1、1第四章第四章 数字基带传输系统数字基带传输系统4.1 4.1 数字基带信号数字基带信号4.2 4.2 基带脉冲传输过程与码间串扰基带脉冲传输过程与码间串扰4.3 4.3 无无码间串扰的基带传输系统码间串扰的基带传输系统4.4 4.4 部分响应部分响应技术技术4.54.5无无码间串扰码间串扰噪声对传输性能的影响噪声对传输性能的影响4.6 4.6 眼图眼图4.7 4.7 均衡技术均衡技术2 数字基带传输概述数字基带传输概述 来自数据终端的原始数据信号，如计算机输出的二进制序列，或者是来自模拟信号经数字化处理后的PCM码组，M序列等等都是数字信号。这些信号往往包含丰富的低频分量，这些信号往往包含丰
2、富的低频分量，甚至直流分量，因而称之为数字基带信号。甚至直流分量，因而称之为数字基带信号。在某些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，数字基带信号可以直接传输，我们称之为数字基带传输。而大多数信道，如各种无线信道和光信道，则是带通型的，数字基带信号必须经过载波调制，把频谱搬移到高载处才能在信道中传输，我们把这种传输称为数字频带（调制或载波）传输。3没有经过调制的原始数字信号称为没有经过调制的原始数字信号称为数字基带信数字基带信号号。数字通信按是否采用调制分为数字通信按是否采用调制分为数字基带传输系数字基带传输系统统和和数字频带传输系统数字频带传输系统。数字信号的电脉冲不对载波
3、进行调制，直接送数字信号的电脉冲不对载波进行调制，直接送往信道进行传输的方法，叫往信道进行传输的方法，叫基带传输基带传输.数字基带信号经过载波调制，把频谱搬移到高数字基带信号经过载波调制，把频谱搬移到高载处才能在信道中传输，我们把这种传输称为载处才能在信道中传输，我们把这种传输称为数字频带（调制或载波）传输。数字频带（调制或载波）传输。4.1 4.1 数字基带信号数字基带信号概念：概念：4研究数字基带系统的重要意义 目前，虽然在实际应用场合，数字基带传输目前，虽然在实际应用场合，数字基带传输不如频带传输那样广泛，但对于基带传输系统的不如频带传输那样广泛，但对于基带传输系统的研究仍是十分有意义的
4、。研究仍是十分有意义的。一是因为在利用对称电缆构成的近程数据通一是因为在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广泛采用了这种传输方式；信系统广泛采用了这种传输方式；二是因为数字基带传输中包含频带传输的许二是因为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多基本问题，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；题也是频带传输系统必须考虑的问题；三是因为任何一个采用线性调制的频带传输三是因为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。系统可等效为基带传输系统来研究。5数字基带传输系统基本结构数字基带传输系统基本结构 信道信号形成器信道信
5、号形成器 输入是由终端设备或编码器产生的脉冲序列，它往往不适合直接送到信道中传输。信道信号形成器的作用就是把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。信道信道 它是允许基带信号通过的媒质，信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。在通信系统的分析中，常常把噪声n(t)等效，集中在信道中引入。6 接收滤波器接收滤波器 它的主要作用是滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。抽样判决器抽样判决器 它是在传输特性不理想及噪声背景
6、下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）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。而用来抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信号中提取，位定时的准确与否将直接影响判决效果。7基带系统的各点波形示意图基带系统的各点波形示意图(a)是输入的基带信号，（单极性非归零信号）(b)是进行码型变换后的波形；(c)对(a)而言进行了码型及波形的变换，是一种适合在信道中传输的波形；(d)是信道输出信号，显然由于信道频率特性不理想，波形发生失真并叠加了噪声；(e)为接收滤波器输出波形,与(d)相比，失真和噪声减弱；(f)是位定时同步脉冲;(g)为恢复的信息，其中第4个码元发生误码，误码的原因之一是
7、信道加性噪声，之二是传输总特性不理想引起的波形延迟、展宽、拖尾等畸变，使码元之间相互串扰。8 数字基带信号是指消息代码的电波形，它是用不同数字基带信号是指消息代码的电波形，它是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。数字基带信号的电平或脉冲来表示相应的消息代码。数字基带信号(以下简称为基带信号以下简称为基带信号)的类型有很多，常见的有矩形脉的类型有很多，常见的有矩形脉冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。最常用的是矩冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。最常用的是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换，下面就以矩形形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换，下面就以矩形脉脉冲为例介绍几种最常见的基带信号波形
8、。冲为例介绍几种最常见的基带信号波形。9单极性不归零码单极性不归零码（NRZ）的特点是：的特点是：脉冲宽度脉冲宽度等于码元宽度等于码元宽度Ts。电传机等数字终端机都电传机等数字终端机都是发送或者接收这种波形。是发送或者接收这种波形。此码型不宜传输，原因有此码型不宜传输，原因有1）有直流，一般信道难于）有直流，一般信道难于传输零频附近的频率分量。传输零频附近的频率分量。2）收端判决门限与信号功）收端判决门限与信号功率有关，不方便。率有关，不方便。3）不能直接用来提取位同步信号，）不能直接用来提取位同步信号，因因NRZ中不含有位同步信号频率成分。中不含有位同步信号频率成分。4）要求传输线）要求传输
9、线有一根接地。有一根接地。1、单极性不归零码单极性不归零码（NRZ：Non Return Zero）代码 1 0 Ts1100110 E(a)0102、双极性非归零码（、双极性非归零码（BNRZ）双极性非归零码（双极性非归零码（BNRZ）的特点是：脉冲宽度等于的特点是：脉冲宽度等于码元宽度，即码元宽度，即=Ts,有正负电平。不能直接提取位同有正负电平。不能直接提取位同步信号；步信号；E10-ETs0 E E11011(b)113、单极性归零码（、单极性归零码（RZ）单极性归零码（单极性归零码（RZ）的特点是：的特点是：Ts；即脉冲信号即脉冲信号没有在一个码元中止时刻就回到零值。没有在一个码元中
10、止时刻就回到零值。单极性归零码（单极性归零码（RZ）可用来提取位同步信号，但有可用来提取位同步信号，但有NRZ码的其他缺点存在。码的其他缺点存在。0Ts10 E0101011(c)124、双极性归零码（、双极性归零码（BRZ）双极性归零码（双极性归零码（BRZ）的特点是：的特点是：Ts，NRZ码的码的缺点都不存在，整流后可提取位同步信号。缺点都不存在，整流后可提取位同步信号。10E-E E E1010011(d)13 反映相邻代码的码元变化。若以相邻码元变反映相邻代码的码元变化。若以相邻码元变化表示传号化表示传号1，不变表示空号，不变表示空号0，称为传号差分，称为传号差分码。反之称为空号差分码
11、。码。反之称为空号差分码。0传号差分码11015、差分码（相对码）、差分码（相对码）空号差分码0101 E E1100011(e)图中，以电平跳变表示1，以电平不变表示0，当然上述规定也可以反过来。由于差分波形是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码，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性波形为绝对码波形绝对码波形。用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响，特别是在相位调制系统中用于解决载波相位模糊问题。146、多进制码、多进制码 上述各种信号都是一个二进制符号对应一个脉冲。实际上还存在多于一个二进制符号对应一个脉冲的情形。这种波形统称为多电平波形或多值波形。例如，若令
12、两个二进制符号00对应+3E，01对应+E，10对应-E，11对应+3E，则所得波形为4电平波形，如图 5-3(f)所示。由于这种波形的一个脉冲可以代表多个二进制符号，故在高数据速率传输系统中，采用这种信号形式是适宜的。EE3E3E010 01 11 00 11 10 00 1(f)15 4.2 数字基带信号的频谱特性 若令若令 代表二进制符号的代表二进制符号的“1”“1”的波形的波形，代表二进制符号的代表二进制符号的“0”“0”的波形，码元间隔为的波形，码元间隔为 ，则数字基带信号可表示为：则数字基带信号可表示为：其中：其中：为为 第第n n个信息符号所对应的电平值个信息符号所对应的电平值(
13、0(0、1 1或或-1,+1-1,+1等等)；设数字基带信号的随机脉冲序列可表示为：设数字基带信号的随机脉冲序列可表示为：()()nsnsta g tnT 1gt 2gtsT()sg t nT1(),1sg tnT码2(),0sg tnT码na16 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。下面以随机过程功率谱的原始定义为出发点，求出数
14、字随机序列的功率谱公式。()()ns tst()ns t 1(),sg tnTp以概率 出现设二进制随机脉冲序列设二进制随机脉冲序列s(t)为：为：2,sgtnTp以概率 1-出现17第n个码元的平均值为：12()()(1)()nssVtpgtnTp gtnTs(t)的平均值稳态项：12()()()(1)()nssV tV tpg tnTp gtnT 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s(t)分解成稳态波v(t)和交变波u(t)。所谓稳态波，即是随机序列s(t)的统计平均分量，它取决于每个码元内出现g1(t)、g2(t)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
15、成 下面的公式：其波形如图(a)所示，显然v(t)是一个以Ts为周期的周期函数。18交变项：()()()()()()nnnUts tV ts tV tUt12()()()nnUtAg tnTsgtnTsnA,1pp以 概 率 出 现1,pp以 概 率 出 现显然，U(t)是随机脉冲序列，图（c）画出了U(t)的一个实现。由：12()()(1)()nssVtpgtnTp gtnT可得：()ns t 1(),sg tnTp以概率 出现2,sgtnTp以概率 1-出现19-Ts/2g1(t)tg2(t)Ts/2-Ts/2Ts/2V(t)tt若ts(t)0 1 1 0 1 0 0U(t)t则设二进制的
16、随机脉冲序列如下图，其中，假设g1(t)表示“0”码，g2(t)表示“1”码。g1(t)和g2(t)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g1(t)画成宽度为Ts的方波，把g2(t)画成宽度为Ts的三角波。现在假设序列中任一码元时间Ts内g1(t)和g2(t)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s(t)可用下式表征，即s(t)=n sn(t)20下面我们分别求出稳态波v(t)和交变波u(t)的功率谱，然后根据它们的关系，将两者的功率谱合并起来就可得到随机基带脉冲序列s(t)的频谱特性。具体求解过程如下：具体求解过程如下：21二进制随机信号的功率谱密度
17、二进制随机信号的功率谱密度 svuppp()()sjmtmV tV tc e为周期信号，故可表示为2ssT其中2()()vmspcn 221()sssTjmtTmscv t edtT21221()(1)()sssTjmtTsssepg tnTp g tnTdtT,st nTttt令 再 换 为 22()12()(1)()sssTsnTTsnTsjmt nTmscfpg tp gtedt其中其中1212()(1)()()(1)()sjmtssssfpgtp gtedtfpGmp Gm221122212212()()()()()()(1)()()()(1)()()ssjm tsjm tsvssss
18、vssssG mg t edtG mg t edtpfpG mp G mmp ffpG mfp G mffmf 式中即23用截短信号分析用截短信号分析pu()221212()()()(21)()()()()()limlimsTTuTNsNjtTnssNNjTnNEUEUpTNTUAgtnTgtnTedtA eGG式中1122()(),()()j tj tGg t edtGg t edtU(t)是功率型的随机脉冲序列，是功率型的随机脉冲序列，它它的功率谱密度可采用截短函数和的功率谱密度可采用截短函数和求统计平均的方法来求，参照功率谱密度的原始定义式，有求统计平均的方法来求，参照功率谱密度的原始定
19、义式，有其中其中UT()是是U(t)的截短函数的截短函数UT(t)的频谱函数；的频谱函数；E表示统计平均；截取时间表示统计平均；截取时间T是（是（2N+1）个码元的长度，即个码元的长度，即 T=(2N+1)Ts，式中，式中，N为一个足够大的数值，为一个足够大的数值，且当且当T时，意味着时，意味着N。24 2()*1212()()()()()()(),(,sNNjn m TTTTmnmN nNmnUUUA A eGGGGA A 仅为随机变量）2()*1212()()()()()sNNjn m TTmnmN nNE UE A A eGGGG（）当m=n时，2mnnA AA22(1),1pppp以概
20、率 以概率 222(1)(1)(1)nE Appp ppp当m n时，mnA A 2222(1),(1)(1),2(1)pppppppp以概率 以概率 以概率 22222(1)(1)2(1)(1)0mnE A Appp ppp p其统计平均为其统计平均为：25由以上计算可知E|UT(f)|2的统计平均值仅在m=n时存在，即：E|UT(f)|2=(2N+1)P(1-P)|G1(f)-G2(f)|22212)()(fGfGaENNnn26*()1212*1212212212(1)()()()()()(21)(1)()()()()(21)(1)()()()(1)()()limlimsNj n m T
21、nNuNsNnNNssuspp eGGGGpNTpp GGGGNTf pp GGpff pp G fGf即：可求得交变波的功率谱可求得交变波的功率谱:可见，交变波的的功率谱Pu()是连续谱，它与g1(t)和g2(t)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。27212221()(1)()()()(1)()()ssssssmpff pp GfGffpG mfp G mffmf双边谱222121222121()2(1)()()(0)(1)(0)()2()(1)()()sssssssmpff pp GfGffpGp GtfpG mfp G mffmf单边谱将两式相加，可得到随机序列
22、s(t)的功率谱密度为：Ps(f)=Pv(f)+Pu(f)上式是双边的功率谱密度表示式。如果写成单边的，则有 0f28 可知，可知，随机脉冲序列的功率谱密度可能包含连续谱随机脉冲序列的功率谱密度可能包含连续谱Pu(f)和离散谱和离散谱Pv(f)。对于连续谱而言，由于代表数字信息的对于连续谱而言，由于代表数字信息的g1(t)及及g2(t)不能完全相同，故不能完全相同，故G1(f)G2(f)，因而因而Pu()总是存在的；总是存在的；而离散谱是否存在，取决而离散谱是否存在，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P。在数值上等于码速率。在数值上等于码速率。各项的物理意义：
23、各项的物理意义：为交变项中的各种为交变项中的各种连续谱一定存在连续谱一定存在；根据连续谱可以确定随机序列的带宽；根据连续谱可以确定随机序列的带宽；是由稳态项中的直流是由稳态项中的直流分量，是零频离散谱，不一定存在分量，是零频离散谱，不一定存在；1,ssfT2122(1)()()sf pp GfGf2212(0)(1)(0)()sfpGp Gt29 是稳态项中的频率，为是稳态项中的频率，为mfs的离散谱的离散谱；根据离散谱；根据离散谱可以确定随机序列中是否包含直流分量（可以确定随机序列中是否包含直流分量（m=0）和和定时分量（定时分量（m=1）(用于提取同步信号用于提取同步信号)；离散谱不存在的
24、条件：离散谱不存在的条件：离散谱存在的条件：离散谱存在的条件：且且G1(mfs)和G2(mfs)至少一至少一个不为零个不为零；221212()(1)()()ssssmfpG mfp Gmffmf12()(1)()0pg tp gt12()(1)()0pg tp g t30Ps(f)=fsP(1-P)|G(f)|2+)()()1(2smssmffmfGpf等概（P=1/2）时，上式简化为 Ps(f)=fs|G(f)|2+)()(4122smssmffmfGf41例例41：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），），则随机脉冲序列的双边功率谱密度为则随机脉冲序
25、列的双边功率谱密度为（1）若表示“1”码的波形g2(t)=g(t)为不归零矩形脉冲，即 G(f)=TS)(sinSaSSSfTSTfTT31 (a)f=mfs,G(mfs)的取值情况：m=0 时，G(mfs)=Ts Sa(0)0,因此离散谱中有直流分量；(b)m为不等于零的整数时，G(mfs)=Ts Sa(n)=0，离散谱均为零，因而无定时信号。这时，有：sin11()()44SSSSfTPfTffT 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G(f)决定，该频谱的第一个零点在f=fs，因此单极性不归零信号的带宽为Bs=fs，如图所示：P(f)归零码不归零码fO1Ts132例例42：
26、若表示“1”码的波形g2(t)=g(t)为半占空归零矩形脉冲，即脉冲宽度=Ts/2时，其频谱函数为()()22sSTf TG fSa f=mfs,G(mfs)的取值情况：m=0时，G(mfs)=TsSa(0)0因此离散谱中有直流分量；m为奇数时，G(mfs)=0，此时 有离散谱，其中m=1时，G(mfs)=，因而有定时信号；m为偶数时，G(mfs)=0，此时无离散谱。)0(SaTS0)2(2mSaTS)2(2mSaTS这时，有：)()2(161)2(1622smSSmffmSafTSaTPs(f)=不难看出，单极性半占空归零信号的带宽为Bs=2fs。33 Ps(f)=4fsP(1-P)|G(f
27、)|2+)()()12(2smssmffmfGpf等概（P=1/2）时，上式变为:Ps(f)=fs|G(f)|2若g(t)为高为1，脉宽等于码元周期的矩形脉冲，那么上式可写成:Ps(f)=Ts Sa2(fTs)例例43：对于双极性波形：若设g1(t)=-g2(t)=g(t)，则34从以上两例可以看出：（a）随机序列的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数G1(f)或G2(f)，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Bs=1/。由图 5-5可知，不归零脉冲的=Ts，则Bs=fs；半占空归零脉冲的=Ts/
28、2，则Bs=1/=2fs。其中fs=1/Ts，位定时信号的频率，在数值上与码速率RB相等。（b）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。35 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
29、将是十分重要的。应当指出的是，在以上的分析方法中，没有限定g1(t)和g2(t)的波形，因此由随机序列s（t）的功率谱密度不仅适用于计算数字基带信号的功率谱，也可以用来计算数字调制信号的功率谱。36 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：（1）对
30、代码的要求，原始消息代码必须编成适合于传输用的码型，属于传输码型的选择；（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，属于对基带脉冲的选择。三三.基带传输的常用码型基带传输的常用码型 37 本节讨论码型的选择问题本节讨论码型的选择问题：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)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
31、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。下面介绍目前常见的几种。38AMI码（传号交替反转码）：（传号交替反转码）：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”“1”（传号）交替地变换为（传号）交替地变换为传输码的传输码的“+1”“+1”和和“-1”“-1”，而，而“0”“0”（空号）保持不变。（空号）保持不变。优点：由于优点：由于+1+1与与-1-1交替，交替，AMIAMI码的功率谱中不含直流成分，高、码的功率谱中不含直流成分，高、低频分量少，能量集中在频率为低频分量少，能量集中在频率为1/21/2码速处。码速处。不足：当原信码出现连不足：当原信码出现连
32、“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，造成提取定时信号的困难。造成提取定时信号的困难。=0.5Ts，即占空比为即占空比为0.5。1 0 0 1 1消息代码 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 AMI码：+1 0 0 1 +1 0 0 0 0 0 0 0-1+1 0 0 -1+11.AMI(Alternate Mark Inversion)码392.HDB3码（码（High Density Dipolar 3）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”
33、个数不超过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(即不能保证相邻V码的极性必须交替出现时)，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；HDB3码（三阶高密度双极性码）码（三阶高密度双极性码）40（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 00
34、0 0 l 1 AMI码：-1000 0 +1000 0 -1 +1 000 0 -1 +1 HDB3码：-1000 -V+100 +V -1 +1 -B00 -V+1 -1 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
35、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。411.00.500.51.0AMIHDB3非归零码归一化功率谱f/fsAMI 码和HDB3码的功率谱 AMI，HDB3码的频谱码的频谱低频成分弱，功率集中在谱零点以内。低频成分弱，功率集中在谱零点以内。42例例44 对下面的二进制码进行对下面的二进制码进行AMI，HDB3编码，并分别编码，并分别 画出波形。画出波形。43PST码（成对选择三进码）码（成对选择三进码）PST码编码规则如下：码编码规则如下：先将二进制代码两两分组，然后再把每一码组编码成两先将二进制代
36、码两两分组，然后再把每一码组编码成两个三进制数字（个三进制数字（+、-、0）。因为两位三进制数字共有）。因为两位三进制数字共有339种状态，故可灵活地选择其中的四种状态。如下表所种状态，故可灵活地选择其中的四种状态。如下表所示；为防止直流漂移，当在一个码组中仅发送单个脉冲示；为防止直流漂移，当在一个码组中仅发送单个脉冲（01或或10）时，两个模式应交替变换。）时，两个模式应交替变换。3.PST码（码（Paired Selected Ternary）二进制代码二进制代码+模式模式-模式模式 00-+-+010+0-10+0-0 11+-+-44PST码的编码过程较简单，能够提供足够的定码的编码过
37、程较简单，能够提供足够的定时分量，且没有直流分量；但在识别时需提供时分量，且没有直流分量；但在识别时需提供分组信息，即需建立帧同步。分组信息，即需建立帧同步。代码：代码：0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 PST码：码：0+-+-0 +0 +-+或或 0-+-+0 -0 +-+例如：例如：454.Manchester码（绝对双相码）码（绝对双相码）编码规则之一：编码规则之一：“0”码用码用“01”两位码表示，两位码表示，“1”码用码用“10”两位码表示。两位码表示。Manchester码只使用两个电平，编码过程简码只使用两个电平，编码过程简单，能够提供足够的定时分量，且没有
38、直流单，能够提供足够的定时分量，且没有直流漂移；但它的带宽要宽些。漂移；但它的带宽要宽些。例如：例如：代码：代码：1 1 0 0 1 0 1 双相码：双相码：10 10 01 01 10 01 10 46 编码规则：编码规则：“1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用即用“10”或或“01”表示。表示。“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电平跃变，且与相邻码元的边界处也时，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，连不跃变，连“0”时，在两个时，在两个“0”码的边界处出现电平跃变，码的边界处出现电平跃变，即即
39、“00”与与“11”交替。交替。为了便于理解，图为了便于理解，图(a)和和(b)示出了代码序列为示出了代码序列为11010010时，时，双相码和密勒码的波形。双相码和密勒码的波形。5.Miller码（延迟调制码、密勒码码（延迟调制码、密勒码）OAAOAAt/T0t/T011010010(a)(b)47 比较比较Manchester码与码与Miller码可以发现，码可以发现，Manchester码的下降沿正好对应于码的下降沿正好对应于Miller码的跃码的跃变沿，因此可以用变沿，因此可以用Manchester码的下降沿去触发码的下降沿去触发双稳电路来得到双稳电路来得到Miller码。码。Mill
40、er码主要用于气象卫星和磁记录，以及低码主要用于气象卫星和磁记录，以及低速基带数传机中。速基带数传机中。48 CMI码编码规则如下：码编码规则如下：“1”交替用交替用“11”和和“00”表示；表示；“0”用用“01”表示。表示。CMI码含有丰富的定时信息，主要用于码含有丰富的定时信息，主要用于PCM四次群的四次群的接口码型以及光缆传输系统中的线路传输码型。接口码型以及光缆传输系统中的线路传输码型。6.CMI码（传号反转码）码（传号反转码）49 把原信息码流的把原信息码流的n位二进制码作为一组，编成位二进制码作为一组，编成m位二进位二进制码的新码组。制码的新码组。由于由于mn，新码组可能有新码组
41、可能有2m种组合，故种组合，故多出多出(2m-2n)种组合。从中选择一部分有利码组作为可用种组合。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，通常选择输系统中，通常选择mn+1，有有1B2B码、码、2B3B、3B4B码以及码以及5B6B码等，其中，码等，其中，5B6B码型已实用化，用作三次码型已实用化，用作三次群和四次群以上的线路传输码型。群和四次群以上的线路传输码型。6、nBmB码码504.2 基带脉冲传输过程与码间干扰基带脉冲传输过程与码间干扰基带脉冲传输的基本特点：基带脉冲传输的基本特点：基带
42、波形变换成适应信道传输的码型后，被送入信基带波形变换成适应信道传输的码型后，被送入信道，信号通过信道传输一方面受到信道特性的影响；道，信号通过信道传输一方面受到信道特性的影响；另一方面受到信道中噪声的影响，信号产生畸变，严另一方面受到信道中噪声的影响，信号产生畸变，严重时产生误码。需要接收端加滤波器和识别电路。重时产生误码。需要接收端加滤波器和识别电路。下面介绍了基带传输系统的工作原理，了解码间串下面介绍了基带传输系统的工作原理，了解码间串扰和噪声是引起误码的因扰和噪声是引起误码的因素和解决误码问题。素和解决误码问题。51 基带脉冲传输过程一、数学模型一、数学模型 an为发送滤波器的输入符号序
43、列，在二进制的情况下为发送滤波器的输入符号序列，在二进制的情况下,an取值为取值为0、1或或-1、+1。为了分析方便，假设。为了分析方便，假设an对应的基带信号对应的基带信号d(t)是间隔为是间隔为Ts，强度由强度由an决定的单位冲击序列，决定的单位冲击序列，即即设发送基带信号为：设发送基带信号为：gT(t)是单个作用下形成的发送基本波形，即发送滤波器的冲激响应。()()*()()TnTsns td tgta gtnT发滤波器信道收滤波器抽样判决anGT()C()GR()y(t)n(t)cp(t)ans(t)nsnd tatnT 12j tTTgtGed基本波形为基本波形为gT(t)GT()若
44、发送滤波器的传输特性为GT()，则gT(t)由下式确定 则发送滤波器产生信号为：则发送滤波器产生信号为：52 信号通过信道会产生波形畸变，同时还要叠加噪声，接收信号通过信道会产生波形畸变，同时还要叠加噪声，接收滤波器输出的信号为：滤波器输出的信号为：在在 时刻，抽样判决器输入抽样值为：时刻，抽样判决器输入抽样值为：()()*()()()()RRnRsRny td tgtnta gtnTnt发送滤波器至接收滤波器的总的传输特性为：发送滤波器至接收滤波器的总的传输特性为：TRHGCG0skTt00000000()()()()()()()()snRssRsnnRsRsnkRnRsRsn ky kTt
45、a gkTtnTnkTta gkn TtnkTta gta gkn TtnkTt设接收滤波器设接收滤波器的单位冲激响的单位冲激响应为：应为：gR(t)=1()2j tHed53 抽样判决器对抽样判决器对y(t)y(t)进行抽样判决，以确定所传输的数字信进行抽样判决，以确定所传输的数字信息序列。若对第息序列。若对第k k个码元个码元a ak k进行判决，应在进行判决，应在t=kTt=kTs s+t+t0 0时刻上时刻上（t t0 0是信道和接收滤波器所造成的延迟）对是信道和接收滤波器所造成的延迟）对y(t)y(t)抽样，得：抽样，得：0000()()()()skRnRsRsn ky kTta g
46、ta gkn TtnkTt 在上式中，第一项是第在上式中，第一项是第k k个码元波形的抽样值，它是确定个码元波形的抽样值，它是确定a ak k的依据。的依据。第二项是除第第二项是除第k k个码元以外的其他码元波形在第个码元以外的其他码元波形在第k k个抽样个抽样时刻上的总和，它对当前码元时刻上的总和，它对当前码元a ak k的判决起着干扰的作用，称的判决起着干扰的作用，称为为码间串扰值码间串扰值。第三项是输出噪声在抽样瞬间的值，它是一种随机干扰，第三项是输出噪声在抽样瞬间的值，它是一种随机干扰，也影响第也影响第k k个码元的正确判决。个码元的正确判决。54 由于码间串扰和随机噪声的存在，当由于
47、码间串扰和随机噪声的存在，当y(kTy(kTs s+t+t0 0)加加到判决电路时，到判决电路时，对对a ak k取值的判决可能判对也可能判错。取值的判决可能判对也可能判错。例如，在二进制数字通信时，例如，在二进制数字通信时，a ak k的可能取值为的可能取值为“0”“0”或或“1”“1”，判决电路的判决门限为，判决电路的判决门限为V V0 0，且判决规则为当且判决规则为当y(kTy(kTs s+t+t0 0)V V0 0时，判时，判a ak k为为“1”“1”当当y(kTy(kTs s+t+t0 0)V V0 0时，判时，判a ak k为为“0”“0”显然，只有当码间串扰值和噪声足够小时，显
48、然，只有当码间串扰值和噪声足够小时，才能基本保证上述判决的正确，否则，有可能发生错才能基本保证上述判决的正确，否则，有可能发生错判判,造成误码。因此，为了使误码率尽可能的小，必造成误码。因此，为了使误码率尽可能的小，必须最大限度的减小码间串扰和随机噪声的影响。这也须最大限度的减小码间串扰和随机噪声的影响。这也正是研究基带脉冲传输的基本出发点。正是研究基带脉冲传输的基本出发点。55二、码间串扰与噪声二、码间串扰与噪声 an1 0 0 1 1d(t)0s(t)r(t)CPa/n1 0 0 0 10判决门限从图中可看出传输过程从图中可看出传输过程中的第四个码元发生了中的第四个码元发生了误码，其原因是
49、由信道误码，其原因是由信道噪声和信道频率特性不噪声和信道频率特性不理想引起的波形畸变，理想引起的波形畸变，使码元间产生相互干扰。使码元间产生相互干扰。为使基带脉冲传输获得为使基带脉冲传输获得足够小的误码率，足够小的误码率，必须必须最大限度的减小码间干最大限度的减小码间干扰项扰项 和随机噪声项和随机噪声项 的影响。的影响。0()nsn ka h kn Tt0()RsnkTt56假设无噪声，仅从抗码间干扰的角度来研究基带传输假设无噪声，仅从抗码间干扰的角度来研究基带传输特性。特性。输入基带信号：输入基带信号：设系统设系统H()H()的冲击响应为的冲击响应为h(t)h(t)，则系统的输出基带则系统的
50、输出基带信号为：信号为：nsnd tatnT()()nsnr ta h tnT 12j th tHed57若想消除码间串扰，应有若想消除码间串扰，应有 由于由于an是随机的，要想通过各项相互抵消使码间串扰为是随机的，要想通过各项相互抵消使码间串扰为0是不行的，是不行的，这就需要对这就需要对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时已经衰减到一个码元抽样判决时刻时已经衰减到0，如图如图(a)所示的波形，就能满足要所示的波形，就能满足要求。但这样的波形不易实现，因为实际中的求。但这样的波形不易实现，因为实际
