现代通信原理现代通信原理2010.92011.1n主要内容主要内容数字基带信号的码型数字基带信号的码型数字基带信号的功率谱数字基带信号的功率谱 波形传输的无失真条件波形传输的无失真条件奈奎斯特准则奈奎斯特准则部分响应基带传输系统部分响应基带传输系统数字信号基带传输的差错率数字信号基带传输的差错率扰码和解码扰码和解码 眼图眼图 均衡均衡第五讲数字信号的基带传输第五讲数字信号的基带传输主要知识点主要知识点基带传输码型设计中主要考虑的因素有哪些？基带传输码型设计中主要考虑的因素有哪些？数字基带信号的功率谱如何计算？数字基带信号的功率谱如何计算？奈奎斯特的三个无失真准则是什么？如何应用？奈奎斯特的三个无失真准则是什么？如何应用？为什么要引入部分响应信号？为什么要引入部分响应信号？常用部分响应信号的形式和参数是什么？常用部分响应信号的形式和参数是什么？什么是升余弦滚降滤波器？什么是升余弦滚降滤波器？不同滚降系数升余弦滤波器的带宽和符号率之间的关系是什么？不同滚降系数升余弦滤波器的带宽和符号率之间的关系是什么？多电平基带信号的数据速率与符号率的关系是什么？多电平基带信号的数据速率与符号率的关系是什么？多电平基带传输的误符号率如何推导？多电平基带传输的误符号率如何推导？m m序列如何产生？如何应用？序列如何产生？如何应用？眼图中体现哪些信息？眼图中体现哪些信息？均衡器的作用是什么？均衡器的作用是什么？如何设计均衡器？如何设计均衡器？研究对象研究对象n研究对象在数字通信系统中的位置研究对象在数字通信系统中的位置数字信号基带传输概述数字信号基带传输概述n什么是数字信号传输什么是数字信号传输通信的任务是准确迅速地传递信息。
信源信号经过信源编码之后通信的任务是准确迅速地传递信息信源信号经过信源编码之后成为离散的二进制数字信号我们用一些离散的波形来代替这些成为离散的二进制数字信号我们用一些离散的波形来代替这些数字信号数字信号n数字信号传输的基本方式数字信号传输的基本方式基带传输基带传输不经过调制直接进行数字信号的传输的传输方式不经过调制直接进行数字信号的传输的传输方式频带传输频带传输经过调制，利用载波传输调制后的频带信号的传输方式经过调制，利用载波传输调制后的频带信号的传输方式n基带传输的基本特点基带传输的基本特点数字基带信号含有大量的低频分量以及直流分量数字基带信号含有大量的低频分量以及直流分量基带传输是频带传输的基础设计传输系统时，一个频带传输系基带传输是频带传输的基础设计传输系统时，一个频带传输系统往往可以等效成一个基带传输系统来考虑统往往可以等效成一个基带传输系统来考虑n码型码型数字信号的电脉冲结构数字信号的电脉冲结构n码型变换码型变换数字信号电脉冲表示过程中传输代码间的变换数字信号电脉冲表示过程中传输代码间的变换n码型变换的选择码型变换的选择与传输信道相匹配与传输信道相匹配去直流、降低高频分量去直流、降低高频分量便于提取同步时钟便于提取同步时钟时钟及同步信息隐含在码流中时钟及同步信息隐含在码流中提高抗误码能力提高抗误码能力误码监测、抗误码扩散误码监测、抗误码扩散提高传输效率提高传输效率带宽利用带宽利用编译码器简单编译码器简单工程实现工程实现n常用码型分类常用码型分类二元码二元码三元码三元码多元码多元码数字基带信号的码型数字基带信号的码型接口码型建议标准接口码型建议标准标准化是通信系统的基本特点，标准是通信技术的核心竞争力！n二元码二元码NRZ/RZ近距离基带传输近距离基带传输差分码差分码相位调制相位调制数字双相码数字双相码 以太网传输以太网传输CMI码码四次群、四次群、STM1电接口电接口 5B6B码码光纤传输系统光纤传输系统n三元码三元码AMIT1电接口电接口HDB3E1、E2、E3电接口电接口n多元码多元码M进制码进制码高阶调制高阶调制2B1Q码码 ISDN数字基带信号码型的分类数字基带信号码型的分类根据电平幅度数目进行划分，可以根据传输需要设计各种码型！码型关注的参数：电平数、直流、检错能力、同步信息！二元码二元码n归零码（归零码（RZ码）码）Return Zero code 在整个码元期间高电平只维持一段时间，其余在整个码元期间高电平只维持一段时间，其余时间返回零电平时间返回零电平n非归零码（非归零码（NRZ码）码）在整个码元期间电平保持不变在整个码元期间电平保持不变二元码二元码n单极性码单极性码用一种电平以及零电平分别表示用一种电平以及零电平分别表示“1”和和“0”码码n双极性码双极性码用正负电平分别表示用正负电平分别表示“1”和和“0”码码双极性归零码具有三个电平，因此归入三元码讨论双极性归零码具有三个电平，因此归入三元码讨论二元码二元码n单极性单极性RZ/NRZ码，双极性码，双极性NRZ码的码的特点特点具有丰富的低频分量和直流分量。
不能用于采用交流耦合的信道具有丰富的低频分量和直流分量不能用于采用交流耦合的信道传输传输如果出现长如果出现长“1”或或“0”序列，没有跳变，不利于接收端时钟信序列，没有跳变，不利于接收端时钟信号的提取号的提取不具有检测错误的能力，相邻码之间不存在相关制约的关系不具有检测错误的能力，相邻码之间不存在相关制约的关系RZ/NRZ码的特点决定了它只能用于近距离传输！ 二元码二元码n差分码差分码“1”与与“0”分别用电平跳变或者不变表示分别用电平跳变或者不变表示n差分码图示如下差分码图示如下前后两个码之间发生关系前后两个码之间发生关系二元码二元码n数字双相码（分相码，曼彻斯特码）数字双相码（分相码，曼彻斯特码）利用利用NRZ码和定时信号的模二和产生码和定时信号的模二和产生定时分量很强定时分量很强利用差分码和定时信号的模二和产生条件双相码利用差分码和定时信号的模二和产生条件双相码二元码二元码n传号反转码（传号反转码（CMI码，码，1B2B码）码）“1”交替使用交替使用00或或11，“0”固定使用固定使用01定时提取容易，而且有检错能力定时提取容易，而且有检错能力n5B6B码码将将5位二元输入码编成位二元输入码编成6位二元输出码，在高速数字光纤系统中使用位二元输出码，在高速数字光纤系统中使用定时提取容易，低频分量小，迅速同步定时提取容易，低频分量小，迅速同步5位输入码编成位输入码编成6位输出码存在冗余位输出码存在冗余在变换时尽可能让在变换时尽可能让“1”“0”元等概出现元等概出现三元码三元码 n三元码三元码信号码流中具有三种电平：信号码流中具有三种电平：A，0，A伪三元码：实现时并非输入码和输出码电平一一对应，三种伪三元码：实现时并非输入码和输出码电平一一对应，三种电平实际上代替了两种输入码元，因此将这种三元码称为伪电平实际上代替了两种输入码元，因此将这种三元码称为伪三元码或者准三元码三元码或者准三元码n 主要的三元码主要的三元码AMIT1的码型的码型HDB3E1、E2、E3码型码型B6ZS码码T2码型码型4B3T码码三元码三元码n传号交替反转码（传号交替反转码（AMI码）码）“0”用零电平表示，用零电平表示，“1”交替极性使用归零码表示交替极性使用归零码表示具有检错能力具有检错能力需要采取措施消除长零需要采取措施消除长零nHDB3码码3阶高密度双极性码的缩写阶高密度双极性码的缩写信息信息“1”交替地变换为交替地变换为1与与1的半占空归零码的半占空归零码连连“0”个数被限制为小于或等于个数被限制为小于或等于n，一旦出现，一旦出现n+1个个“0”时，时，就用固定码组取代就用固定码组取代具有检错能力具有检错能力三元码三元码nHDB3码的编码码的编码取代节：当信息码组中出现取代节：当信息码组中出现4个连个连0时，就用特定的取代节代替时，就用特定的取代节代替为了在接收端识别取代节，需要人为地在取代节中设置为了在接收端识别取代节，需要人为地在取代节中设置“破坏点破坏点”，在这些破坏点处传号极性交替规律受到破坏，在这些破坏点处传号极性交替规律受到破坏两种取代节：两种取代节：B00v和和000V， B表示符合极性交替规律的传号，表示符合极性交替规律的传号，V表示破坏极性规律的传号，表示破坏极性规律的传号，V就是破坏点。
破坏点的选取规则是就是破坏点破坏点的选取规则是任意两个相邻任意两个相邻V脉冲间的脉冲间的B脉冲数为奇数，这样其脉冲极性也满足脉冲数为奇数，这样其脉冲极性也满足交替规律交替规律编码规则：编码规则： 前一破坏点极性前一破坏点极性连连“0”码前一脉冲极性码前一脉冲极性 _ 取代节码组取代节码组 00 00 000 000 B00V 000V 例如：例如： 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1HDB3码码 B+ 0 B- B+ 0 0 0 V+ 0 0 0 B- B+ B-0 0 V- 0 0 B+ 9.1.3 三元码三元码BNZS码码n BNZS码码N连零取代双极性码，也是一种变形的连零取代双极性码，也是一种变形的AMI码当连码当连“0”数小于数小于N时，时，遵从传号极性交替规律但当连遵从传号极性交替规律但当连“0”数为数为N或者超过或者超过N时，则用带时，则用带有破坏点的取代节代替有破坏点的取代节代替只有一种模式只有一种模式如如B6ZS时，出现时，出现6个连个连“0”时就用时就用0VB0VB代替代替具有检错能力具有检错能力n4B3T码码将二进制的码组分成若干位一组，然后用较少位数的三元码来将二进制的码组分成若干位一组，然后用较少位数的三元码来表示表示可以降低编码后的码元传输速率，提高编码效率可以降低编码后的码元传输速率，提高编码效率三元码的编码效率三元码的编码效率n 编码效率编码效率输入二进制信码的信息量与理想三元码信息容量之比值。
即输入二进制信码的信息量与理想三元码信息容量之比值即 CB/CC，其中：，其中：编码前的速率编码前的速率编码后的速率编码后的速率 伪三元码（伪三元码（1B1T码）编码效率码）编码效率 1/log23=63.09%4B3T编码效率编码效率多元码多元码n 多元码多元码为了提高频带利用率，可以采用信号幅度具有更多取值的数字基为了提高频带利用率，可以采用信号幅度具有更多取值的数字基带信号，即为多元码带信号，即为多元码对于对于n位二进制信号来说，可以利用位二进制信号来说，可以利用 元码来传输，所需元码来传输，所需要的信道频带可降为要的信道频带可降为1/n，频谱利用率提高了，频谱利用率提高了n倍倍在在ISDN中，采用中，采用2B1Q四元码四元码多进制是提高频带利用效率的有效手段！数字基带信号的功率谱数字基带信号的功率谱n功率谱功率谱数字基带信号一般是随机信号，因此不能用确定信号的数字基带信号一般是随机信号，因此不能用确定信号的频谱计算方式，随机信号的频谱特性要用频谱计算方式，随机信号的频谱特性要用功率谱密度功率谱密度来来描述n分析数字基带随机信号功率谱的目的分析数字基带随机信号功率谱的目的 根据功率谱的特点设计传输信道以及合理的传输方式根据功率谱的特点设计传输信道以及合理的传输方式 是否含有定时信号，作为同步的基础是否含有定时信号，作为同步的基础本节介绍的功率谱的计算方法，不仅适用于数字基带信号，也适用于数字频带信号！相同波形随机序列的功率谱相同波形随机序列的功率谱n定义定义数字信号：数字信号： ：是是基基带带信信号号在在 时时间间间间隔隔内内的的取取值值，或或为为码码元元，它它是由输入信号决定的是由输入信号决定的 ：码元周期：码元周期 ：脉冲波形：脉冲波形n相同波形相同波形数数字字基基带带信信号号的的所所有有波波形形都都可可以以用用相相同同的的脉脉冲冲波波形形进进行行表表示示，只只是是码码元元取值不同取值不同n码元的自相关函数码元的自相关函数n数字基带信号的自相关函数数字基带信号的自相关函数各态历经周期平稳随机过程各态历经周期平稳随机过程n功率谱功率谱连续谱连续谱离散谱离散谱 G(f)是脉冲波形是脉冲波形g(t)的付氏变换的付氏变换 均值：均值： 自相关函数自相关函数：相同波形随机序列的功率谱。