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1、本章学习的目标：,1掌握数字基带信号的概念 2理解数据基带信号的常用码型 3重点掌握基带传输中理想低通特性的传输、可实现滚降特性低通滤波器、部 分响应系统的相关内容和它们之间的衔接关系 4理解均衡的必要性和方法 5理解扰乱的目的和方法,本章的重点：,1数字基带信号的常用码型 2无码间干扰条件 3滚降低通系统的计算 4部分响应系统的预编码,本章的难点：,1具有理想低通特性的传输模型 2部分响应系统 3扰乱和解扰,课前预习相关的内容：,1随机信号的功率谱 2理想低通滤波器的频谱图 3冲激信号与冲激响应,前言：,信号的频谱一般从零开始，包含丰富的低频分量,我们把这类信号称为数字基带信号，如来自数据终
2、端的原始数据信号，计算机输出的二进制序列，电传机输出的代码，或者是来自模拟信号经数字化处理后的PCM码组，M序列。在某些具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传输（不搬移基带信号的频谱或只经过简单的码型变换）， 我们称之为数字基带传输。而大多数信道，如各种无线信道和光信道， 则是带通型的， 数字基带信号必须经过载波调制，把频谱搬移到恰当的地方使其能在信道中传输，我们把这种传输称为数字频带（调制或载波）传输。 在近距离范围内，基带信号的功率衰减不大，从而信道容量不会发生变化，因此，在局域网中通常使用基带传输技术。传输距离比较远时，采用频带传输（第五章的内容）
3、，频带传输与之有着紧密的联系（基带传输是频带传输的基础），因此掌握数字信号的基带传输原理是十分重要的。,4.1 数字基带信号,4.1.1 数字基带信号的基本波形,数字基带信号是指消息代码的电信号波形形式，它是用不同的电平或脉冲来表示响应的消息代码。数字基带信号的类型很多，常见的有矩形脉冲、三角波等。最常见的是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换。下面以矩形脉冲为例，介绍几种最常用的数字基带信号波形。,1. 单极性不归零信号（NRZ） 在一个码元周期Tb内电位维持不变，用高电位代表“1”码，低电位代表“0”码。如图4.1（a）所示。特点是极性单一，脉冲间无间隔，有直流分量。,2. 单极性归零信号
4、（RZ） “1”码在一个码元周期Tb内，高电位只维持一段时间，即“1”码元脉冲宽度为就返回零位；这种信号序列含有较大的直流分量，对传输信道的直流和低频特性要求较高；如图4.1(b)所示。,3. 双极性不归零信号 双极性是指用正、负两个极性来表示数据信号的“1”或“0”；在“1”和“0”等概率出现的情况下双极性序列中不含有直流分量，对传输信道的直流特性没有要求；如图4.1(c)所示。 4. 双极性归零信号 “1”码和“0”码在一个码元周期Tb内，高电位只维持一段时间就返回零位；如图4.1(d)所示。这种波形的每一个码元最后都要回到零电位。由于正负极性均归零，所以包含有比单极性归零波形更多的同步信
5、息，无论是连续的1还是连续的0，均可以方便地在接收端识别出来。 5. 伪三元信号 即原信号中的“0”在伪三进信号中用零来表示，原信号中的“1”在伪三进信号中用正、负交替的归零脉冲来表示，其直流分量为零，如图4.1(e)所示。 6. 差分信号（差分码） 所谓差分码，是用差分序列的前后码元电位是否相同来代表要传送的原信号码元，例如用差分码的电位变化来代表原信号码的“1”，电位不变来代表原信号码的“0”；差分码有两种波形，电位恰相反（因为初始状态可以为低电位，也可以为高电位），如图4.1(f)所示。用差分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相位模糊问题。由于差分码中
6、电平只有相对意义，所以又称为相对码。,图4.1 常用数字序列电信号形式,4.1.2 数字基带信号的常用码型,在实际的基带传输系统中，并不是所有代码的电波形都能在信道中传输。例如，前面介绍的含有直流分量和较丰富低频分量的单极性基带波形就不适宜在低频传输特性差的信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。又如，当消息代码中包含长串的连续“1”或“0”符号时，非归零波形呈现出连续的固定电平，因而无法获取定时信息。单极性归零码在传送连“0”时，存在同样的问题。因此，对传输用的基带信号主要有下面几个方面的要求： (1) 线路传输码型的频谱应不含直流分量； (2)便于从线路内传输码型中提取定时信息； (3)
7、线路传输码型具有一定的检错能力； (4)尽量减少基带信号频谱中的高频分量，以节省传输频带并减少串扰； (5)编码效率高。 满足或部分满足以上特性的传输码型种类繁多，这里介绍目前常见的几种。,1AMI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”，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码对应的基带信号是正负极性交替的脉冲序列，而0电位持不变的规律。AMI码的
8、优点是，由于+1与-1 交替， AMI码的功率谱中不含直流成分，高、低频分量少，能量集中在频率为1/2码速处。此外，AMI码的编译码电路简单，便于利用传号极性交替规律观察误码情况。鉴于这些优点，AMI码是CCITT建议采用的传输码性之一。 AMI码的不足是，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。,2. HDB3码 HDB3码的全称是3阶高密度双极性码，它是AMI码的一种改进型， 其目的是为了保持AMI码的优点而克服其缺点， 使连“0”个数不超过3个。其编码规则如下：,（1） 当信码的连“0”个数不超过3时，仍
9、按AMI码的规则编，即传号极性交替； （2）当连“0”个数超过3时，则将第4个“0”改为非“0”脉冲，记为+V或-V，称之为破坏脉冲。相邻V码的极性必须交替出现，以确保编好的码中无直流； （3）为了便于识别， V码的极性应与其前一个非“0”脉冲的极性相同，否则，将四连“0”的第一个“0”更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，并记为+B或-B； （4） 破坏脉冲之后的传号码极性也要交替。 例如： 代码： 1000 0 1000 0 1 1 000 0 l 1 AMI码： -1000 0 +1000 0 -1 +1 000 0 -1 +1 HDB3码： -1000 -V +1000 +V -1 +1
10、-B00 -V +1 -1 其中的V脉冲和B脉冲与1脉冲波形相同，用V或B符号的目的是为了示意是将原信码的“0”变换成“1”码。 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。 AMI和HDB3码，它们的每位二进制码都被变换成一个三电平取值（+1、0、-1）的码，属于三电平码，有时把这类码称为1B1T码。,3数字双相码 数字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”，如图4.2（a）所示。编码规则之一是
11、： “0”码用“01”两位码表示， “1”码用“10 ”两位码表示，例如： 代码： 1 1 0 0 1 0 1 双相码： 10 10 01 01 10 01 10 双相码只有极性相反的两个电平，而不像前面的三种码具有三个电平。因为双相码在每个码元周期的中心点都存在电平跳变，所以富含位定时信息。又因为这种码的正、负电平各半，所以无直流分量， 编码过程也简单。 但带宽比原信码大1倍。 4密勒码 密勒码又称延迟调制码，它是双相码的一种变形。编码规则如下： “1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示。“0”码有两种情况：单个“0”时，在码元间隔内不出现电平跃变，且与相邻码元的边
12、界处也不跃变， 连“0”时，在两个“0”码的边界处出现电平跃变， 即“00”与“11”交替。 为了便于理解，图 4 .2(a)和(b)示出了代码序列为11010010时，双相码和密勒码的波形。 由图 4.2(b)可见， 若两个“1”码中间有一个“0”码时，密勒码流中出现最大宽度为2Tb的波形，即两个码元周期。这一性质可用来进行宏观检错。,5CMI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。 CMI码的编码规则是：信息“1“交替地用00和11两位码表示，而信息“0”固定地用01表示。如图4.2（c）所示。这种码的优点是没有直流分量，且频繁出现跳变波形，便于提取定
13、时信息，具有误码检测能力。由于CMI码易于实现，因此在高次群脉冲编码调制终端设备中广泛用作接口码型。 在曼彻斯特码和CMI码中，原始的二元码在编码后都用一组两位的二元码来表示，因此这类码又称为1B2B码。 6多元码 当数字信息有M种符号时，称为M元码，相应地用M种电平表示，当M2时，M码元也称为多元码。在多元码中，每个符号可以用来表示一个二进制码组。换句话说，对于n位二进制码组来说，可以用传输。与二元码传输相比，在码元速率相同的条件下，它的传输带宽是相同的，但是多元码的信息传输速率提高到Bd。,4.1.3 数字基带信号功率谱,研究基带信号的频谱结构是十分必要的，通过谱分析， 我们可以了解信号需
14、要占据的频带宽度，所包含的频谱分量， 有无直流分量， 有无定时分量等。这样，我们才能针对信号谱的特点来选择相匹配的信道，以及确定是否可从信号中提取定时信号。 1. 二进制数字信号的一般表达式 设二进制的随机脉冲序列如图4.4所示，其中，假设 表示“0”码，表示“1” 码。和在实际中可以是任意的波形，但为了便于在图上区分，这里我们把和画成高度不同的三角波。,现在假设序列中任一码元时间 概率分别为P和1-P，且认为它们的出现是统计独立的，则 可用式(4.1)表征，即 式中,（4.1）,2 二进制数字信号的功率谱密度 对于式（4.1）所表示的基带数字信号，其功率谱密度为,式中，是信号速率，(f)为函
15、数，P和(1P)分别表示数据序列中出现和 的概率， 和 分别是 和 的傅里叶变换，即单个脉冲信号的频谱函数。,根据基带数据信号功率谱密度的表达式，我们可以画出几种典型随机数据信号序列的功率谱密度，如图4. 5所示。,图4.5 四种随机数字序列功率谱密,图4-5所示的四种功率谱密度图中，双极性序列是不含有离散谱分量的，而单极性序列是含有离散谱分量，离散谱分量的存在与否决定了是否能从序列中直接提取单一频率的时钟频率分量，这一点对数据传输系统是至关重要的，如单极性归零序列中就含有 的离散谱分量，即可直接提取作为定时的时钟信息。 从图4.5可知，数据基带信号的功率谱密度具有以下特点： 1）数字基带信号功率谱包括连续谱和离散谱； 2）连续谱总是存在，离散谱则不一定； 3）通常以谱的第一个零点作为矩形脉冲频谱的近似带宽，它等于时域脉宽的倒 数。 4) 信号能量集中于 的范围内。 即：脉冲宽度越大（信号码元周期越大），其能量集中的范围越小，所需的频带宽度也越小；反之，脉冲宽度 越小（码元周期越小），其能量集中的范围就越大，所需的频带宽度也越大。 5) 脉冲宽度可以作为选择信道带宽的主要依据。,4.2 数字基带传输系统,4.2.1 数字基带传输系统的基本组成 数字基带传输系统的组成
