基带数字信号的表示和传输课件

例：消息码： 0 1 0 1 1 0 0 0 1 AMI码：0 +1 0 -1 +1 0 0 0 -1
优点：没有直流分量 、译码电路简单 、能发现错码 缺点：出现长串连“0”时，将使接收端无法取得定时
信息。 又称：“1B/1T”码 － 1位二进制码变成1位三进制码。
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HDB3码 － 3阶高密度双极性码
电平的跳变和不变来表示消息代码； 传号差分码（电平跳变表示1）：NRZ（M） 空号差分码（电平跳变表示0）：NRZ（S）
属于相对码，多用于相位调制系统的码变换器中，可 以克服相位模糊。
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(8) 多元码 数字信息由码元(符号)组成 码元形式：二元码和多元码 多元码的一个码元表示一个n位二进制码组M=2n 四元码的波形 (M=4, n=2) 线路码型为四元码2B1Q 在2B1Q中，2个二进制码元用1个四元码表示
➢ 双极性二进制信号 (NRZ)
设信号g1(t) = -g2(t) = g(t)，则由其构成的随机序列
的双边功率谱密度为：
Ps ( f ) 4 fs P(1 P) G( f ) 2 fs (2P 1)G(mfs ) 2 ( f mfs ) m
当P = 1/2时，上式可以改写为 Ps ( f ) fs G( f ) 2
1000 0 1000 0 1 1 0 0 0 0 1 1
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【例】已知信息代码为：1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0，请就AMI码、HDB3码、Manchester码三种情形，
(1)给出编码结果； (2)画出编码后的波形；
(1)信息代码： 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 AMI 码： +1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1+1 -1 0 0+1 0 0 0 0 -1 0 HDB3码： +1 0 0 0+V-B 0 0-V+1-1+1 0 0-1+B 0 0+V-1 0
式中，G( f )是g(t)的频谱函数。当P = 1 / 2，且g(t)为
矩形脉冲时，即当
g
(t)
1,
t Ts 2
0,
其他t
时，g(t)的频谱函数为
G(
f
)
Ts
sin fTs fTs
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故有
2
Ps ( f
)
1 4
f
sTs
2
sin
fTs
fTs
1(
4
f
)
T 4
Sa2 (
fTs )
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基带数字信号的传输码型
译码：
发现相连的两个同符号的“1”时，后面的“1”及其前 面的3个符号都译为“0”。
然后，将“+1”和“-1”都译为“1”，其它为“0”。
优点：除了具有AMI码的优点外，还可以使连“0” 码元串中“0”的数目不多于3个，而且与信源的统 计特性无关。
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基带数字信号的传输码型
fs PG1(mfs ) (1 P)G2 (mfs ) 2 ( f mfs )
m
单边功率谱密度表示式：
Ps ( f
)
2 fsP(1 P)
G（1 f
) G2( f
)2
f
2 s
PG1(0) (1 P)G2(0)
2(
f
)
2
f
2 s
PG1(mfs ) (1 P)G2 (mfs ) 2 ( f mfs ),
消息码： 1 双相码： 10
双相码波形：
011 01 10 10
0 00 1 01 01 01 10
0
双相码相位： 0 0 0 0
密勒码：
0
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基带数字信号的传输码型
特点：当 “1”之间有一个 “0”时，码元宽度最长（等于 两倍消息码的长度）。这一性质也可以用来检测误码。
产生：双相码的下降沿正好对应密勒码的突变沿。因此， 用双相码的下降沿触发双稳触发器就可以得到密勒码。
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基带数字信号的传输码型
例： 消息码:
11
1000 0
1000 0 1 1 0 0 0 0
AMI码: -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 1 +1
HDB3码: -1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V -1 +1 -B 0 0 -V +1 -1
-1 0 0 0 -1 +1 0 0 0 +1 -1 +1 -1 0 0 -1 +1 -1 译 码： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 +1 -1
缺点：有直流分量，要求传输线路具有直流 传输能力，因而不适应有交流耦合的远距离 传输，只适用于计算机内部或极近距离的传 输。
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(2) 双极性波形
二进制符号0，1分别与正、负电平相对应， 当“1”和“0”等概率出现时无直流分量，有 利于在信道中传输，并且在接收端恢复信 号的判决电平为零值，因而不受信道特性 变化的影响，抗干扰能力也较强。
若g(t)为矩形脉冲，则将其频谱G( f )代入上式可得
Ps ( f )
fs
Ts
sin
fTs
fTs
2
Ts
sin
fTs
fTs
2
TsSa2 (
fTs )
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双极性信号的功率谱密度曲线如下图中的实线 和虚线所示：
双极性 (P 1/ 2)
实线——NRZ 虚线——RZ
0
fs
3 fs
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基带数字信号的传输码型
CMI码 －传号反转码
编码规则：消息码“1” 交替用“11”和“00”表示； 消息码“0” 用“01”表示，
消息码： 1 双相码： 10
011 01 10 10
双相码波形：
双相码相位： 0 0 0
0 00 1 01 01 01 10
可直接提取位定时分量。
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基带数字信号的频谱特性
功率谱密度计算举例
➢ 单极性二进制信号 (NRZ)
设信号g1(t) = 0, g2(t) = g(t)，则由其构成的随机序列
的双边功率谱密度为：
Ps ( f ) fsP(1 P) G( f ) 2 fs (1 P)G(mfs ) 2 ( f mfs ) m
主要内容： 概述 数字基带信号及其频谱特性 基带传输的常用码型 数字基带信号传输与码间干扰 无码间干扰的基带传输特性 基带传输系统的抗噪声性能 眼图 部分响应系统 均衡
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目标要求
基本要求
➢ 掌握基带数字信号的基本波形； ➢ 掌握基带数字信号的传输码型，熟悉传输码型的基
本要求； ➢ 掌握基带数字信号的频率特性； ➢ 掌握基带数字信号传输系统模型、码间串扰、奈氏
优缺点：只有2电平，可以提供定时信息，无直流 分量；但是占用带宽较宽。
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基带数字信号的传输码型
密勒码
编码规则：
消息码“1” 用中点处电压的突跳表示，或者说用“01”
或“10”表示；源自消息码“0” 单个消息码“0”不产生电位变化，
连“0”消息码则在边界使电平突变，或者说
用
“11”或“00”表示
有直流； 可直接提取位定时；
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(5)双极性非归零码（NRZ） 不能直接提取同步信号； 1、0符号等概出现时无直流分量，抗干扰能力较 强； 1、0符号不等概出现时，仍有直流成份。
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(6) 双极性归零码（RZ）
每一脉冲都归零，它用正负脉冲表示1和0
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(7) 差分码 不是用码元本身的电平表示消息代码，而是用相邻码元的
1
4
(
f
)
式中，
Sa(x) sin x / x
功率谱的第一个过零点在 f fs 处，因此，单极性 不归零码的谱零点带宽为：Bs fs
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单极性信号的功率谱密度分别如下图中的实线 和虚线所示：
单极性 (P 1/ 2)
实N线R—Z—-实NR线Z 虚R线Z—-虚—线RZ
0
fs
3 fs
f
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基带数字信号的频谱特性
随机脉冲序列的组成分为两部分
稳态分量a(t) g(t) a(t) u(t)
交变分量u(t)
先求出这两个分量的功率谱，再求出g(t) 的功率谱。
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二进制随机脉冲序列的波形图
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计基算带结数果字：信号的频谱特性
双边功率谱密度表示式：
Ps ( f ) Pu ( f ) Pv ( f ) fs P(1 P) G1( f ) G2 ( f ) 2
准则、部分响应系统； ➢ 掌握眼图模型，及信号波形和眼图的对应关系； ➢ 熟悉时域均衡器的作用与原理。
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目标要求
重点、难点
➢ 重点是： 基带数字信号的基本波形掌握； AMI码和HDB3码的编码规则的理解和掌握； 无码间串扰应具有的传输特性的分析和掌握。
➢ 难点是： 基带数字信号的功率谱密度分析及其作用的理 解； 部分响应系统的原理、分析和作用的理解。
编码规则：
首先，将消息码变换成AMI码，
然后，检查AMI码中连“0”的情况：
▪ 当没有发现4个以上（包括4个）连“0”时，则不作改变，AMI 码就是HDB3码。
▪ 当发现4个或4个以上连“0”的码元串时，就将第4个“0”变成 与其前一个非“0”码元（“＋1”或“－1”）同极性的码元。
▪ 将这个码元称为“破坏码元”，并用符号“V”表示，即用 “+V”表示“＋1”，用“－V”表示“－1”。
m1
f 0
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对公式意义的分析
二进制随机脉冲序列的功率谱可能包含连续谱和 离散谱两部分；
连续谱总是存在的； 离散谱却不一定存在；
离散谱是否存在是至关重要的，关系着能否从 脉冲序列中直接提取位定时信号。
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（d）对简单二元码功率谱的总结
几点重要结论：
功率谱的形状取决于单个波形的频谱函数； 时域波形的宽度愈窄，频带愈宽； 凡是0，1等概的双极性码均无离散谱； 单极性归零码的离散谱中有位定时分量，因此
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(3)单极性非归零码（NRZ）
单极性：1---高电平；0---0电平，码元持续期间电平 不变
非归零：NRZ (nor-return to zero) 有直流且有固定0电平，多用于终端设备或近距离传
输（线路板内或线路板间）；
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(4) 单极性归零码（RZ）
归零：RZ (return to zero)发送“1”码时 高电平在码元期间内只持续一段时间，多 用于近距离波形变换；
种传输方式； 2、数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题，也就是
说，基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑 的问题； 3、任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基带传 输系统来研究；
5
6.1 基带数字信号及其频谱特性
6.1.1数字基带信号
6
(1) 单极性波形
特点：电脉冲之间无间隔，极性单一，易于 用TTL、CMOS电路产生；
3
数字基带信号 － 未经调制的数字信号，信号含丰富的低频 分量，甚至直流分量；它所占据的频谱是从零频或很低频率 开始的。
数字基带传输系统 不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统， 常用于传输距离不太远的情况下。
数字调制（带通）传输系统 包括调制和解调过程的传输系统。
4
为什么要研究数字基带传输系统？ 1、在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广泛采用了这
▪ 为了保证相邻“V”的符号也是极性交替：
▪ * 当相邻“V”之间有奇数个非“0”码元时，这是能够保证 的。
▪ * 当相邻“V”之间有偶数个非“0”码元时，不符合此“极 性交替”要求。这时，需将这个连“0”码元串的第1个“0”变 成“＋B”或“－B”。B的符号与前一个非“0”码元的符号相反； 并且让后面的非“0”码元符号从V码元开始再交替变化。
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6.1.2基带数字信号的频谱特性
假设随机信号序列是一个平稳随机过程，其中“0”和“1”
的出现概率分别为P和(1P)，而且它们的出现是统计独立
的
则有：
s(t) sn (t)
n
式中，
sn
(t)
g1 (t g2 (t
nT ), nT ),
概率为P 概率为(1 P)
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另一个角度：任意随机信号的分解
f
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6.2 基带数字信号的传输码型
对于传输码型，有如下一些要求：
无直流分量和只有很小的低频分量； 含有码元的定时信息； 传输效率高； 最好有一定的检错能力； 适用于各种信源，即要求以上性能和信源的统计特性无关
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6.2 基带数字信号的传输码型 AMI码 －传号交替反转码
编码规则：“1” 交替变成“＋1”和“－1”， “0” 仍保持为“0”，
双相码 － 曼彻斯特码
编码规则：消息码“0” 传输码“01”
消息码“1” 传输码“10”
例：
01 10
+E
-E
消息码： 1 1 0 0 1 0 1 双相码：10 10 01 01 10 01 10
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基带数字信号的传输码型
译码规则：消息码“0”和“1”交替处有连“0”和 连“1”，可以作为码组的边界。