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1、第六章 数字基带传输系统,一、数字基带、频带信号及其传输系统的结构 二、数字基带信号(消息代码的电波形)及其频谱特性： 单/双极性非归零/归零码、差分码等 三、基带传输码的常用码型：AMI码、HDB3码等 四、什么是码间干扰？产生的原因、无码间干扰条件？ 五、什么是部分响应系统？解决什么问题？实现方法。 六、无码间干扰基带系统的抗噪声性能：分析方法、最佳判决门限。 七、什么是眼图？眼图模型、说明什么问题？ 八、时域均衡：基本原理、解决什么问题？如何衡量均衡效果？,一、数字基带系统和频带系统结构,一、数字基带信号(电波形)及其频谱特性(1),二元码：幅度取值只有两种“1”、“0”或“1”、“-1
2、” 单极性非归零码：用高低电平分别表示“1”和“0”，如图6-1(a) 。一般用于近距离之间的信号传输 双极性非归零码：用正负电平分别表示“1”和“0”，如图6-1(b)。应用广泛，适应于在有线和电缆信道中传输。 单极性归零码：有电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电位。如图6-1(c)。利于减小码元间波形的干扰和同步时钟提取。但码元能量小，匹配接收时输出信噪比低些,一、数字基带信号(电波形)及其频谱特性(1),二元码：幅度取值只有两种“1”、“0”或“1”、“-1” 双极性归零码：正负脉冲的宽度都比码元宽度窄，都要回到零电位。如图6-1(d)。 差分码：用相邻码元电平的相对变化表示信息符
3、号0和1，又称其为相对码。如，可以用相邻码元的电位改变表示符号1，而以电位不改变表示符号0，如图6-1(e)所示可以消除设备韧态的影响。 多值波形(多电平波形)：多于一个二进制符号对应一个脉冲的情形。例如，若令两个二进制符号00对应+3E，01对应十E，10对应一E，11对应-3E，则所得波形为4值波形或4电平波形。如图6-1(f)所示。,二进制随机基带信号序列表达式：若令g1(t)代表二进制符号的“0”，g2(t)代表“1”，码元的间隔为Ts，则随机基带信号序列可表示成：,其中,是一随机量，表示第n个信息符号所对应的电平值,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
4、和1-P，且认为它们的出现是互不依赖的(统计独立),1、则该序列s(t)可由式(6.1-2)表征，或者写,一、数字基带信号(电波形)及其频谱特性(2),2、随机脉冲序列通常是功率型的，故其功率谱密度为,设,，,则,3、其中截短信号ST(t)看成是由一个稳态波（随机信号平均分量）和一个交变波构成,稳态波：,交变波：,其中：,一、数字基带信号(电波形)及其频谱特性(3),4、先求稳态波的双边功率谱密度：当T，式(6.1-5)变为,此时v(t)=v(t+T)，具有周期性，展为付里叶级数：,其中：,及：,故稳态波的双边功率谱密度,一、数字基带信号(电波形)及其频谱特性(4),5、再求交变波的双边功率谱
5、密度,对,付里叶变换得,6、整个随机基带序列的双边功率谱密度,整个随机基带序列的单边功率谱密度,一、数字基带信号(电波形)及其频谱特性(5),7、几个二元码特例,(1)、单极性非归零波形：若设,代入(6.1-26)得单极性非归零波形的双边功率谱密度,(2)、双极性非归零波形：若设,代入(6.1-26)得双极性非归零波形的双边功率谱密度：,见例6-1、 例6-2,一、数字基带信号(电波形)及其频谱特性(6),结论：(1)、一般随机脉冲序列的功率谱包括：连续谱和离散谱 (2)、连续谱总是存在的、离散谱可能没有 (3)、离散分量对于位同步、载波同步等问题十分重要 问题：数字基带信号采用什么样的电波形
6、较为合适？,注：BNZS是N个连0取代双极性码的缩记，是AMI码的变形。,一、数字基带信号(电波形)及其频谱特性(7),二、基带传输码的常用码型（1）,基带传输码的含义、重要性？ 基带传输码须适合传输：可认为是某种编码。设计基本准则： 1、能从其相应的基带信号中方便地获取定时信息，便于同步。故相应的基带信号的功率谱最好存在离散分量。 2、因为传输信道通常是低频受限的，故相应的基带信号无直流成分或只有很小的低频成分。 3、不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；也就是与信源中各种数字信息的概率分布无关 4、尽可能地提高传输码型的传输效率 5、编译码应尽量简单 6、具有内在的检错能力 7
7、、尽量减小高频分量，以节约传输频带，并减小串扰 8、码字间相关性越小越好，以便在有信道噪声与干扰存在而产生误码时，在译码时不产生误码扩散。,1、传号交替反转码AMI码 将消息代码0(空号)和1(传号)按如下规则进行编码： 代码0仍变换为传输码的0，而把代码中的1交替地变换为传输码的+1、-1、+1、-1等。 如 消息代码：1 0 0 1 1000 1 1 1。 AMI码： +1 0 0 -1 +1000 -1 +1 -1。 特点：三元码，无直流分量，主要功率集中在码速率fb的1/2出附近（如图），低频成分 少。位定时频率分量为零，通过极性交替规律得到检错能力。 主要缺点：位定时提取困难。虽可通
8、过全波整流得到fb分量，但当连零个数多时，fb分量特征小。功率谱分布与信源分布与信源的统计特性关系很大,二、基带传输码的常用码型（2）,2、HDB3码（三阶高密度双极性码）：是 HDBn码的一种。是AMI码的改进 。其编码原理： (1)、先把消息代码变换成AMI码，检查AMI码的连0情况串，当没有4个以上连0串时，这时的AMI码就是HDB3码； (2)、当出现4个以上连0串时，则将每4个连0小段的第4个0变换成与其前一非0符号(+1或-1)同极性的符号。这个符号就称为破坏符号，用V符号表 (3)、为保证无直流特性，还必须保证相邻V符号也极性交替。可变换4个0中的第一个0的符号，再变换之后的V符
9、号 如： 代码： 1000 0 1000 0 1 1 000 0 1 1 AMI码：-1000 0 +1000 0 -1 +1 000 0 -1 +1 -1000 -V +1000 +V -1 +1 000 +V -1 +1 HDB3码：-1000 -V +1000 +V -1 +1 -B00 V +1 -1,二、基带传输码的常用码型（3）,HDB3特点：保持AMI码的优点，三元码，无直流分量，主要功率集中在码速率fb的1/2出附近（如图）。 位定时频率分量为零，通过极性交替规律得到检错能力。,二、基带传输码的常用码型（4）,增加了使连0串减少到至多3个的优点，而不管信息源的统计特性如何。 对
10、于定时信号的恢复是十分有利的。广泛应用于基带传输与接口码。 但单个误码有时会在接收端译码后产生多个误码。,3、PST码（成对选择三进码）：编码过程是： 先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码成两个三进制数字(+、-、0)。因为两位三进制数字共有9种状态，故可灵活地选择其中的4种状态。表51列出了其中一种使用最广的格式。为防止PST码的直流漂移，当在一个码组中仅发送单个脉冲时，两个模式应交替变换。如： 代码： 01 00 11 10 10 11 00 取+模式：0+(正) -+ +- -0(负) +0(正) +- -+ 取-模式：0- (负) -+ +- +0(正)
11、 -0(负) +- -+ 特点：三元码、能提供足够的定时分量，无直流成分，编码过程也较简单。 但在识别时需要提供“分组”信息，即需要建立帧同步,二、基带传输码的常用码型（5）,4、数字双相码或Mancherster码,也叫分相码 用一个周期的方波表示”1”,则用反相方波表示“0”。 如代码：1 1 0 0 1 0 1 双相码：10 10 01 01 10 01 10如图(6-5a) 特点：二元码、在每个码元的中心部位都要发生电平跳变，因此，不管信源中”1”、”0”分布如何，经变换后，都没有直流分量，且频谱中存在很强的定时分量，可以很容易从中提取出位同步信息，不受信源的统计特性的影响。 但使得原
12、数字信号的基带带宽加倍。 适用于数据终端设备在短距离上的传输。,二、基带传输码的常用码型（6）,5、Miller密勒码(又称延迟调制码)：是双相码的变形。 编码规则：1码用”1”的中点发生电平跳变(01或10)表示，出现单个”0”时，电平保持不变；出现连零时，在连”0”的起始处发生电平跳变。 如代码： 1 1 0 1 0 0 1 0 Miller： 01 10 00 01 11 00 01 11图(6-5b)。 特点：二元码、最大宽度为两个码元周期（若两个“1”码中间有一个“0”码），最小宽度为一个码元周期，故具有一定的误码检测性能。它的直流分量很小，频带宽度约为数字双相码的一半.,二、基带传
13、输码的常用码型（7）,6、传号反转码，也称CMI码 交替地用正电平或负电平表示“1”，用固定相位的一个周期的方波表示“0”。如图(6-5c)。 CCITT建议，在程控数字交换系统中，CMI码一般作为PCM四次群数字中继线的接口码型，被推荐为速率低于8448kbits的光纤数字传输中的线路传输码型。 特点：二元码、直流分量趋于零或等于零；有频繁的波形跳变，很容易提取位定时信号；具有内检错能力，因为l码相当于“00”或“11”两位码组，而“0”码相当于“01”码组，正常情况下，序列中无“l 0”码组出现，且无“00”或“11”码组连续出现，这种相关性可用来检测因干扰而产生的部分错码。,二、基带传输
14、码的常用码型（8）,7、nBmB码： 是一类分组码，它把原信息码流的n位二进制码作为一组，变换为m位二进制码作为新的码组。由于mn，新码组可能有2m种组合，故多出(2m - 2n)种组合。从2m种组合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。 特点： 利用这种冗余度实现误码检测性能，具体编码方式要求直流分量尽量小，误码增殖尽量少，位定时和分组同步容易而选定的。 前面的双相码、密勒码和CMI码都可看作是1B2B码。,二、基带传输码的常用码型（9）,8、4B3T码 把四个二进码元变成三个三进码元，具体见编码表（从27种中选16种）。 特点： 也可无直流信号，编码效率高。显然
15、，在相同的消息符号速率下，4B3T码的传输速率要比1B1T的低，因而可提高单位频带的利用率。 可见AMI码、HDB3是1B1T码、PST码是2B2T码,二、基带传输码的常用码型（10）,三、基带脉冲传输与码间干扰(1),数字基带信号传输系统模型如图(6-9),其中,为发送滤波器的输入符号序列。,则,其中,对应的基带信号表示成：,对r(t)以Ts周期采样：,式中： 右边第一项是第k个接收基本波形在上述抽样时刻上的取值，它是确定信息的依据； 第二项是接收信号中除第k个以外的所有其他基本波形在第k个抽样时刻上的总和(代数和)，我们称这个值为码间干扰值。通常是一个随机变量； 第三项是一种随机噪声干扰。
16、 为使基带脉冲传输获得足够小的误码率，必须最大限度地减小码间干扰和随机噪声的影响。 本章的主要内容就是研究消除第二项的码间干扰,三、基带脉冲传输与码间干扰(2),无码间干扰的基带传输特性H() ： 1、无码间干扰条件时域表示 : 当(6.3-7)中第一项,且(6.3-7)中第二项,即可消除码间干扰。为简单计，令,则无码间干扰条件时域表示为：,如图(6-12)，具有理想的矩形低通滤波器的冲激响应为,即无码间干扰，频带也最窄。但理想矩形低通滤波器特性是难以实现的。且,波形振荡幅度也较大。对定时要求严格。,2、无码间干扰条件频域表示:,三、基带脉冲传输与码间干扰(3),对照付里叶级数的定义得：,由无码间干扰条件时域表示(6.4-2)：,eq()的物理意义为：按,（其中n为正整数）,的各值将()切成宽为,的若干段，然后将各段移至,的中心位置叠加，故称为“切段叠加”,系统带宽B=1/2Ts,三、基带脉冲传输与码间干扰(4),这就是奈奎斯特第一准则：所谓抽样无失真，即信号经传输后虽整个波形可能发生了变化，但只要其抽样值保持不变，那么在再生判决时用再次抽样的办法即可
