a3+a40时判为“1”，这就是错判，要造成误码 第5章 基带数字信号的传输 图5.11拖尾码间串扰示意图第5章 基带数字信号的传输 5.2.4 码间串扰的消除 u要想通过各项互相抵消使码间串扰为0是不行的从码间串扰各项影响来说，当然前一码元的影响最大，因此，最好让前一个码元的波形在到达后一个码元抽样判决时刻已衰减到0，如图5.12(a)所示的波形图5.12 理想的传输波形第5章 基带数字信号的传输 u但这样的波形也不易实现，因此比较合理的是采用如图5.12 (b)这种波形，虽然到达 以前并没有衰减到0，但可以让它在 , ,等等后面码元取样判决时刻正好为0，这也是消除码间串扰的物理意义。

但考虑到实际应用时，定时判决时刻不一定非常准确，如果。