数字信号的基带传输

光纤, 无线
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基带和频带传输模型
数字信号 码型生成器 数字信道 接收 滤波器 抽样判决器
噪声
数字基带传输模型
数字基带 信号 调 制 器 调制信道 接收 滤波器 解 调 器 抽 样 判 决 器
噪声
频带传输模型
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基本概念
三、信号通过系统 1、系统
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1、系统
系统的冲激响应
激 励
输入信号
系统
输出信号
H(ω) A 0 B ω A 0
B 2
H(ω)
0 -
ω0
0
B 2
ω
（a）低通滤波器
（b）带通滤波器
A H ( ) 0
0 B other
A H ( ) 0
B B 0 0 2 2 other
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无失真系统是否为线性系统？
（1）是否具有齐次性？
x(t )
X ( )
响 应
h(t )
H ( )
y(t )
Y ( )
系统的传输函数
数学模型的时间表达式为：
y(t ) T [ x(t )]
用频率表达式可以将系统对信号的作用描述为：
Y ( ) X ( ) H ( )
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基本概念
三、信号通过系统 2、线性系统
线性系统是指系统模型应具有齐次性和可叠加性。
1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1
A 0
特点:
具有一般单 极性不归零码 缺点，但可直 接提取位同步信息。
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3.传号交替反转码（AMI码）
用三电平表示二进制的码型。 用无电压的状态表示二进制的“0”码，用交替的 正、负电平表示二进制的“1”码。
例：将二进制消息代码100110000000110011转换为
HDB3码特点： ① 正负脉冲平衡，无直流分量，便于直接传输。 ② 克服了出现长连“0”的缺点，也避免了因失 去定时信息而造成的问题。 ③ HDB3码具有检错能力。 破坏点序列的极性交替规律
④ 低频成分少，频带较窄。
应用 :
PCM基带传输、高次群传输
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5.传号反转码（CMI）
—— 二电平不归零码
3）HDB3序列中的传号码（“1”、V和B）除V码外要满 足极性交替的原则。
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4.三阶高密度双极性码（HDB3）
例：将二进制消息代码100110000000110011转换为
HDB3码。
解：
消息代码： 1
HDB3 : V- +1 0 V+ -1
0 0
1
1 0 0 0 0
0 0 0 1
1 0 0 1
T T kx( t t0 ) y( t ) 具有齐次性 若 x( t ) y( t ) kx( t t0 )，则 x( t )
（2）是否具有可叠加性？
y1 t T x1 t kx1 (t t0 )
y2 t T x2 t kx2 (t t0 )
数字信号的基带传输
1
基本概念
一、数据传输基本概念
例1 典型的数据通信方法： 数字芯片A向芯片B传送数据 序列{…，0XF1，0X73，0XFF，…}
数据线
组同步信号
位同步信号
Frame Synchronization
2
3
基本通信原理中：主要关心的是信息数据代码的传送 0 0 0
1
1
1
1
1
t
Ts
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一、数字基带信号的码型和波形
数字基带信号是数字信息的电波形表示,可以用不同 的电平或脉冲来表示相应的代码。 信号传输常用码型 1、单极性不归零码
2、单极性归零码
3、传号交替反转码（AMI码） 4、三阶高密度双极性码（HDB3码） 5、传号反转码（CMI码）
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1.单极性不归零码（NRZ)
用高电平A和低电平(常为零电平)分别表示二进制信 息“1”和“0”，在整个码元期间电平保持不变，单极 性非归零码常记作NRZ。
1
A 0
1
1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1
特点:
电脉冲之间无间隔，极性单一，易于用TTL、 CMOS电路产生；缺点是有直流分量，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. 单极性归零码（RZ)

单极性归零(RZ)波形：信号电压在一个码元终 止时刻前总要回到零电平。通常，归零波形使 用半占空码，即占空比为50%。从单极性RZ波 形可以直接提取定时信息
幅度。
(4) 时隙（Slot）：一个时隙一个数据位逐个进行。 码元
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基本概念
二、基带传输与频带传输
数字基带信号：未经调制的数字信号，它所占据的频谱是从零
频或很低频率开始的。
基带传输：将数字基带信号通过基带信道(传递函数为低通型)传
输 —— 信号频谱不搬移，直接传送。
同轴电缆，双绞线 频带信号：数字基带信号经正弦波调制的带通信号 频带传输：将数字带通信号通过带通信道传输
AMI编码。
解：
消息代码： 1 0 0
1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1
AMI码： -1 +1 0 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 -1 +1 0 0 -1 +1 +1
-1 0 0 +1 -1 0 0 0 0 0 0 0 +1 -1 0 0 +1 -1
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3.传号交替反转码（AMI码）
优点:
a.直流分量为0，零频附近低频分量小（由于其传号码极性反
转），利于变量器耦合匹配；
b.经全波整流，并变换成单极性半占空码，能取得同步信号；
c.有一定的检错能力。
缺点: 对于较长的比特0序列，同步信号不易提取。
应用 :
广泛用于PCM基带传输
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4.三阶高密度双极性码（HDB3）
HDB3码的编码规则如下：
1）在传输的二进制序列中，当连“0”码不大于3个时，
HDB3码的编码规律与AMI码相同，“1”码变为“+1”、“1”的交替脉冲，“0”码保持不变。
2）当代码序列中出现4个连“0”码时，用取代节000V 或B00V代替。顺序：先000V，不可用时再B00V
000V取代节的安排须满足以下两个要求： a. 各取代节V码极性要交替出现； b. V码要与前一个传号码的极性相同。
X ()
H ( )
Y ( )
对上式两边进行傅立叶变换，可得：
Y () kX ()e jt0
H ( ) ke jt0
无失真系统传输函数的幅度为一常量：
无失真系统的 传输函数
H () k
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典型的无失真系统有：
允许基带信号通过的低通滤波器 允许频带信号通过的带通滤波器
振幅失真：
是信号各个频率分量的振幅值随频率发生了不同变化。
由传输设备和线路引起的衰损造成的
延迟失真：
是信号各频率分量的传播速度不一致所造成的失真。
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基本概念
三、信号通过系统 3、无失真系统
如果信号通过系统后各个频率分量的振幅和延迟改变 都是相同的，则称信号不失真。能够使信号不失真的系 统称为不失真系统。
在数字传输系统中，
模拟信号 数字码形
编码器
数字序列
传输后的信号不失真，衰减尽可能小
数字信道
问Байду номын сангаас：
1、依据什么标准来确定信号码型？ 2、采用基带传输还是频带传输？ 3、选择何种能够防止传输串扰的系统？
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主要内容
一、数字基带信号的码型和波形 二、数字基带信号的频谱特性 三、基带脉冲传输与码间串扰
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缺点: a. 具有非零的直流分量 应用 : 机内码，近距离接口码
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b. 无在线检错能力

双极性信号
在正逻辑中: 二进制 “1”——〉+AV 二进制 “0”——〉 - A V
优点: a. 如果0、1等概，则无直流分量
b. 抗干扰能力比单极性信号强 缺点: a.需要两种电源 b. 无在线检错能力
应用 : 机内码，近距离接口码
1
0 -1 +1 0 0 0 V+ 0 0 0 -1 +1 0 0 -1 +1
0 0 +1 -1 0 0 0 V- 0 0 0 +1 -1 0 0 +1 -1
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4.三阶高密度双极性码（HDB3）
例：
将二进制消息代码110110000000100001转换为HDB3码。
解：
消息代码： 1 HDB3 : V- +1 -1 0 +1 -1 V+ -1 +1 0 -1 +1
电报术语：“传号”（Mark）=1；“空号”（Space）=0
术语：
（1）单极性（Unipolar）与双极性（Polar）

单极性信号 (on-off keying)
在正逻辑中: 二进制 “1”——〉+AV
二进制 “0”——〉 0 V 优点: a. 产生该信号的电路只需要一种电源
b. 该信号通过 TTL 或 CMOS 电路容易产生
PAM（脉冲幅度调制）：用0、1信息序列去改变脉冲的幅度。 二元PAM信号 多元PAM信号
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数据传输的几个基础概念： (1)二进制序列（Binary sequence）：取值为0、1 (2) 二元PAM信号（Binary PAM signal）：采用两种 高度的脉冲传信息。 (3) 定时（Timing）：接收时对准相应的脉冲，检测
相对码
用相对电平变化传信息
传号差分码——“1变0不变”， 空号差分码——“0变1不变”
电报术语：“传号”（Mark）=1；“空号”（Space）=0
多电平波形
为了提高频带利用率,可以采用多电平波形或多值波形.
3 00
1 0 -1
-3
01
Ts 2Ts
01 10
11 4Ts 5Ts
t
由于多电平波形的一个脉冲对应多个二进制码,在波特率 相同(传输带宽相同)的条件下,比特率提高了,因此多电平波 形在频带受限的高速数据传输系统中受到了广泛的应用.
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例2:设一系统的输入输出关系为 y(t) = x2(t) ，试判断系统
是否为线性？
解: 输入信号 x(t) 产生的输出信号为 y(t ) x (t ) , 即
2
T x(t ) y(t )
改变输入信号为 ax(t) ，系统的输出信号：
2 （x） (t ) 2 x 2 (t ) 2 y(t )
一、数字基带信号的码型和波形
数字基带信号是数字信息的电波形表示,可以用不同 的电平或脉冲来表示相应的代码。 典型的基带信号波形 (以矩形脉冲为例)
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基本的脉冲形状是矩形的，典型的数字基带信号波形为：
Ts
占空比

d

Ts
相对码
用相对电平变化传信息
传号差分码——“1变0不变”， 空号差分码——“0变1不变”
T ax(t ) a 2 y(t )
不满足线性系统的齐次性，所以该系统是非线性系统。
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基本概念
二、信号通过系统 3、无失真系统
失真 —— 信号不同频率的分量在通过系统时受到不同程度的 衰减和延迟的影响，最终使到达接收端的信号与发 送端送出的初始信号在波形上有所差异，把这种系 统（或信道）导致的信号波形的变化称为失真。
yt T x1 (t ) x2 (t ) k ( x1 (t t0 ) x2 (t t0 )) y1 (t ) y2 (t )
具有可叠加性
所以无失真系统是线性系统。
无失真系统中的低通滤波器和带通滤波器，在它们的滤波 范围内都是线性系统。
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数字信号的基带传输
（1）齐次性
T 若 x(t ) y(t )
T 则x(t ) y(t )
（2）可叠加性
y1 t T x1 t ,
y2 t T x2 t
yt T x1 (t ) x2 (t ) T x1 (t ) T x2 (t )
假定通过系统前的信号为X(t)，通过系统后的信号为Y(t)，
不失真系统只能导致信号如下改变：
Y (t ) kX (t t 0 )
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系统对信号的作用如下：
输入信号
系统
输出信号
Y ( ) X ( ) H ( )
不失真系统信号输出：
X(t )
h(t )
Y( t )
Y ( t ) kX( t t0 )
1 0
1
1 0
0 0 0
0 0 0 1 0 0 0 0
1
B+ 0 0 V+ 0 0 0 -1 0 0 0 V- +1 B- 0 0 V- 0 0 0 +1 0 0 0 V+ -1
两个取代节之间的原始传号码的个数k:
是奇数时，后边取代节用000V； 是偶数时，后边取代节用B00V；
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4.三阶高密度双极性码（HDB3）
如：RS232接口
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术语：
（2）不归零（NRZ）与归零（RZ）：
不归零信号能量饱满，因而抗干扰能力较强；
但归零信号跳变沿丰富，有利于接收端提取定时信息 （为了节省资源，同步信息常常和数据信息捆绑在一起 传送）。
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基本的脉冲形状是矩形的，典型的数字基带信号波形为：
多电平波形
Ts
占空比

d

Ts
在CMI码中，原二进制信息“1”交替地用全占空 的一个周期方波： “11”或“00”表示；原二进制 信息“0”则用半占空方波：“01” 表示。