1、5.1引言引言n数字基带信号、基带传输以及频带传输数字基带信号、基带传输以及频带传输n数字基带通信系统的模型以及基本结构数字基带通信系统的模型以及基本结构n研究数字基带传输的目的研究数字基带传输的目的基带信号以及数字基带传输和频带传输基带信号以及数字基带传输和频带传输n什么是数字基带信号？什么是数字基带信号？信号含丰富的低频分量，甚至直流分量；信号含丰富的低频分量，甚至直流分量；n什么是数字基带传输？什么是数字基带传输？数字基带信号在信道中的直接传输数字基带信号在信道中的直接传输,如在某些如在某些具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离不具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下；
2、太远的情况下；n什么是数字频带传输？什么是数字频带传输？数字基带信号经过载波调制，把频谱搬移到数字基带信号经过载波调制，把频谱搬移到高载波处在带通型信道中的传输；高载波处在带通型信道中的传输； 也称为调制或也称为调制或载波传输；载波传输；数字基带通信系统模型数字基带通信系统模型基带信号基带信号形成器形成器信道信道接收滤波器接收滤波器信宿信宿噪声源噪声源信源信源基带传输系统的基本结构基带传输系统的基本结构信道信号信道信号形成器形成器信道信道接收滤波器接收滤波器抽样判决器抽样判决器干扰干扰基带脉冲输入基带脉冲输入基带脉冲输出基带脉冲输出研究数字基带传输的目的研究数字基带传输的目的 为什么要研究数字
3、基带传输系统？为什么要研究数字基带传输系统？1在利用在利用对称电缆对称电缆（频率范围（频率范围12K-252k）构）构成的近程数据通信系统广泛采用了这种传输方成的近程数据通信系统广泛采用了这种传输方式；式；2数字基带传输中包含频带传输的许多基本问数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题，也就是说，基带传输系统的许多问题也是题，也就是说，基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题；频带传输系统必须考虑的问题；3任何一个采用线性调制的频带传输系统可等任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基带传输系统来研究；效为基带传输系统来研究；5. 2数字基带信号及频谱特性数字基带信号及频谱特性1
4、.基本的数字基带信号基本的数字基带信号-电波形电波形2.数字基带信号的频谱结构数字基带信号的频谱结构5.2.1 数字基带信号的电波形数字基带信号的电波形类型有很多，矩形脉冲组成的基带信号有以下几种：类型有很多，矩形脉冲组成的基带信号有以下几种：单极性不归零码单极性不归零码（NRZ NonReteurn to Zero）双双极极性不归零码性不归零码(BNRZ Bipolar NRZ)单极性归零码单极性归零码(RZ Return to Zero)双双极极性归零码性归零码(BRZ)差分码差分码多进制（电平）码多进制（电平）码(1) 单极性不归零码单极性不归零码(NRZ) 其特点是二进制代码其特点是二
5、进制代码1、0分别用正电位以分别用正电位以及及0电位表示电位表示01010011E(2) 双极性不归零码双极性不归零码(BNRZ) 其特点是二进制代码其特点是二进制代码1、0分别用幅度相等的正负电分别用幅度相等的正负电平表示，因此当平表示，因此当1、0符号等概出现时无直流分量符号等概出现时无直流分量1010011EE(3) 单极性归零码单极性归零码(RZ) 单极性归零码与单极性不归零码的区别是单极性归零码与单极性不归零码的区别是归零码归零码码码元宽度小于码元间隔元宽度小于码元间隔，每个码元脉冲在下一个码，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平元到来之前回到零电平码元宽度码元宽度码元间隔码元
6、间隔01010011设码元间隔为设码元间隔为Tb，归零，归零码宽度为码宽度为 ，则称，则称 /Tb为为占空比占空比， /Tb=0.5称为半占空码。称为半占空码。(4) 双极性归零码（双极性归零码（BRZ） 1 0 1 0 0 1 1 0 它是双极性码的归零形式；每个码元内的脉冲都它是双极性码的归零形式；每个码元内的脉冲都回到零点平，即相邻脉冲之间必定留有零电位的回到零点平，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。间隔。(5) 差分码差分码不是用码元本身的电平表示消息代码，而是用相不是用码元本身的电平表示消息代码，而是用相邻码元的电平的邻码元的电平的跳变和不变跳变和不变来表示消息代码；来表示消息代码
7、；由于差分码是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码，由于差分码是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码，因此称它为相对码，而相应地称前面的单极性或双极性因此称它为相对码，而相应地称前面的单极性或双极性码为绝对码。码为绝对码。1010011EE1 0 1 0 0 1 1(6) 多进制码多进制码 这种波形的一个脉冲可以代表多个二进制符号，这种波形的一个脉冲可以代表多个二进制符号，在在码元速率一定时可以提高信息速率码元速率一定时可以提高信息速率，故在高速，故在高速数字传输系统中得到广泛应用；数字传输系统中得到广泛应用； 0000E3011110011101EEE3练习练习 设二进制符号序列为设二进制符号序
8、列为110010，试以矩形脉，试以矩形脉冲为例，分别画出相应的单极性码波形，单冲为例，分别画出相应的单极性码波形，单极性归零码波形，双极性码波形，双极性归极性归零码波形，双极性码波形，双极性归零码波形以及二进制差分码波形及四电平波零码波形以及二进制差分码波形及四电平波形形基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性n研究对象：数字基带信号的功率谱结构研究对象：数字基带信号的功率谱结构n研究目的：针对信号谱的特点来选择相研究目的：针对信号谱的特点来选择相匹配的信道，确定是否可从信号中提取匹配的信道，确定是否可从信号中提取定时信号定时信号二进制随机序列示意图二进制随机序列示意图0t2bT2bT2bgtT2
9、bgtT24bgtT13bgtT12bgtT12bgtT 1g t 随机脉冲序列示意图随机脉冲序列示意图 g1(t )“0”码，出现概率为码，出现概率为p Tb码元间隔码元间隔g2(t )“1”码码 ，出现概率为，出现概率为1-pf b码元速率码元速率二进制随机序列功率谱密度二进制随机序列功率谱密度g1(t )G1(f ) g2(t) G2(f ) 一般G1(f ) G2(f ) 2121bbPff PPGfGf 2121bbbbmfPG mfP Gmffmf连续谱决定信号带宽连续谱决定信号带宽离散谱决定信号是否有直流及定时分量离散谱决定信号是否有直流及定时分量由于代表数字信息的由于代表数字信
10、息的g1(t)及及g2(t)一般不同，故一般不同，故G1(f) G2(f)，因而连续谱总是存，因而连续谱总是存在的；在的；而离散谱是否存在，取决于而离散谱是否存在，取决于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P单极性波形单极性波形n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)，则随机脉冲，则随机脉冲序列的双边功率谱密度为序列的双边功率谱密度为P=1/2时时讨论讨论2种情况：种情况：（1）若表示）若表示“1”码的波形码的波形g2(t)=g(t)为不归零矩形脉冲；为不归零矩形脉冲；（2）若表示）若表示“ 1”码的波形为码的波形为g2(t)=
11、g(t)为半占空归零矩形脉为半占空归零矩形脉冲；冲；22( )(1)|( )|(1) ()|()bbbbbmP ff PPG ffP G mffmf22211( )|( )|()|()44bbbbbmP ffG ffG mffmf单极性单极性不归零矩形不归零矩形 1,20bTtg t其它sin( )()bbbbbfTG fTT SafTfTm=0时，时，G(mf b)=TbSa(0) 0，因此离散谱中有直流分量；，因此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，G(mf b)=T bSa(0)=0，离散谱均为零，离散谱均为零，因而无定时信号；因而无定时信号； 22sin111
12、( )( )()( )4444bbsbbbbfTTP ff TfSafTffT单极性单极性不归零矩形的功率谱图不归零矩形的功率谱图单极性半占空单极性半占空归零矩形归零矩形 1,220btTg t其它( )Sa( f )=()22bbTfTG fSa m=0时，时，G (mf b)=(Tb/2) Sa(0) 0，因此离散谱中有直流分量；，因此离散谱中有直流分量；m为奇数时，为奇数时，G (mf b)=(Tb/2)Sa (m /2) 0，此时有离散谱，此时有离散谱，其中其中m=1时，时，G (mfb)=(Tb/2)Sa ( /2) 0，因而有定时信号；，因而有定时信号；m为偶数时，为偶数时，G(m
13、f b)=(Tb/2)Sa (m /2)=0，此时无离散谱。，此时无离散谱。 221( )()() ()162162bbsbmTfTmP fSaSafmf单极性单极性归零矩形的功率谱图归零矩形的功率谱图Tb是码元间是码元间隔隔是码元宽度是码元宽度 不归零码和半占空码两者比较不归零码和半占空码两者比较n随机序列的随机序列的带宽带宽取决于连取决于连续谱，实际由单个码元的续谱，实际由单个码元的频谱函数频谱函数G(f )决定，一般决定，一般取该频谱的取该频谱的第一个零点处第一个零点处n单极不归零矩形信号的带单极不归零矩形信号的带宽为宽为B=f b=1/Tbn单极性半占空归零信号的单极性半占空归零信号的
14、带宽为带宽为B=2f b =1/双极性波形双极性波形n对于双极性波形：若设对于双极性波形：若设g1(t )=-g2(t )=g(t )，则随机脉冲序，则随机脉冲序列的双边功率谱密度为列的双边功率谱密度为P=1/2时时若则若则22( )4(1)|( )|(21) ()|()sbbbbmP ff PPG ffPG mffmf2( )( )sbP ff G f 1,20bTtg t其它2( )()sbbP fT SafT1、0等概时，双极性波形无离散分量；带宽为等概时，双极性波形无离散分量；带宽为B=f b结论结论n随机序列的随机序列的带宽主要带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数依赖单个码元波形的频谱
15、函数G1(f )或或G2(f )，两者之中应，两者之中应取较大带宽的一个取较大带宽的一个作为序列带宽；作为序列带宽；n时间波形的时间波形的占空比越小，频带越宽占空比越小，频带越宽。通常以谱的第一个零点通常以谱的第一个零点作为矩形脉冲的近似带宽，它等于脉冲宽度作为矩形脉冲的近似带宽，它等于脉冲宽度 的倒数，即的倒数，即Bs=1/ 。由图可知，不归零脉冲的由图可知，不归零脉冲的 =Tb，则，则BS=f b；半占；半占空归零脉冲的空归零脉冲的 =Tb/2，则，则BS=1/ =2f b。其中。其中fb=1/Tb，是，是位定时信号的频率，在数值上与码速率位定时信号的频率，在数值上与码速率RB相等相等。n
16、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。单极性不归零信号中无定时分量，若想获取定时分量，要进行波形变换。信号中无定时分量，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。分量。5.3 基带传输常用码型基带传输常用码型 实际基带传输系统中，并不是所有的基带电实际基带传输系统中，并不是所有的基带电波形都能在信道中传输波形都能在信道中传输对传
17、输码型的要求对传输码型的要求 n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，且低频分量少；n便于从信号中提取定时信息；便于从信号中提取定时信息；n信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰；少码间串扰；n不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；源的变化；n具有内在的检错能力；具有内在的检错能力；n编译码设备要尽可能简单；编译码设备要尽可能简单； 几种常见的基带信号码型几种常见的基带信号码型1.极性交替反转码（极性交替反转码（AMI）2.三阶高密度双极性码（三阶高密度双极性码（
18、HDB3）3.PST码码4.双相码（曼彻斯特码）双相码（曼彻斯特码）5.密勒码密勒码6.传号反转码（传号反转码（CMI） 7.nBmB码码8.4B/3T码码 极性交替转换码极性交替转换码(AMI码码)编码规则：将二进制消息代码编码规则：将二进制消息代码“1”（传号）交（传号）交替地变换为传输码的替地变换为传输码的“十十1”和和“一一1”，而，而“0”（空号）保持不变；（空号）保持不变；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 1AMI码：码： +1 0 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 -1 +1 0 0 -1 +1 极性交替转换码极性
19、交替转换码(AMI码码)AMIAMI码对应的基带信号是正负极性交替的脉冲序列，而码对应的基带信号是正负极性交替的脉冲序列，而0 0电位保电位保持不变。持不变。AMIAMI码的优点：码的优点：（1 1）由于）由于+1+1与与-1-1交替，交替，AMIAMI码中不含直流成分，只有很小的低码中不含直流成分，只有很小的低频分量频分量（2 2）AMIAMI码的编译码电路简单，便于利用传号极性交替规律观码的编译码电路简单，便于利用传号极性交替规律观察误码情况。察误码情况。AMIAMI码的缺点：码的缺点：当原信码出现连当原信码出现连“0”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
20、取定时信号的困难。造成提取定时信号的困难。解决方法：解决方法：HDBHDB3 3码。码。 三阶高密度三阶高密度(HDB3)码码3阶高密度双极性码使连阶高密度双极性码使连“0”个数不超过个数不超过3个个其编码规则如下：其编码规则如下：（1）当信码的连）当信码的连“0”个数个数不超过不超过3时，仍按时，仍按AMI码的规则编，码的规则编，即传号极性交替；即传号极性交替；（2）当连）当连“0”个数个数超过超过3时，则将第时，则将第4个个“0”改为非改为非“0”脉脉冲，记为冲，记为V或或-V，称之为破坏脉冲。为了便于识别，称之为破坏脉冲。为了便于识别，V码的码的极性应与其前一个非极性应与其前一个非“0”
21、脉冲的极性相同脉冲的极性相同（3）相邻）相邻V码的极性必须交替出现，以确保编好的码中无直码的极性必须交替出现，以确保编好的码中无直流；否则，将四连流；否则，将四连“0”的第一个的第一个“0”更改为与该破坏脉冲更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，并记为相同极性的脉冲，并记为+B或或-B；（4）原来的信码与）原来的信码与B合起来要保持极性的交替；合起来要保持极性的交替；代码：代码： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 步骤步骤1，编成，编成AMI码码 -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1步骤步骤2：当连：当连“0”个数
22、超过个数超过3时，则将第时，则将第4个个“0”改为非改为非“0”脉冲，脉冲，记为记为V或或-V，为了便于识别，为了便于识别，V码的极性应与其前一个非码的极性应与其前一个非“0”脉脉冲的极性相同冲的极性相同 -1 0 0 0 V +1 0 0 0 +V -1 +1 00 0 +V -1 +1步骤步骤3：相邻：相邻V码的极性必须交替出现码的极性必须交替出现,若是交替出现若是交替出现,编码结束编码结束.-1 0 0 0 V +1 0 0 0 +V -1 +1 00 0 -V -1 +1否则，将四连否则，将四连“0”的第一个的第一个“0”更改为与该破坏脉冲相同极性的脉更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，
23、并记为冲，并记为+B或或-B，并且让后面的非，并且让后面的非0符号从符号从V符号开始再交替符号开始再交替变化；变化；-1 0 0 0 V +1 0 0 0 +V -1 +1 -B 0 0 V +1 -1HDB3码：码：-1000V +1 000 +V -1 +1 -B 00 V +1 -1码字：码字： -1 0 0 0 1 +1 0 0 0 +1 -1 +1 -1 0 0 1 +1 -1PST码码全称是成对选择三进码。全称是成对选择三进码。其编码过程：先将二进制其编码过程：先将二进制的代码划分乘的代码划分乘2个码元为个码元为一组的码组序列，然后一组的码组序列，然后再将每一码组编码成两再将每一码
24、组编码成两个三进制数字（个三进制数字（+，-,0）,其组合有其组合有9种种,选择选择其中其中4种种二进制代码+模式-模式00011011-+0+0+-+0-0+-代码：代码：01 00 11 10 10 11 00+模式模式 0+ -+ +- -0 +0 +- -+ -模式模式 0- -+ +- +0 -0 +- -+ 为了防止为了防止PST码的直流漂移，当在一个码码的直流漂移，当在一个码组中仅发送单个脉冲（如组中仅发送单个脉冲（如10或者或者01）时，）时，两个模式应该交替变换两个模式应该交替变换数字双相码数字双相码 -1又称又称Manchester码码编码规则之一是：编码规则之一是：“0”
25、码用码用“01”两位码两位码表示，表示，“1”码用码用“10”两位码表示两位码表示代代 码：码： 1 1 0 0 1 0 1双相码：双相码： 10 10 01 01 10 01 10 数字双相码数字双相码 -1 双相码只有极性相反的两个电平，因为双相双相码只有极性相反的两个电平，因为双相码在每个码元周期的中心点都存在电平跳变，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；所以富含位定时信息； 这种码的正、负电平各半，所以无直流分这种码的正、负电平各半，所以无直流分量，编码过程简单；量，编码过程简单； 带宽比原信码大带宽比原信码大1倍。倍。密勒码密勒码n密勒（密勒（Miller）码
26、又称延迟调制码，它是双）码又称延迟调制码，它是双相码的一种变形；相码的一种变形；n编码规则：编码规则：（1）“1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或或“01”表示；表示；（2）“0”码有两种情况：单个码有两种情况：单个“0”时，在码元间隔内不出现时，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，连电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变，连“0”时，在时，在两个两个“0”码的边界处出现电平跃变，即码的边界处出现电平跃变，即“00”与与“11”交替。交替。实例实例CMI码码CMI码是传号反转码的简称码是传号反转码的简称其编码规则为：其
27、编码规则为：1交替用交替用“11”和和“00”表表示，示，“0”码用码用“01”表示表示有较多的电平跃变，含有丰富的定时信息有较多的电平跃变，含有丰富的定时信息1 1 1 0 0 1nBmB码码它将原信息码流的它将原信息码流的n位二进制码作为一组，位二进制码作为一组，变换为变换为m位二进制码作为新的码组位二进制码作为新的码组由于由于mn，可以发现错误，可以发现错误4B/3T码码n将将4位二进制符号变换为位二进制符号变换为3个三进制符号。个三进制符号。精品课件精品课件！精品课件精品课件！已知信息代码为已知信息代码为100000000111,求相应求相应的的AMI码码,HDB3码和双相码码和双相码,密勒码密勒码, CMI码码
