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1、清华大学出版社 学习要点: 数字基带信号的波形、功率谱及码型 数字通信系统中的码间串扰及抗噪声性能 分析数字系统传输中,分析数字基带系统减 小或消除码间串扰的两种基本方法时域均 衡与部分相应技术,并简单介绍采用眼图估计 通信系统性能的实验方法。 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 +4.1数字基带信号的码型与波形 +4.2数字基带信号的功率谱 +4.3 数字基带传输与码间串扰(ISI) +4.4 无码间串扰的基带传输特性 +4.5 基带传输系统的抗噪声性能分析 +4.6部分响应系统 +4.7 时域均衡技术 +4.8 眼图 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 +4.1数字基带信号的码
2、型与波形 +4.2数字基带信号的功率谱 +4.3 数字基带传输与码间串扰(ISI) +4.4 无码间串扰的基带传输特性 +4.5 基带传输系统的抗噪声性能分析 +4.6部分响应系统 +4.7 时域均衡技术 +4.8 眼图 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 +4.1数字基带信号的码型与波形 +4.2数字基带信号的功率谱 +4.3 数字基带传输与码间串扰(ISI) +4.4 无码间串扰的基带传输特性 +4.5 基带传输系统的抗噪声性能分析 +4.6部分响应系统 +4.7 时域均衡技术 +4.8 眼图 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 补充知识:指数形式的傅里叶级数(信号与系统第92
3、页) 设f(t)的周期为T1,角频率为1=2/T1,频率为f1=1/T1,则: 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 4.1.1 4.1.1 数字基带信号的码型 4.1.2 4.1.2 数字基带信号的波形 退出退出 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 4.1.1 4.1.1 数字基带信号的码型 4.1.2 4.1.2 数字基带信号的波形 退出退出 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 +4.1.1 数字基带信号的码型 一. 码型选择 不同的数字通信系统,对数字基带信号的码型有不同要求 ,实际中必须合理地设计选择数字基带信号码型。 基带传输信号码型设计应考虑如下原则: (1) 对于
4、传输频带低端受限的信道一般要求编码后信号中应不 含有离散的直流分量,并尽量减小低频分量。 (2) 便于从相应的基带信号中提取定时同步信号。 (3) 所选码型应具有检纠错能力。在信号的传输中一定会出现 误码,因此便于接收端采取措施,以保证信号传输质量 。 (4) 码型变换应与信源的统计特性无关,即对信源具有透明性 。 (5) 编译码要简单,易于实现。 (6) 尽量提高码的编码效率。 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 +二.常用码型 1. 二元码 常用的二元码有单极性非归零码(NRZ码)、双极性非归零码 (BNRZ码)、单极性归零码(RZ码)、双极性归零码(BRZ码)以及 差分码等,其图形
5、如图所示 。 + NRZ码的“0”码与0电平对应,“1”码与正脉冲相对应,并且 脉冲的宽度等于码元宽度Ts,即占空比为1。这是一种最简单 的常用码型 +BNRZ码的“0”码、“1”码分别与负脉冲、正脉冲对应,并且占 空比为1。 +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。 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 +BRZ码也是一种归零码,脉冲宽度小于码元宽度,信号波 形采用占空比小于1。 + 差分码的编码规则是:通过前后两个码元极性的跳变与否 来表示
6、“0”码和“1”码。当用极性的跳变表示“1”码,不变表 示“0”码,此时称为传号差分码;也可以反过来表示,此 时称为空号差分码。通常把编码前的信息码称为绝对码, 记为an;编码后的码称为差分码,记为bn。当在传号差分 码时,两者有式所示关系。 bn=anbn-1 an = bnbn-1 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 +2. 1B2B码 +通过编码将1位二进制码编为2位二进制码,通常称 具有这种编码规则的码型称为1B2B码。常用的1B2B 码有数字双相码、密勒码、传号反转码。若将原信 息代码中的n位二进制码编为m位二进制码,我们称 这种码为nBmB码。在光纤传输系统中,通常选择m =
7、n+1,例如采用5B6B码用作三次群及四次群的传输 码型。 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 (1) 双相码 双相码又称曼彻斯特(Manchester)码。 它用一个周期的 正负对称方波表示“0”,而用其反相波形表示“1”。 编码规则 之一是: “0”码用“01”两位码(零相位的一个周期的方波) 表示, “1”码用“10 ”两位码(相位的一个周期的方波)表示 ,例如: 代码: 1 1 0 1 0 0 1 0 双相码: 10 10 01 10 01 01 10 01 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 (2)密勒码 密勒(Miller)码又称延迟调制码,它是双相码的一种变形 。编码
8、规则如下: “1”码:用码的起始不跃变,中心点出现跃变来表示,即用 “10”或“01”表示。 “0”码:分成单个“0”还是连续“0”两种情况;单个“0”时,保 持0前的电平不变,即在码元边界处电平不跃变,在码元中间 点电平也不跃变;对于连续“0”,则在两个“0”码的之间出现 电平跃变,即“00”与“11”交替。 01 10 00 01 11 00 01 11 结论:(1). “1”码编为10或者01,“0”码编为11或者00; (2). “1”码,若其前一码元为高电平,则编为10,否 则编01;“0”码,若其前一码元为高电平,则编为11,否则编 00; 注意:当出现连0时,则需00与11交替出
9、现。 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 (3)CMI码 CMI码是传号反转码的简称,与数字双相码类似,它也是一种 双极性二电平码。编码规则是: “1”码:交替的用“11”和“00”两位码表示; “0”码:固定地用“01”表示。 优点: 不会出现3个以上的连0码,并且电平的跳变较多,因此 含有丰富的定时信息,另外没有直流分量,编、译码电路简 单,容易实现,具有误码监测的能力。该码在高次群光纤通 信终端设备中用作接口码型。 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 (1) AMI码 AMI码是传号交替反转码。其编码规则是将二进制消息代码“1”( 传号)交替地变换为传输码的“+1”和“-1”
10、,而“0”(空号)保持不变 。例如: 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 +1 AMI码的优点:高、低频分量少。通过全波整流后可提取位定时 信号。 AMI码的不足:,当原信码出现连“0”串时,信号的电平长时间不 跳变,造成提取定时信号的困难。解决连“0”码问题的有效方 法之一是采用HDB3码。 3.三元码 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 +(2)HDB3码 HDB3码的全称是3阶高密度双极性码。进行HDB3编码后, 使得连“0”码的长度小于或者等于3
11、,它的编码规则在连“0”的 个数小于4个时,编码规则与AMI码相同;当连“0”个数为4个 或者4个以上,则需要把第4个“0”码变成“1”码(即把“0000” 替换为“0001”)并且这一个“1”码的极性与前一非零码的极性 相同,且满足极性交替,该码为破坏脉冲,用“v”来标识。 但当相邻两个“v”码间有偶数个“1”时,不能满足“v”码极性交 替,因此将第1个“0”也变成“1”码,此码称为平衡码,用符号 “B”来标识。 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 具体可按如下步骤进行编码: (1)码的变换 将消息代码中的4个连“0”码用“000V”或者“B00V”代替。 若两相邻4连0串间有奇数个“
12、1”码,则用000V代替后面的4连0串; 若两相邻4连0串间有偶数个“1”码,则用B00V代替后面的4连0 串. 其他消息代码保持不变。 (2)加符号 对“1”码、“V”码和“B”码加符号。其中“1”码和“B”码一起按正 负交替规律加符号,“V”码符号与前一非零码的符号相同。 例:已知信息原码为10000011000010000,试确定相应的AMI码 及 HDB3码。 原码 1 0000 0 1 1 0000 1 0000 AMI码 +1 0000 0 -1 +1 0000 -1 0000 HDB3码 +1 000+V 0 -1 +1 -B00-V +1 000+V 第4章 数字基带传输系统
13、清华大学出版社 译码规则: 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 +1 000+1 0 -1 +1 -100-1 +1 000+1 原码 1 0000 0 1 1 0000 1 0000 HDB3码保持了AMI码的优点外,同时还将连“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。 第4章 数字基
14、带传输系统 清华大学出版社 +4.1.2 数字基带信号的波形 矩形脉冲上升和下降是突变的往往低频分量和高频分量 都比较大,占用频带也比较宽,如果信道带宽有限,而采用 以矩形脉冲为基础的码信号带宽较宽,直接送入信道传输, 容易产生失真。因此需要选择合适波形来表选择的码型。比 如升余弦形、余弦形以及高斯形(也称钟形)的波形等。在数 字通信系统中矩形频谱脉冲、升余弦频谱脉冲电码等都占有 非常重要地位。 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 1. 1. 数字基带信号的数学表达式数字基带信号的数学表达式 2. 2. 数字基带信号的功率谱密度数字基带信号的功率谱密度器器 退出退出 第4章 数字基带传输
15、系统 清华大学出版社 +由于传输信号的信道都具有一定的频率特性,所以仅仅研究 数字基带信号的码型是不够的,还必须了解各种基带信号的 频谱特性,只有这样才能正确地确定什么样的码型能在什么 样的信道中传榆。同时通过信号的频谱可以分析信号中有没 有直流成分、有没有可供提取同步信号用的离散分量以及根 据连续谱可以确定基带信号的带宽等。因此在研究基带传输 系统时,对基带信号频谱的分析是十分必要的。 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 1.1.数字基带信号的数学表达式数字基带信号的数学表达式 设在N进制随机脉冲序列中,在每个码元宽度Ts内,用gi(t) 表示N进制中的符号“i”,其中i=0,1N-1在通信系统中基带信号 可以表示为 式中,g(t)为基本波形,如式 an为第n个信息符号所对应的电平值,它是一个随机量。因此通 常实际中遇到的基带信号都是一个随机的脉冲序列。对于二进制 信号,则有 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 +2.数字基带信号的功率谱密度 在通信中数字基带信号通常都是随机脉冲序列,是非确 知信号,因此随机信号的频谱的分析过程可以利用随机过程 的相关函数求出功率谱密度。 第4章 数字基带传输系统 清华大学出版社 +设一个二进制的随机脉