《计算机通信技术 教学课件 ppt 作者 王惠琴 曹明华 张玺君 第4章数字基带传输》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机通信技术 教学课件 ppt 作者 王惠琴 曹明华 张玺君 第4章数字基带传输（84页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机通信,第4章 数字基带传输系统,第4章 数字基带传输系统,本章主要介绍: 数字基带信号的波形及其功率谱密度 数字基带传输的基本原理、性能 眼图 均衡 部分响应系统,第4章 数字基带传输系统,4.1 数字基带传输系统 数字通信系统：以数字信号的方式来传输信息的通信系统。 数字基带信号：包含丰富的低频分量，甚至直流分量的数字信号。 数字基带传输系统：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的通信系统。,第4章 数字基带传输系统,基带传输系统的基本结构如图4-1所示。它主要由信道信号形成器、信道、接收滤波器和抽样判决器组成。为了保证系统可靠有序地工
2、作，还应有同步系统。 图4-1数字基带传输系统,第4章 数字基带传输系统,图4-1中各部分的作用简述如下： 信道信号形成器：基带传输系统的输入是由终端设备或编码器产生的脉冲序列，它往往不适合直接送到信道中传输。信道信号形成器的作用就是把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的，其目的是与信道匹配，便于减小码间串扰，同时利于同步提取和抽样判决。 信道：它是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道， 如市话电缆、架空明线等。另外，信道还会进入噪声。在通信系统的分析中，常常把噪声等效后集中在信道中引入。 接收滤波器：它的主要作用是滤除带外噪声，对信道特性
3、均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。 抽样判决器：它是在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。然而用来抽样的位定时脉冲通常依靠同步提取电路从接收信号中提取，位定时的准确与否将直接影响判决效果。图4-2给出了图4-1所示基带系统的各点波形示意图。,第4章 数字基带传输系统,其中，(a)是输入的基带信号，这是最常见的单极性非归零信号；(b)是经码型变换后的波形；(c)对(a)而言进行了码型及波形的变换，是一种适合在信道中传输的波形；(d)是信道输出信号，显然由于信道频率特性不理想，波形发生失真并叠加了噪声；(e)为接收
4、滤波器的输出波形，与(d)相比，失真和噪声减弱；(f)是位定时同步脉冲；(g)为恢复的信息，其中第4个码元发生误码，误码的原因主要是信道的加性噪声，以及传输特性（包括收、发滤波器和信道的特性）不理想引起的波形延迟、展宽、拖尾等畸变，使码元之间相互串扰。此时，实际抽样判决值不仅有本码元的值，还有其他码元在该码元抽样时刻的串扰值及噪声。显然，接收端能否正确恢复信息，在于能否有效地抑制噪声和减小码间串扰，这两点也正是本章讨论的重点。,第4章 数字基带传输系统,图4-2 基带系统的各点波形示意图,第4章 数字基带传输系统,4.2 数字基带信号 4.2.1数字基带信号的波形及其表示 二元码 只有两个取值
5、的脉冲序列就是二元码。最简单的二元码基带信号波形为矩形波，幅度取值只有两种电平，分别对应于二进制码的1和0。常用的几种二元码波形如图4-3所示。,第4章 数字基带传输系统,图4-3几种常用的二元码波形,第4章 数字基带传输系统,（1）单极性不归零码 单极性不归零波形如图4-3（a）所示，这是一种最简单、 最常用的基带信号形式。用高电平和低电平（常为零电平）两种取值分别表示二进制码1和0，在整个码元期间电平保持不变，此种码通常记作NRZ（不归零）码。很多终端设备输出的都是这种码，因为一般终端设备都有一端是固定的0电位，因此输出单极性码最为方便。其特点是极性单一，有直流分量，脉冲之间无间隔。另外位
6、同步信息包含在电平的转换之中，当出现连0序列时没有位同步信息。 （2）双极性不归零波形 在双极性不归零波形中脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码1、0，如图4-3（b）所示，在整个码元期间电平保持不变。由于它是幅度相等极性相反的双极性波形，故当0、1符号等可能出现时无直流分量。这样，恢复信号的判决电平为 0，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强。故双极性波形有利于在信道中传输，可以在电缆等无接地的传输线上传输，因此得到了较多的应用。,第4章 数字基带传输系统,（3）单极性归零波形 此码常记作RZ（归零）码。与单极性不归零码不同，RZ码发送1时高电平在整个码元期间T内只持续一段时间，在其
7、余时间则返回到零电平，发送0时用零电平表示。 称为占空比，通常使用半占空码。单极性归零码可以直接提取到定时信号，它是其它码型提取位定时信号时需要采用的一种过渡码型。 （4）双极性归零波形 用正极性的归零码和负极性的归零码分别表示1和0，如图4-3（d）所示。这种码兼有双极性和归零的特点。虽然它的幅度取值存在三种电平，但是它用脉冲的正负极性表示两种信息，因此通常仍归入二元码。以上四种码型是最简单的二元码，它们有丰富的低频乃至直流分量，不能用于有交流耦合的传输信道。另外，当信息中出现长1串或长0串时，不归零码呈现连续的固定电平，没有电平跃变，也就没有定时信息。它除了具有双极性不归零波形的特点外，还
8、有利于同步脉冲的提取。,第4章 数字基带传输系统,（5）差分波形 这种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，如图4-3(e)，(f)所示。在差分码中，1和0分别用电平的跳变或不变来表示。在电报通信中，常把1称为传号，把0称为空号。若用电平跳变表示1，称为传号差分码。若用电平跳变表示0，则称为空号差分码。传号差分码和空号差分码分别记作NRZ（M）和NRZ（S）。这种码型的信息1和0不直接对应具体的电平幅度，而是用电平的相对变化来表示，其优点是信息存在于电平的变化之中，可有效地解决PSK同步解调时因收信端本地载波相位倒置而引起信息“1”和“0”的倒换
9、问题，故得到广泛应用。由于差分码中电平只具有相对意义，因此又称为相对码。 （6）数字双相码 数字双相码又称分相码或曼彻斯特码，如图4-4（a）所示。它用一个周期的方波表示1，用方波的反相波形表示0，并且都是双极性非归零脉冲。这样就等效于用2位二进制码表示信息中的1位码。例如可以规定：用10表示0，用01表示1。因为双相码在每个码元间隔的中心都存在电平跳变，所以有丰富的位定时信息。在这种码中，正、负电平各占一半，因而不存在直流分量。,第4章 数字基带传输系统,（7）密勒码 密勒码又称延迟调制，它是数字双相码的一种变形，如图4-4（c）所示。在这种码中，l用码元间隔中心出现跃变表示，即用10或01
10、表示。0有两种情况：单0时在码元间隔内不出现电平跃变，而且在与相邻码元的边界处也无跃变；出现连0时，在两个0的边界处出现电平跃变，即00与11交替。这样，当两个1之间有一个0时，则在第一个1的码元中心与第二个1的码元中心之间无电平跳变，此时密勒码中出现最大脉冲宽度，即两个码元周期。由此可知，该码不会出现多于4个连码的情况，这个性质可用于检错。 （8）传号反转码 传号反转码记作CMI码，如图4-4（d）所示，与数字双相码类似，它也是一种双极性二电平不归零码。在CMI码中，1交替地用00和11两位码表示，而0则固定地用01表示。CMI码没有直流分量，有频繁的波形跳变，这个特点便于恢复定时信号。并且
11、10为禁用码组，不会出现3个以上的连码，这个规律可用来进行宏观检测。,第4章 数字基带传输系统,图4-4几种常用的1B2B码波形,第4章 数字基带传输系统,三元码 三元码指的是用信号幅度的三种取值表示二进制码，三种幅度取值为：A、0、-A。或记作+1、0、-1。这种方法并不是表示由二进制转换到三进制，信息的参量取值仍然为两个，所以三元码又称为准三元码或伪三元码。三元码种类很多，被广泛地用作脉冲编码调制的线路传输码型。 (1)传号交替反转码 传号交替反转码常记作AMI码。在AMI码中，二进制码0用0电平表示，二进制码1交替地用+1和-1的半占空归零码表示，如图4-5（a）所示。AMI码中正负电平
12、脉冲个数大致相等，故无直流分量，低频分量较小。只要将基带信号经全波整流变为单极性归零码，便可提取位定时信号。利用传号交替反转规则，在接收端可以检错纠错，比如发现有不符合这个规则的脉冲时，就说明传输中出现错误。AMI码是目前最常用的传输码型之一。,第4章 数字基带传输系统,图4-5 几种三元码波形,第4章 数字基带传输系统,但是，如果信息中出现连0码时，AMI码将长时间不出现电平跳变，这给提取定时信号带来困难。AMI码的主要缺点是其性能与信源统计特性有关，即它的功率谱形状随信息中“1”的出现概率而变化。图4-6给出了传号率为0.6 ,0.5和0.4时的功率谱。 图4-6 AMI码和HDB3码的功
13、率谱,第4章 数字基带传输系统,(2) n阶高密度双极性码 n阶高密度双极性码记作HDBn码，可看作是AMI码的一种改进型。使用这种码型的目的是解决信息码中出现连“0”串时所带来的问题。HDBn码的“1”也是交替地用“+1”和“-1”半占空归零码表示，但允许的连“0”码个数被限制为小于或等于n。简单地说，HDBn码是采用在连“0”码中插入“1”码的方式破坏连“0”状态。这种“插入”实际上是用一种特定码组取代n+1位连“0”码，特定码组被称为取代节。HDBn码的取代节有两种：B00.0V和00.V，每种取代节都是n+1位码。HDBn码中应用最广泛的是HDB3码，在HDB3中，n=3，所以连“0”
14、 个数不能大于3。每当出现4个连“0”码时，就用取代节B00V或000V代替。其中，B表示符合极性交替变化规律的传号，V表示破坏极性交替规律的传号，也称为破坏点。当两个相邻V脉冲之间的传号数为奇数时，采用000V取代节；若为偶数时采用B00V取代节，其中B称为补救脉冲。,第4章 数字基带传输系统,这种选取原则能确保任意两个相邻V脉冲间的B脉冲数目为奇数，从而使相邻V脉冲的极性也满足交替规律。原信息码中的传号都用B脉冲表示。HDB3码的取代方法是：根据前一个破坏点的脉冲极性和4个连“0”码前一个脉冲极性的不同组合，在4种取代节码组中选择一个。综上所述，HDB3码的编码规则总结如下： 寻找长连“0
15、”，并设破坏脉冲点，即将第4个位上的“0”改为V，形成000 V。 查找两个相邻V脉冲之间“1”的个数，并判断它们是否位奇数。若为偶数，设补救脉冲，即将000 V中第1个位上的“0”改为B，形成B00 V；否则不变。 根据极性交替的原则标注码的极性，但V脉冲和它相邻的前一个“1”码同极性，与后一个“1”码极性相反。 根据V脉冲自身是否形成极性交替的序列来验证编码结果。若V脉冲序列是极性交替的，说明编码结果正确；否则编码有误，重新进行编码。,第4章 数字基带传输系统,需要注意的是：“1”码来源于B码或B码。从HDBn码的规则可知，B脉冲和V脉冲都符合极性交替的规则，因此这种码型没有直流分量。利用
16、V脉冲的特点，HDBn码可用作传输差错的宏观检测。最重要的是，HDBn码解决了AMI码遇连0串不能提取定时信号的问题。AMI码和HDB3码的功率谱如图4-6所示。作为比较，图中还用虚线画出了二元双极性不归零码的功率谱。HDB3码是应用最广泛的码型，四次群以下的A律PCM终端设备的接口码型均为HDB3码。 (3) BNZS码 BNZS码是N连0取代双极性码的缩写。与HDBn码相类似，该码可看作为AMI码的另一种改进型。当连0数小于N时，服从传号极性交替规律，但当连0数为N或超过N时，则用带有破坏点的取代节来替代。常用的是B6ZS码，它的取代节为0VB0VB，该码也有与HDB3码相似的特点。B6ZS码的波形如图4-5（c）所示。,第4章 数字基带传输系统,多元码 当数字信息有M种符号时，称为M元码，相应地要用M种电平表示它们。因为M2，所以M元码也称多元码。在多元码中，每个符号可以用一个二进制码组来表示。也就是说，对于n位二进制码组来说，可以用M2n元码来传输，比如，3位二进制码可用M =8元码来传输。与二元码传输相比，多元码的主要特点就是比特
