矿大通信原理课件CH6.1-2概述码型频谱

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功率谱公L式iShiYin
设二进制随机序列”1”码的波形为g1(t),出现概率 为P;”0”码的波形为g2(t),出现概率为1-P,Ts为码元 宽度,ƒs=1/Ts为码元速率。该随机序列可表示为
s(t) sn (t),
n
sn (t )
g1 (t g2 (t
“1” – 信号电平改变。
空号差分码NRZ(S):“0” – 信号电平改变;
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“1” – 信号电平不变。
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优点LiShiYin
差分码的优点: 解决数字调相信号解调时信号的
“0”-“1”倒换问题;(相位模糊问题)
差分码的编码与解码(异或运算) 编码:设输入为 an,编码输出 bn=an bn-1 解码: an = bn bn-1
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AMLIi码ShiYin
a)传号交替反转码 AMI码
二进制码中的“0”用“0”电平表示, “1” 交替地用“+1”和“-1”表示。☺
特点:(1) 功率谱中无直流分量,低频分量较小,能
量集中在频率为1/2码速处;
(2) 利用传号交替反转规则,可用作宏观检错;
5) 具有内在检错能力等;
6) 编译码简单。
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基Li本Sh码i型Yin
6.2.2 数字信号的码型
1. 二元码 P133
幅度取值只有两种状态的波形编码。
Va
Vb
a)单极性非归零码(NRZ)
用高电平和低电平(0)两种表示二进制1和0, 且在整个码元期间电平保持不变 。☺
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三L元i码ShiYin
2. 三元码 P141
用信号幅度的三种取值表示二进制码, 三种幅度的取值为:+A,0,-A,或记作+1, 0,-1。
这种方法不是由二进制到三进制的转换, 而是某种特定取代关系,所以又称为准三元 码或伪三元码。
种类很多,被广泛地用作脉冲编码的线 路传输码型。
线路传输码型:有线信道中传输的数字基带信号;
码型译码:由码型还原为数字信息。
基带传输:数字基带信号直接进行传送的传输方式。 主要应用于某些有线信道中。
若把调制/解调过程看作广义信道的一部分, 任何数字传输系统均可看作数字基带传输系统。
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基带传输系统模型
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优点LiShiYin
HDB3编码特点:
1) “V”之间极性交替反转; 2) 相邻“V”之间的非零符号数目一定为奇数; ?。 ☺
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优点LiShiYin
优点: (1)B和V脉冲都符合极性交替的规则,因此
特点:1) CMI码没有直流分量;
2) 有频繁的波形跳变,便于恢复定时信号;
3) “10”为禁用码组,不会出现3个以上的 连码,可用来作宏观检测。
应用:高次群PCM终端设备中广泛用作接口码型,在 光纤传输系统中也有时用作线路传输码型。
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nBLmiBS码hiYin
6.2.3 数字基带信号的功率谱 P134
从信号传输的角度来看,还需要进一步了 解数字基带信号的频域特性,以便在信道中有 效的传输。
被传送的信息是收信者事先未知的,因此数 字基带信号是随机的脉冲序列。
从理论上来说,要先求出随机序列的自相 关函数,然后再求出功率谱公式。
一种比较简单的方法是从随机过程功率谱 的原始定义出发,将其分为稳态波(平均分量)和 交变波(随机变化的交变分量) ,再求出简单码 型的功率谱公式。
广义信道定义原因:只关心变换的最终结果,而无需关
心详细的物理过程。
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4.2 信 道 数L学iS模h型iYin
2.基带传输系统的基本模型 P145
数字基带传输系统研究的核心问题是如何 对基带信号进行码型设计,以利于信道传输和 减小干扰,即提高有效性和可靠性。
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三种码L特i点ShiYin
以上三种为基本二元码,具有如下特点:
(1) 有丰富的低频(及直流分量);
(2) 非归零码,当出现长串“1”或“0”时,无电 平变,也就没有定时信息;
(3) 基带信号不具有检测错误的能力;
(4) 由于以上这些原因,这些码型通常只用于机内 及其外设之间近距离的传输。
nTs), nTs),
以P 以1
P
可推导得到其功率谱应为
2
Ps ( f ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
f
s
P
(1
P
)
G 1
f
G 2
f
f
2 s
PG 1
mf s
1 P G 2
mf s
2
f
mfs
m
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简化L公iS式hiYin
通常,1和0是等概的,这时可简化为
需要注意:转移概率完全由编码信道特性决定。一个
特定的编码信道,有确定的转移概率。
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LiShiY误i码n率
6.1 概述
1.基本概念
数字通信系统的任务是传输数字信息,数 字信息一般可以表示为一个数字序列{an}。
数字基带信号:未经调制(频谱搬移)的、用 以表示数字信息的电脉冲信号。
相),有利于时钟信号的提取。
(2)00和11 是禁用码组,不会出现3个或更多 的连码,可用来宏观检错。
应用:在短距离上数据终端设备的传输,如本地数 据网中,最高信息速率可达10Mbit/s。
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传L号i反Sh转i码Yin
g)传号反转码 CMI
“1”交替用“00”和“11” 表示,而“0” 则固定地用“01”表示,也是一种双极性二电平非 归零码。☺
差分波形示意图
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LiShiYin
f)数字双相码(分相码或曼彻斯特码) P143
用一个周期的方波表示“1”,用它的反相波形 表示“0”,并且都是双极性非归零脉冲。
等效于用2位码表示信息中的1位码。
如:用“10”表示“1”,用反相的“01”表示 特“点0”:(。1)☺在每个码元中心出现电平跳变(分相/裂
衰 耗
(d B)
0 300
1100
图4-4 典型2音90频0电话信道的相对
衰耗
随参信道 多径效应 幅频特性曲线如图
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6.2 数字基带信号码型及 其频谱特性
P132-144
不同的码型具有不同的频域特 性,合理地设计码型使之适合给 定信道的传输特性,是基带传输 首先要考虑的问题。
特点:信号频谱从直流开始至某一频率fm的低 频段。
码元:表示数字序列的基本单元an。
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码型
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传输码型:数字信息的表示规则或形式(比如, 单极性、双极性、归零码…);
信号波形:表示数字信息的码型的电脉冲形式;
码型编码(码型变换):数字信息的电脉冲表示过程;
分为两大类
LiShiYin
0
P(0/0)
0
P(1/0)
x
y
P(0/1)
1
1
P(1/1)
图4-3 二进制编码信道模型
在此模型中,P(0/0)、P(0/1)、P(1/1)、P(1/0)称为信 道转移概率。
其中P(0/0) 与P(1/1)是正确转移的概率, 而P(0/1) 与 P(1/0)是错误转移概率。
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双极性归L零iS码hiYin
d)双极性归零码(RZ) * 分别用正极性的归零码和负极性的归零码表
示“1”和“0” 。☺
特点:提取同步信号较容易(须经处理),无直流 分量和低频分量少。其余特性与双极性 NRZ相同。
e)差分码(相对码)
传号差分码NRZ(M):“0” – 信号电平不变;
输 入编


调 制 器
发 转 换 器
媒 质
收 转 换 器
解 调 器
输 译出 码

调 制 信道 编 码 信道
图 4–1 调制信道和编码信道
调制信道:指图中调制器输出端到解调器输入端的部分, 又称模拟信道。研究调制和解调时,常用调制信道。
编码信道:指图中编码器输出端到译码器输入端的部分, 有时又称数字信道。
特点:不含直流分量,其余特性与单极性相同。
应用:可以在电缆等无接地的传输线上传输,因 此得到较多的应用。
c)单极性归零码 (RZ)*
发1时高电平在整个码元期间T内只持续一段时 间,其余时间则回到零电平,发0时用零电平表示。
☺特点:占空比50%;直流分量大;提取同步信号
较容易。
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则二对端数学模型可以写为
eo t kt ei t nt
其中,n(t)为加性噪声(或加性干扰);
k(t)依赖于网络的特性,k tei t 反映网络特性对ei t的作用。 k(t)的存在,对 ei t来说是一种干扰,通常称为乘性干扰。
ei t
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K(t)
eo t
nt
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HDB3编码规则:
1) 当出现4个连0码时用取代节B00V或000V代替;
2) 当两个相邻“V”脉冲之间的传号数(“1”)为 奇数时,采用000V取代节,否则用B00V取代节;
3)B与其前一相邻非零符号极性相反,“V”的极 性 与 其 前 一 相 邻 非 零 符 号 相 同 , “ V” 后 面 的 非零符号从该“V”开始极性交替反转。 ☺
h)nBmB码
把原二进制码流的n位作为一组,变换为m位 (m>n)二进制码作为新码组。
特点:
新码组有2m种组合,多出2m-2n种组合。因此 可从2m种组合中选出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。
数字双向码、密勒码和CMI码,又称1B2B码型。
应用:如高速以太网6B8B码
特点:占空比100%简单;直流分量大;对长串的连 “0”,连“1”信号,难以提取同步信号。
应用:一般用于非常近距离(电路板内)信号传输。
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双极性非L归iS零h码iYin
b)双极性非归零码(NRZ) 用正和负电平分别表示“1”和“0”,且整个
码元期间电平保持不变。☺
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数字双Li相Sh码iYin
绝对码an: 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0
差分码b(n: 0)1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 cn: 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0
bn波形: (0) 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0
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Ps ( f )
fs G 41
f
G 2
f
2
f
2 s
4
G 1 m
mf s
G 2
mf s
2
f mfs
功率谱可能包含连续谱和离散谱两部分。
离散谱是否存在,取决于频谱函数 G1( f )和G2( f )
在 f m fs 的取值, 如果 G1 fs G2 fs 0 ,则存
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码型设计L原iS则hiYin
6.2.1 数字基带信号的码型设计原则
P141 1) 线路传输码型的频谱中应不含有直流分量;
2) 便于从信号中提取位定时信息;
3) 尽量减少基带信号频谱中的高频分量,以节 省传输频带并减小串扰;
4) 不受信息源统计特性的影响,即能适应于信 息源的变化;
基带脉 冲输入
信道信号形成器
码型 波形 变换 形成
噪声 信道
同步提取
接收滤 抽样 基带脉 波器 判决器 冲输出
主要采取的措施包括两方面:一是传输码型 的选择,二是基带脉冲波形的选择。
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基带信号Li码S型hiYin
恒参信道的传输特性:幅-频畸变及相-频畸变。
这种码型无直流分量; (2)可用作线路差错的宏观检测; (3)解决了AMI码长“0”串不能提取定时信
号的问题。
应用:四次群以下的A律PCM终端设备 的接口码型均为HDB3码。
由HDB3码类推,HDBn码的连“0”数被限 制为小于或等于n。
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基带L信iS号h频iY谱in
缺点:当信息中出现连0码时,由于AMI码中长时间 不出现电平跳变,因而定时提取遇到困难。
应用:AMI码是最常用码型之一,广泛应用 于高密度信息流的数据传输。
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N阶L高i密Sh度i双Y极in性码
b)n阶高密度双极性码 HDBn码
AMI码的一种改进型,解决原信码中出现连0串 时所带来的问题。应用最广泛的是HDB3码。
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