第六章 信道编码(基带信号、能量扩散、码间干扰)

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1. m 序列的产生 一般用带有若干反馈线的m级移位寄存器产生周期为 2m-1的m序列,这种移位寄存器可以用生成多项式G(x)表示：

式中 ， 表示第i级寄存器，ai=1 表示这一级有反馈 线，ai=0表示这一级无反馈线。
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能量扩散的原因： 1、信源码流中可能会出现长串的连“0”或连“1”， 这将给接收 端恢复位定时信息造成一定困难。 ( 用NRZ码进行基带信号传输的缺点是其频谱会因 数据出现连“1”、连“0”而包含大的低频成分，不适应信道 的传输特性,也不利于从中提取出时钟信息。 )
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二、．无码间干扰传输的条件及实现方法 （1）由于理想低通滤波特性无法实现,可以证明,只要传 输函数H(ω)沿ω轴以2π/T为间隔（n=0,±1，±2，…） 切开，然后分段平移到（－π/T，π/T）区间内进行相 加，结果形成一条水平直线，也可以实现无码间干扰的传 输条件。无码间干扰的基带传输特性如图所示.
信道编码
6．3 数字基带信号的传输处理 一、概念 二. 码型的选择 三、基带信号眼图法： 6.4能 量扩散 （伪随机序列扰码PRBS ） 6.5无码间干扰基带传输
数字基带信号的传输处理
一、概念
二. 码型的选择
三、基带信号眼图法：
一、概念 码 型：用以表示一系列二进制数据的离散电脉冲波 形。 数字基带信号：指频带从直流和低频开始的电脉冲信号。 数字信号基带传输：采用数字基带信号直接传送方式，适 合于有线信道或近距离传输； 数字信号调制传输或载波传输：把信号频谱变换到高频载 波上进行传送，适合于无线信道或有线信 道的远距离传输。
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2、当数字基带信号是周期不长的周期信号时，已调波的频 谱将集中在局部并含有相当多的高电平离散谱。结果对处 于同一频段的其它业务的干扰超过了规定值。 在数字电视广播过程中会出现码流中断或码流格式不 符合MPEG-2的TS流结构的情况，导致ຫໍສະໝຸດ Baidu制器发射未经调 制的载波信号；
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初始值 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 00000011…
PRBS 异或门 与门 异或门
数据输出
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一．理想低通滤波系统可实现无码间干扰 理想低通滤波器特性和冲激响应如图所示。

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由图可见理想低通的冲激响应h(t)波形具有sinx/x函数 的特性，在t=0处具有最大值，在t=±nT点上都过零点 （T=π/ωc，ωc为系统截止频率)。 如果输入数据的比特率为1/T，则不存在码间干扰问题。 根据系统的截止频率为fc=ωc/2π＝1/2T ，这时的频 带利用率为2bps/Hz（即单位频带内的比特率）。 若数据序列为多元码，比如n元码，则频带利用率为 2log2n bps/Hz,这是无码间干扰所能达到的最高频带利用 率。
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伪噪声特性 如果我们对一个正态分布白噪声取样， 若取样值为正， 记 为+1，取样值为负，记为-1，将每次取样所得极性排成序列， 可以写成 …+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,+1,-1,… 这是一个随机序列，它具有如下基本性质： (1) 序列中+1 和-1 出现的概率相等； (2) 序列中长度为 1 的游程约占 1/2， 长度为 2 的游程约占 1/4，长度为 3 的游程约占 1/8, … 一般地， 长度为k的游程约占 1/2k，而且+1, -1 游程的数目各占一半； (3) 由于白噪声的功率谱为常数，因此其自相关函数为一冲 2009-12-30 4.3~4.5传媒学院电子信息系zlh 25 击函数δ(τ)。
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(2) 升余弦滚降特性的系统在实际中得到广泛应用。 升余弦滚降特性的低通滤波特性如图所示：


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②.分组二元码 基本原理： 要求数据中Tmin 尽可能长，Tmax 尽可能短，即Tmin/ Tmax尽量 小。（即最高频率最低频率差值小即带宽小） 将原为m位的数据组根据一定的规则变换成相应的n位为一组 的码（n＞m）。 特点：1、（优）从2n状态中选出2m种状态相应代表原来的数据组， 可选出最有利于传输或录放的； 2、（缺点）状态数目不变，码位增加，从mbit增加到nbit； 增加冗余 a．4-5分组码 选择原则：1与1之间连续为0的数目不大于2，即d≤2。 变换之后再选用非归零倒相码（NRZI）表示。 NRZI——每遇到1（或0）时，在比特中央翻转。 其 特点是最大翻转间隔明显减小。 b．8-14分组码 不做具体介绍。
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①． 二元码 基带信号波形为矩形；幅度取值只有两种电平。 最简单的两种二元码波形图： 单极性码型：“1”态以高电平（幅度为A）表示，“0”态以低 电平（幅度为0）表示。 双极性码型：“1”态以高电平（幅度为+A）表示，“0”态以 低电平（幅度为－A）表示。 ②． 三元码 幅度取值有三个电平：＋1、0、－1。 特点： 二近制信息“0”其幅度仍为“0”； 二进制信息“1”幅度交替变换为“＋1”和“－1”； “1”每次都要归零，脉冲宽度为码元周期的一半。
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能 量扩散
（伪随机序列扰码PRBS ）
能量扩散的作用 能量扩散也称为随机化、加扰或扰码。
扰码虽然“扰乱”了原有数据的本来规律，但因为是特意“扰乱”的，在接 收端很容易去加扰，恢复成原数据流。
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能量扩散的实现
实现能量扩散功能的是随机化电路，也称为伪随机码 发生器（PRBS）或M序列发生器，由带有若干反馈线的m级 移位寄存器组成。 随机化电路产生伪随机二进制序列再与输入数据逐个比特作运算。
这种m序列与TS流包的码进行XOR扰码运算后，数据们“1”和“0”的连续 游程都很短，且出现的概率基本相同。
3．DVB中的加扰电路. 在欧洲的数字视频广播标准中，无论DVB-S、DVB-C 或DVB-T，都对数字基带信号实施同样的能量扩散。 即采用15级移存器的PRBS对数据序列作模2和，DVB 中的PRBS加扰电路如图所示.

DVB规定的伪随机码生成多项式为 G(x)＝1+x14+x15
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输出序列a0为：
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2. m序列的性质 (1)均衡性：在m序列的一个周期m= 2n -1中，“1”和“0” 的数目基本相等。 (2)游程分布：一个周期序列中接连出现相同码元的个 数称为游程长度，各种游程长度中连“1”的游程和连“0”的 游程大致各占一半。 (3) 伪噪声特性：m序列属于伪噪声（PN）序列或伪随 机二进制序列（PRBS）。
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三、基带信号眼图法：

利用实验的手段方便地估计系统性能的一种方法。
方法：是将待测的基带信号加到示波器的垂直轴输入端，同 时把定时脉冲加到外同步的输入端，使示波器的水平扫描 周期严格与码元的周期同步。
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（三） 二元码的种类和特点

①．普通二元码 常用的二元码波形如图所示。
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单极性归零码：以时间T内有无脉冲信号来表示“1”、“0”； 单极性信号差分码（NRZ-M）：以位定时信号边沿有电平跳变表示 “1”，无电平跳变表示“0”。也称相对码。）； 单极性空号差分码（NRZ-S）：以位定时信号边沿有电平跳变表示 “0”，无电平跳变表示“1”； 双向码：无论码元“1”或“0”，每一码元比特的边缘都有电平跳变，而当 码元“1”时，在每比特中央又有一次跳变，码元“0”时在比特周 期内不跳变。 密勒码（Miller,M）：用码元周期中央出现跳变（而其前后沿不出现跳 变）来表示“1”，对码元“0”则有两种处理情况，单个“0”时码元 周期内不出现跳变，连“0”时在相邻的“0”交界处出现跳变。 密勒平方码（M2）:与其密勒码的区别在于无论“1”或“0”，当连续出现的 相同码元超过2时省去最后一个比特的电平跳变，即对于“1”省 去其中央电平跳变，对于“0”省去其最后一个码元“0”的前沿跳 变。可以看出，它比之密勒码电平变换速率进一步降低，其相应的基带信
Enable 数据输入
图4-4 DVB随机化和去随机化电路
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无码间干扰基带传输


如果传输信道中掺入了过量的干扰信号n(t)，会导致再 生的时钟发生时间偏移使取样判决时刻不准，造成电平判 决差错，从而发生误码。 另外，当一系列的脉冲因信道带宽受限等原因出现波 形失真时，其波形会在时域内扩散，影响到邻旁的数据波 形，称为码间干扰。码间干扰也会导致电平判决出现差错。
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能量扩散的作用 基带信号在随机化电路中进行能量扩散，信号扩散后具 有伪随机性质； 1、已调波的频谱将从局部的频谱分散开来，从而降低对其它 系统的干扰； 2、连“0”码或连“1”码的长度缩短， 便于接收端提取比特定 时信息。
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基带传输的模型
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二. 码型的选择 ㈠、码型的选择基本原则 发送前先变换码型，使数字信息的频谱结构适合于给 定信道的传输特性。主要考虑三点： ①．尽量减少基带信号频谱中的直流、甚低频和高频分量； ②．基带信号中包含适当的定时信息； ③．基带信号的码型应基本不受信号源统计特性的影响。 ㈡ 、码型的分类和特点 只介绍按各种码元的波形幅度取值不同进行分类， 其中主要是二元码和三元码，重点是二元码。二元码、 三元码和多元码如图所示
号频率也减小了。
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密勒码和密勒平方码较好地符合选择码型的基本要求 二元码的功率谱 几种常用的二元码的功率潽如图所示 NRI码含有大量低频成分，频带较宽， 密勒码不但直流成分和低频成分很少，而且上限频率 低，频带宽度仅为双相码的一半，这对带宽受限的信道更 有利。
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一个4级m序列发生器和工作状态转移表如图所示.图中的 线性反馈遵从下式的递归关系式:
假若初始状态{ a3 ,a2 , a1 , a0 }为{0,0,0,1}； 在移位时钟节拍控制下{ak }的状态将逐次变动，移位 15次后又回到初始状态， { a3 ,a2 , a1 , a0 }＝{0,0,0,1}。