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1、第六章 数字基带传输系统6.1引言数字基带信号是否能直接传送？某些有线信道，且传输距离不太远的情况下，可以直接传送数字基带信号。 基带传输系统的结构特点：不使用载波调制解调装置而直接传送数字基带信号的系统。频带传输系统的结构特点：包含载波调制解调过程的传输系统。为何研究基带传输系统？研究基带传输系统的意义： 1频带系统包含基带系统的问题； 2基带系统本身的发展； 3频带系统可等效为基带系统。6.2基带传输的常用码型数字基带信号及其频谱特性一、数字基带信号l 定义：消息代码（表示字符的数字组合）的电波形。数字基带信号的几种常用电波形如下：1 单极性波形：有、无电压分别表示1，0码。 特点：脉冲间
2、无间隔，极性单一；2 双极性波形：正负电压分别表示1，0码。特点：脉冲间无间隔，p(0)=p(1) 时无直流；3 单极性归零波形：特点：电脉冲宽度小于码元宽度，每个脉冲都回到零电位。4 双极性归零波形特点：电脉冲宽度小于码元宽度，每个脉冲都回到零电位，且p(0)=p(1) 时，无直流。5 差分波形：信息符号0，1反映在相邻码元的相对变化上，而与码原本身电位或极性无关，亦称相对码（上述单双极性码亦可称为绝对码）；编码规则： 0码：相邻码元电平不变； 1码：相邻码元电平变化。6 多值（多电平）波形：多个二进制符号对应一个脉冲的波形称为多值（多电平）波形亦可用其它波形，如：升余弦脉冲，高斯形脉冲，半
3、余弦波形等。对传输用的基带信号的主要要求：1）对代码：期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型，=找传输码型。2）对波形：期望电波形适宜于在信道中传输，=找与信道匹配的传输电波形。传输码型应具有以下特征：l 能获取基带信号的定时信息。l 基带信号无直流成分和只有很小的低频成分。l 不受信息源统计特征影响（即能适应信息源的变化）。l 尽可能提高传输码型的传输效率（即频带利用率高）。l 具有内在的检错能力。常见码型：1AMI码（Alternate Mark Inversion）-传号交替反转码编码规则：消息代码“0”-传输码“0”消息代码“1”-传输码“+1”、“-1”交替变换特点： a) 二进
4、制码变换成三进制符号1B/1T；b) 无直流，只有很小低频成分；c) 编译电路简单，便于检错；d) 连“0”过多时，提取定时困难。2HDB3码（High Density Bipolar3）三阶高密度双极性码 编码规则：先将消息代码 AMI码，再对AMI码中的4个或以上连“0”进行处理。代码：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 AMI码: -1 0 0 0 0+1 0 0 0 0-1+1 0 0 0 0 0 0-1+1 HDB3码:-1 0 0 0-V+1 0 0 0 +V-1+1-B 0 0-V 0 0+1-1编码：I） 每4个连“0”的第4个“0”
5、与其前一个非“0”符号同极性。计为V称为破坏符号。II）当相邻V符号间有奇数个非“0”符号按上述方法处理；当相邻V符号间有偶数个非“0”符号时，则再将该段连“0”中的第一个“0”变换成B ，B符号的极性与前一个非“0”符号相反，此时V与B极性相同。且让V后的非“0”符号依V开始在交替变化。（目的：不受信息源统计特征影响）译码：当检测到破坏符号V时，则V和其前的3个码元必为4个连“0”。然后，再将所有的-1变为+1后，即可得原抽象代码。3CMI(Code Mark Inversion)码：传号反转码编码规则：消息代码 传输代码0码 011码 11和00交替注：已被CCITT推荐为PCM四次群的接
6、口码型 其定时信息丰富。4PST码（Paired Selected Ternary）-成对选择三进码编码规则：I） 先将原二进制消息代码划分为2个一组的码组序列。II） 将每一组码组变换成两个三进制数字（+，-，0）的传输代码的码组（其9种状态可灵活选4种状态）。注：当一个码组中只有一个“1”时（例 01或10），二种模式应交替使用。译码：需要码组的“分组”信息。即需要帧同步。5双相码(Biphase Code) 又称: Manchester码 编码规则： 将二进制码变换为两个具有2个不同相位的二进制新代码,即,消息代码 传输代码0 01 （零相位方波） 1 10 （ 相位方波） 特点：保持二
7、电平，无直流，定时信息丰富，编码简单，但频谱宽。6Miller码 （延迟调制）码 - 双相码的一种变形。编码规则： 消息代码 传输代码1 01或10 中心点跃变单“0”时 保持不变：00或11连“0”时， 相邻码元处“00”“11”交替。特征：1. 双相码的下降沿正好对应于Miller码的跃变沿。故Miller码的编码可用下列电路实现： 2 . 码元最大宽度为，故可检错。3 码速低于双相码。译码： 1. 在内出现“01”或“10”译为“1”2在内出现“00”或“11”译为“0”7nBmB码-分组码编码规则：把原码流的n个二进制码作为一组，变换称m位二进制码作为新码组，其中mn。特征：新码组可能
8、组合有种,故多出种组合，选择灵活，其中选一部分有利码组作为可用码，其余为禁用码组，一般选m=n+1。84B/3T码编码规则：把原码的4个二进制变换为3个三进制码。特征： 4B/3T码速率比1B/1T的低，故频带占有率低，因此可带来频带利用率高的好处。消息代码传输码型电波形6.3基带信号的频谱特性l 基带信号的数学描述：若令： 表示传输码型“0”码的电波形， 表示传输码型“1”码的电波形， 表示码元间隔，则：基带信号的时域表示为： =对于信息传输而言： - 传输码型的代码，为一平稳随机序列； - 传输波形； - 基带信号, 广义周期平稳过程。若： 其中，代码“0”用波形表示， 代码“1”用波形表
9、示， 则： （1）其中： 问题：l 基带信号的频谱特性取为的截短函数，其中： 则， 令：其中： 为稳态波 - 的平均直流分量 为交变波 - 的交流分量 确知信号 未经求均运算的平稳随机过程 其中： 其中： 当 故， * 稳态波功率谱密度 因为：当，即， 又因为：， 所以：是的周期函数。 由周期信号的付氏级数展开可得： 其中： ， 所以：稳态波的功率谱密度为： -离散谱 * 交变波功率谱密度 因为 是一随机量, 为一随机序列. 注意：随机序列一般是不存在付氏（不满足条件）但其截短函数可满足 条件。 =其中：， 因为：为随机变量 i) 时， 因为 所以 ii) 时， 因为 由此可得： - 连续谱故
10、， （双边谱） ，。 （单边谱）因为： 所以：连续谱总是存在的。但若令： =0，可得：， 。则可去除离散谱。小结： 1了解并计算随机脉冲序列频谱及特征。 2可利用离散谱提取同步信息，因为离散谱包含信息。 3由于的波形未加限定，若为数字调制波形，则上述结果亦可作为确定调制波形的功率谱密度。 4基带信号带宽为：到第一个零点的宽度。6.4 基带脉冲传输与码间干扰基带信号通过信道时所受影响表现为:1. 受信道特性影响,产生信号畸变；2. 受加性噪声影响,产生信号的随机畸变。接收机对接收信号处理的一般方法:1. 带通滤波：抑制噪声,让有用信号通过；2. 限幅整形：将接收到的信号修整为近似方波,便于判决；
11、3. 抽样判决。无论限幅整形还是抽样判决,都有进一步排除噪声干扰和提取有用信号的作用。基带系统模型：1 为传输码型的代码。其对应的冲激序列的电信号为： 2 为发送滤波器。作用：形成传输信号的波形。其输出为传输信号：3 信道传输特性。4 接收滤波器特性。其输出为：其中：； 。5判决过程：抽样判决电路对先进行抽样再根据抽样值进行判决，以获得的判决估计值。假定抽样时刻为,为第个抽样时刻，为可能的时偏，则： (1) 第个接收基本波形。即，在时刻上的取值，它是确定信息的依据。(2)为接收信号中除第个基本波形外，其他时刻的传输信号波形在抽样时刻上的取值总和，称为码间干扰值。为随机变量，码间干扰值也是随机变量。(3) 随机的加性噪声在抽样时刻上的取值，即随机干扰。判决规则可以为： 出现误判的原因：无码间干扰的基带传输特性码间干扰主要由整个系统的传输特性引起。令: 则有: 当时，无码间干扰条件: （时刻传输的符号应该是）在抽样时刻的抽样值应满足：即在的抽样值不为零，而其他抽样值均为零。无码间干扰系统传输函数H()的数学推导：奈奎斯特第一准则 令：，则。 # （1） ，由付氏级数可知：若,则有：与（1）式比较可知：无码间干扰条件的频域表达式：奈奎斯特第一准则 物理意义：i) 是经（）位移后，在 区间上的和等于。即，在上的一个理想低通滤波器。ii) 由，可得： 由此可
