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1、第4章 数字基带传输系统 数字基带信号波形（码型） 数字基带信号的功率谱 基带传输系统结构与码间干扰 无码间串扰的基带传输系统设计 无码间串扰基带系统的抗噪声性能分析 眼图的概念 时域均衡原理* 部分响应系统* 引 言 一、什么是数字基带信号？ （1）基带信号：消息代码的电波形。 （2）数字：具有有限个电平状态。 来源： 消息数字基带信号 数字终端 对比： 数字频带信号 数字调制 数字基带信号 举例：ASK/FSK/PSK信号PCM、M信号 特点：信号含丰富的低频分量，甚至直流分量。 二、什么是数字基带传输系统？ （1）含义：不使用调制解调器而直接传输数字 基带信号的通信系统。如利用电传机在市
2、内进行电 报通信、利用中继方式长距离传输PCM信号等。 （2）数字基带传输系统的基本结构（模型）： 图4-4 数字基带传输系统原理框图 （3）各部分功能： 码型变换器-把原始基带信号变换成适合于信道传输的的各 种码型，达到与信道匹配的目的； 发送滤波器-码型变换器输出的各种码型是以矩形为基础的 ，发送滤波器的作用就是把它变换为比较平滑的波形，如升 余弦波形等，这样利于压缩频带、便于传输； 信道-它是允许基带信号通过的媒质，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。一般 认为噪声为AWGN； 接收滤波器-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；
3、抽样判决器-传输特性不理想及噪声背景下，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。 基 带 系 统 各 点 波 形 示 意 图 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； 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 也是频带传输系统必须考虑的问题； 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。 三、为什么要研究数字基带传输系统？ 码型设计原则： 1 1、码型变换与线路传输码型、码型变换与线路传输码型 数字基带信号是数字信息的电脉冲表示，不同形 式的数字基带信号或码型具有不
4、同的频谱结构，合理 地设计数字基带信号以使数字信息变换为适合于给定 信道传输特性的频谱结构，是基带传输首先要考虑的 问题。 把数字信息的电脉冲表示过程称为码型变换码型变换。 在有线信道中传输的数字基带信号又称为线路传线路传 输码输码型型。 4.1 数字基带信号码型与波形 2 2、有线信道的传输特性、有线信道的传输特性 传输线的等效电路：数字设备之间长距离有线 传输时，高频分量衰减随距离的增加而增大。 隔直流电容或耦合变压器：信道中往往还存在 隔直流电容或耦合变压器， 因而在传输频带的高频和低频部分均受限时，必 须考虑码型选择问题。 3 3、码型设计原则、码型设计原则 对于传输频带低端受限的信道
5、，一般来说线路 传输码型的频谱中应不含直流分量。 尽量减少基带信号频谱中的高频分量，以便节 省传输频带和减小串扰。 信号抗噪声能力强，波型间相关性越小越好。 产生误码时，在译码中不产生误码的扩散或误差的增 值，如果有，也希望越小越好。 便于从信号中提取定时信息；若采用分组形式 传输时，不但要从基带信号中提取位定时信息，而且 要便于提取分组同步信息。 要求基带传输信号具有内在的检错能力。 编译码的设备应尽量简单。 1 、 二元码型 图4-1 几种基本的基带信号二元码波形 1）单极性不归零码（NRZ）(Unipolar Nonreturn-to-zero Coding) 用一种信号电平代表 “1”
6、码，用另一种信号电平代表“0”码， 在码元持续期间电平保持不变。如用高电平代表“1”，低电平（ 一般为零电平）代表“0”，为正逻辑；反之为负逻辑。 单极性NRZ波形的主要特点：（1）有直流分量，无法使用 一些交流耦合的线路和设备；（2）不能直接提取位同步信息； （3）判决电平不能稳定在最佳的电平，即抗噪性能差；（4） 传输时需一端接地。不能用两根芯线均不接地的电缆传输线。 2）双极性不归零码（BNRZ）（ Bipolar Nonreturn-to-zero Coding ） 用正电平和负电平分别表示二进制数字码元“1”和“0” ，在码元持续期间电平保持不变。其特点为： （1）直流分量小。当二进
7、制符号“1”、“0”等可能出现 时，无直流成分； （2）接收端判决门限为0，容易设置并且稳定，因此抗 干扰能力强； （3）可以在电缆等无接地线上传输。 3）单极性归零码（RZ）（ Unipolar Return-to- zero Coding ） 这种码与单极性不归零码的区别在于，高电平不是 在整个码元期间保持不变，而是只持续一段时间，然 后在码元的其余时间内返回到零（低）电平。即它的 脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电平。 优点是可以直接提取同步信号，它是其它码型提 取同步信号需采用的一个过渡码型。 Ts : 脉冲宽度 Ts：码元宽度 /Ts：占空比 4）双极性归零码（BRZ） 双极性
8、归零码具有抗干扰能力强及码中不 含直流成分的优点，应用比较广泛。 1 0 1 0 0 1 1 0 5）差分波形 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跳变和不变来表示消息代 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码为绝对码。 用差分码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。 6）多进制波形（略 ） 这种波形的一个脉冲可以代表多个二进制符号 ，在码元速率一定时可以提高信息速率，故在高 速数字传输系统中得到广泛应用。 2 、 1B2B码 1）双相码（Digi
9、tal Diphase Code ） 又称分相码或曼彻斯特（Manchester）码。它用一个周期的 正负对称方波表示“1”，而用它的反相波形表示“0”。它的编码 规则可以看作是当输入“1”时固定输出“10”，当输入“0”时固定 输出“01”，使编码后的传输速率为编码前的原信号速率的两倍 ，占用的频带加倍。数字双相码可以用单极性不归零码与定时 信号的模二加来产生。 A -A 双相码特点： 1、无直流漂移。 2、能提供足够的定时分量。 3、编码过程简单。数字双相码可以用单极性不 归零码与定时信号的模二加来产生。 4、占用频带宽。 5、存在相位不确定问题。 2）密勒（Miller)码 又称延迟调制
10、码，它是数字双相码的改进。 编码规则：在密勒码中，“1”用码元周期中点处出现跳变来表 示，而对于“0”则有两种情况，当出现单个“0”时，在码元周期 内不出现跳变；但若遇到连“0”时，则在前一个“0”结束，后一 个“0”开始时刻出现跳变。 密勒码无跳变的最大间隔为两个码元，这种情况只出现在两 个“1”中间有一个“0”的情况，即“101”情况。 双相码 密勒码 密勒码实际上是双相码的差分形式。它可以克服双相码中 存在的相位不确定问题，且直流分量很少，频带窄，约为双相 码的一半。利用密勒码的脉冲最大宽度为两个码元周期，最小 宽度为一个码元周期的特点，可以检测传输的误码或线路的故 障。这种码最初被用于
11、气象、卫星通信及磁带记录，后来在低 速基带数传机中也得到了应用。 3）CMI码 又称传号反转码，是一种二电平不归零码。CCITT已建议CMI 码 作为脉冲编码调制器四次群的接口码型。在CMI码中，数字“1”交 替用正电平、负电平表示，而“0 ”用确定相位的方波表示。实质 上，这种码的编码规则可以看作是当输入“1”时输出“11”或“00”， 二者交替出现；当输入“0”时固定输出“01”。 这几种码有时又称为1B2B码，它的传输速率为编码前的原信 号速率的两倍，要占用较宽的频带。其优点是无直流分量，波 形跳变频繁，便于提取定时信号，并具有一定的检测错误的能 力，因为在正常情况下“10”不可能出现，
12、连续的“00”和“11”也 不可能出现，从而不会连续出现4个以上的“0”码或“1”码，这种 相关性就可以用来检测因信道而产生的部分错误。 传号：“1”；空号：“0” A -A 3 3、三元码、三元码 所谓三元码是利用信号幅度取值1，0，1 来表示二进制数字“1”和“0”，而不是将二进制数 变为三进制数。因此，这种码又称为“准三元码” 或“伪三元码”。 三元码的种类很多，被广泛地用作脉冲编码调 制的线路传输码型。 AMI码、HDB3码是2种最常用的三元码。 1）极性交替转换码（AMI码 ） AMI码又称为传号交替反转码。编码规则：二进 制的“0”用三元码的“0”来表示，二进制的“1”则交替 地变
13、换为“1”和“1”的归零码，通常脉宽为码元周 期之半。 代 码 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 AMI 1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 1 +1 0 0 0 0 1 +1 AMI码的优点是无直流分量，低频分量较小。若 将基带信号进行全波整流变为二元归零码可以提取 定时信号。AMI码具有检错能力，这是因为传号“1” 的极性具有交替反转的规律，如果该规律遭到破坏 ，则说明存在误码。该码的主要缺点是信号的频谱 形状与信息中传号率（即出现“1”的概率）有关，当 出现长连“0”时，提取定时信号困难。 AMI码的优点如下： （1）在“1”、“0”码不等概率
14、情况下，也无直 流成分，对具有变压器或其它交流耦合的传输 信道来说，不易受隔直特性的影响。 （2）若接收端收到的码元极性与发送端的完 全相反，也能正确判决。 （3）便于观察误码情况。 缺点：长连“0”时，提取定时信号困难。 2）HDB3码(重点) HDB3码是三阶高密度双极性码。 编码步骤：当代码序列中连“0”的个数小于4 时，与AMI 码一 样；当连“0”的个数大于或等于4时，则 (1) 取代变换。将每4个连0码用OOOV或BOOV代替。当2个相邻 的V码中间有奇数个1码时用OOOV；有偶数个1码时用BOOV。 (2) 加符号。对1码、破坏码V及平衡码B加符号。原则是：V 码的符号与前面第一
15、个非0码的符号相同，1码、B码的符号与前 面第一个非0码的符号相反。例如： 代 码 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 AMI 1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 1 +1 0 0 0 0 1 +1 HDB3 1 0 0 0 VV +1 0 0 0 +V+V 1 +1 BB 0 0 VV +1 1 B码：平衡符号V码：破坏符号 译码规则：只要找到二个同极性的非“0”符号，则 后者必为V，由此可将V和它前面的3个符号恢复成4个 连“0”符号，再将所有1变成+1就是原码。 HDB3码保持了AMI码的优点，克服了AMI码在长串 “0 ”时不能反映码定时信息的缺点，使位定时信号容 易提取。 代 码 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 AMI 1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 1 +1 0 0 0 0 1 +1 HDB3 1 0 0 0 VV +1 0 0 0 +V+V 1 +1 BB 0 0 VV +1 1 HDB3码译码规则： 由相邻两个同极性码找出V码，同极性码中的后面那个码 为破坏符号V ； 由V向前数第三个码如果不是零码，表明它是B码； 把V码和B码去掉以后留下来的全是信码。 HDB3
