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1、第六章 数字基带传输系统 v数字基带信号及其频谱特性 v基带传输常用码型 v基带传输系统模型与码间干扰 v无码间干扰的基带传输特性 v部分响应系统 v无码间干扰基带系统的抗噪声性能 v眼图 1 6.1 引言 信源 信源 编码 信道 编码 脉冲 调制 信宿 信源 译码 信道 译码 检测解调 带通 调制 信道 比特流 数字基 带信号 数字带 通信号 干扰 与噪声 波形 或数据 脉冲 调制 检测 数字通信系统一般模型 2 v数字基带信号产生模型 波形成形 滤波器 线路 编码 窄脉冲 生成器 脉冲调制 线路编码：改变输入数字信号的码型，使其适合于信道传输 ，如将含直流的单极性转为不含直流的双极性码 波
2、形成形：改变输入信号的 波形，使波形平滑，更适合信道 传输 3 11101001 -A A +1+1+1+1+1-1 -1-1 g(t) t Tb 4 基带传输的两个 问题： 传输码型的选择 基带脉冲的选择 0 Tb 2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb t c 1110 A +1+1+1-1 g(t) t Tb 5 6.2 数字基带信号及常用码型 v传输码（线路码）型的设计原则 p能从其相应的基带信号中获取定时信息 p相应的基带信号无直流成分和只有很小的低频成分； p不受信息源统计特性的影响； p功率谱主瓣宽度窄，节省传输带宽； p具有内在的检错能力； p编译码简单，降低通信延时和成本； v基带脉
3、冲的选择所选码型电波形的选择 （为方便起见，下面在介绍常用的码形时脉冲的波形我们都采用方波表 示。当然，脉冲的波形可以是方波，升余弦、三角波等。） 6 单极性不归零 110101 0 A NRZ (单极性） Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb t 有丰富的低频乃至直流分量，不适应交流耦合的远距离传输， 仅适用于计算机内部或近距传输 出现长“0”或长“1”时，电平固定不变，不能提取位定时信 息 每个“1”和“0”相互独立，无错误检测能力 单极性码传输时需要信道一端接地，不能用两根芯线均不接地 的电缆传输 接收单极性码，判决电平A/2，信道衰减，不存在最佳判决电平 易于用TTL、CMOS电路产生
4、7 110101 0 A NRZ (双极性） Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb t -A n无直流（PO=P1） n可在不需要接地的电缆中传输 n判决电平0，最佳判决门限 n出现长“0”或长“1”时，不能提取位定时信息 nCCITT的V系列接口标准或RS-232接口标准 双极性不归零 8 单极性归零 占空比：/Tb 可直接提取位定时信息，是其它信号提取同步信号需 要的一种过渡码型 110101 0 A RZ (单极性） Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb t 9 110101 0 A RZ (双极性） Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb t -A 双极性归零 占空比：/Tb 相邻脉冲间必有零
5、电位区域存在。因此，接收端容易识 别出每个码元的起止时刻，使收发双方保持正确的位同步 。 10 差分码 NRZ(M)：传号差分，1相邻码元电平极性改变； 0相邻码元电平极性不改变 NRZ(M) (单极性） 110101 0 A Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb t NRZ(S) (单极性） 110101 0 A Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb t NRZ(S)：空号差分，1相邻码元电平极性不改变； 0相邻码元电平极性改变 11 多元码 11 10 01 +A -A 4电平波形 +3A -3A 10 00 01 01 多个二进制符号对应一个脉冲码元波形 与二元码传输相比，在波特率相同（带宽
6、相同）的情况下 ，多元码的比特率是二元码的log2M倍。 12 传号交替反转码（AMI） 1交替的用+1，-1的归零码表示 0用0电平表示 AMI 11010010 Tb 2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb 二进制数据 信号 波形 1-10100-10 13 有检测错误的能力：传号交替反转的规则 无直流分量，低频分量较小 将其经过全波整流变为单极性归0码，就可以提取位定时 信息。 当出现长零时，提取位定时信息困难，解决办法是采用 HDB3码。 （北美系列）PCM一、二、三次群接口码型 传号交替反转码（AMI） 14 HDB3码（三阶高密度双极性码） AMI码改进型，保持AMI码的优点克服其缺
7、点 编码规则： 检查消息码中连“0”的个数； 连“0”数目超过3时，定义为B00V， V与前一个相邻的非“0”脉冲的极性相同，且要 求相邻V码极性交替。 当不满足上述条件时，用B调节； V码后面的传号码极性需交替； 15 有检错能力 无直流分量 解决了连“0”时位定时信息提取困难 B码和V码各自保持极性交替变化，以确保无直流分量 （欧洲系列）A律PCM一、二、三次群接口码型 HDB3码 16 PST码（成对选择三进码） v编码方法：将二进制的代码划分成2个码元为一组的 码组序列，然后再把每一码组编程两个三进制数字 。 + -+ -11 -0+010 0-0+01 -+-+00 -模式+模式原代
8、码 原代码 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 + - + + - - 0 + 0 + - - + 0 - - + + - + 0 - 0 + - - + 足够的定时分量； 无直流成分； 需提供分组信息， 建立帧同步； 17 双相码（曼彻斯特码） 1正负脉冲表示（10） 0负正脉冲表示（01） 0正负脉冲表示（10） 1负正脉冲表示（01） 或 1 1 101 0 Tb 2Tb3Tb 4Tb 5Tb6Tb 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0曼彻斯特码 二进制数据 信号波形 18 仅有两个电平； 无直流，正负电平各占一半； 有位定时信息，每个码元中心均存在电平
9、跳变； 00 11是禁用码组，这样就不会出现3个或更多的连 码，因此，可实现宏观检错。这个优点是用频带加倍 来换取的； 需要的带宽要宽些； 常用于本地局域网中； 19 差分双相码 1相邻周期的方波反向 0相邻周期的方波同相 1110 10 条件 双相码 (CDP) Tb 2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb nToken Ring LANs 802.3 1011 00 原始数据 差分码 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 20 密勒码（延迟调制） 1码元周期中点出现电平跳变表示，即用10或01 0单个0：在码元周期中点不出现跳变，且与相邻码元的边界也不跳变 连0：在前一个0结束时刻出现跳
10、变，即00与11交替 电平无跳变的最大间隔为2个码元周期（101），这个特点可以用 于检错。 密勒码 (Miler) 11010011 Tb 2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb 2Tb 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 二进制数据 信号 波形 21 传号反转码CMI 1交替地用11和00两位码表示， 0固定地用01表示 传号反转码 (CMI) 1101001 Tb 2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb 7Tb 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 二进制数据 信号波形 n无直流分量，位定时信息丰富 n具有检错能力：因为1交替用00、11表示，0固定用
11、01表示，因此，波 形中不会出现“10”，不会出现三个以上的连码，因此可作为宏观检 错。 nCCITT建议PCM四次群的接口码型，光纤中有时用作线路传输码型。 22 6.2B 基带信号的频谱特性 基带信号的一般表示 若令g1(t)对应于二进制符号“0”，令g2(t)对应于二 进制符号“1”，码元间隔为Ts，则基带信号为 23 功率型信号 S(t)的截断函数 24 25 26 27 1 求稳态波的功率谱密度 28 29 离散谱 30 2 求交变波的功率谱密度 31 32 33 34 连续谱 35 3 求随机基带序列s(t)的功率谱密度 双边功率谱密度 36 单边功率谱密度 37 例1 v求单极性
12、不归零码的功率谱密度，即 38 39 40 例2 求双极性不归零码的功率谱密度，即 41 42 43 6.4 基带脉冲传输与码间干扰 v数字通信系统的质量指标 p传输速率 p误码率 p当信道条件一定，速率越高，误码率越大 v误码产生的原因 p噪声 p码间串扰 44 基带成形网络h(t) H() 发送 滤波器 信道 接收 滤波器 抽样 判决器 干扰 线路 编码 脉冲 生成器 线路 解码 数字信息 数字信息 x(t) r(t) ab 45 1码 Ts 1码 Ts Ts/2TsTs/2 t1 t1+Ts a b c d 码型 变换 波形 变换 抽样 判决 46 如果波形失 真比较严重 ，可能出现 前
13、面几个码 元同时串到 后面，对后 面某个码元 的抽样判决 产生不利影 响。这就是 码间串扰。 就是码间串 扰严重时， 会出现误码 。 Ts 1 1 10 a3 a2 a1 a4 a1+a2+a3+a40判1 a1+a2+a3+a40判0 47 发送 滤波器 信道 接收 滤波器 H(W) 数字基带传输系统模型 akh(t-kTs)表示第k个码元波形，ak是第k个码元的相 对幅度，它是随机的，它的数值既和所传递的码元有关 ，又和基带信号的码型有关。 48 考查第k个码元，设第k个码元的抽样时刻为KTS+t0 ， t0是可能的时偏 第k个码元的 抽样值，h(t0) 通常是h(t)的 最大值 由无穷多
14、项组成 ，代表第k个码元 以外的所有码元 的抽样值的总和 ，即码间串扰 第k个码元 的抽样时噪 声的瞬时值 ，是一个随 机变量 49 由码间干扰的定义可知，码间干扰的大小取决于 1）an ：随信息内容随机变化， 2）基带传输系统输出波形h（t）在抽样时刻上的 取值：h（t）依赖于发送滤波器、信道、接收滤波器 的传递函数。 由此可见，为了减小码间干扰，研究基带传输特 性H（W）对码间干扰的影响是十分必要的。 50 消除码间干扰的方法 通过各项互相抵消使码间串扰为0。但因为an为随机序列， 因此，要使上式恒为0，是不可行的。 让前面码元的波形在后面码元的取样时刻之前衰减到0，即 满足 实际这种波形
15、不易实现（很长的“拖尾”。） h(t) t0 TS+t0 51 使前面码元的波形在后面码元的取样时刻为0 ，即 t0t0 +Ts t0 +2Ts h(t) 52 6.5 无码间干扰的基带传输特性 什么样的H(w)能够形成最小码间干扰？ 53 54 由傅立叶级数可知，若F(w)是周期为ws的频率函数，则 奈奎斯特第 一准则 55 第一准则的物理解释 H() 0 若传输速率为1/Ts,则先将H(W)移位2i/Ts再相加，再检查在区间（ - /Ts， /Ts）上能否叠加出一根水平直线判断有无码间 干扰。 56 判断下列系统是否有码间干扰? 0 P() 0 P() rs=1/Ts? rs=2/Ts? rs=2/Ts? 0 P() rs=1/Ts? rs=1/(2Ts)? 0 P() rs=1/Ts? 57 信号带宽最小的波形 理想传输特性 0 H() t 0 h(t) Ts 58 0 H() 无码间串扰 59 0 H() 有码间串扰 60 0 H() 无码间串扰 0 61 0 H() 无码间串扰 0 62 0 H() t 0 h(t) 最小带宽波形：当2B/rs=整数时，无码间干扰；反之，有。 63 64 65 66 67 68 t v输入序列若以 波特(Baud)的速率进行传输，所需的 最小传输带宽为 Hz，对应的频带利用率为 。 其中 称为奈
