第五章 数据信号基带传输
第五章 数字信号的基带传输.
成立。所以，频域受限信号，其时域必然是无限延
伸的，这种延伸就形成了码间串扰。而码间串扰和
干扰是同时存在的，为简化分析，假定没有干扰，
只有串扰。
下面是基带传输系统模型。 由图可见，成形网络由发收滤波器及信道构成， 所以其传递函数为：
S ( ) T ( )C( )R( )
5.4.1 无码间串扰的条件 无码间串扰传输的充要条件是仅在本码元上有最 大值，而对其它码元抽样时刻样值无影响，参见下图。 即当数学上满足 s(kT ) S0 (t ) 时，抽样值是无码间串扰 的。其中：
Rb B
单位为 bit /( s.Hz)。若码元序列为M 进制码元，则
频带利用率为： 2 lg 2 M bit/(s Hz) 。理想低通信号 又称为具有最窄频带的无串扰波形。
2、升余弦滚降信号 升余弦信号的基带系统的传递函数为：
S 0T T 1 sin 2 2 S( ) S0T , 0, T , 0 (1 T ) (1 T (1 ) T ) (1 T )
2
n
E am an 所以，
P2 1 P
1 P P2
2
2P 1 P P 1 P
0
am an 当m = n 时，
E am an 所以，
an
2
(1 P)2 , 以概率 P P2 , 以概率 1 P
P(1 P)
(1 P2 ) P P2 (1 P)
因此，E am an
0, m P(1 P), m
n n
由于 uT (t ) 的频谱 UT ( ) 为：
5.3 数字基带信号的功率谱 对于收信者，接收信号为一随机脉冲序列，所
以只能用功率谱来加以描述。下页图给出了二进
制随机脉冲序列的波形图。
第五章数字基带传输系统精品PPT课件
6.
当多于一个二进制符号对应一个脉冲的时候， 波形统称为多电平波形或多值波形。
例如，若令两个二进制符号00对应+3E，01 对应+E，10对应-E，11对应-3E，则所得波形 为4电平波形，如图 5 -3(f)所示。
信道：允许基带信号通过的媒质。通常 为有线信道， 如市话电缆、架空明线等。 信道的传输特性通常不满足无失真传输 条件，另外还会进入噪声。 在通信系统 的分析中，常常把噪声等效集中在信道 中引入。
接收滤波器：主要作用是滤除带外噪声， 使输出的基带波形有利于抽样判决。
抽样判决器：在传输特性不理想和噪声 的背景下，在规定时刻（由位定时脉冲 控制）对接收滤波器的输出波形进行抽 样判决，用来恢复与再生基带信号。
由于这种波形的一个脉冲可以代表多个二进 制符号， 故在高数据速率传输系统中，采用这 种信号形式是适宜的。
数字基带信号的数学表示
消息代码的电波形并非一定是矩形的，还 可以是其他形式。但无论采用什么形式的波形， 数字基带信号都可用数学表达式表示。若数字 基带信号中各码元波形相同而取值不同，则可 用
s(t) ang(t nTS)
n
表示。式中，an是第n个信息符号所对应的电平 值（0、1或-1、1等）；Ts为码元间隔(周期)； g(t)为某种脉冲波形。
对于二进制代码序列，若令g1(t)代表 “0”，g2(t)代表“1”，则 g(tnTS)gg12((ttnnTSTS))（ （出 出现 现01） ） 符 符号 号
5.2.2 基带信号的频谱特性
同步 提取
图 5 -1数字基带传输系统
信道信号形成器：基带传输系统的输入是 由终端设备或编码器产生的脉冲序列，它 不一定适合直接在信道中传输。
第五章 数字信号的基带传输(天大教材)
B3ZS码
在目前的通信系统中B3ZS码采用00V 和B0V，这两 种取代节的选取原则和HDB3码相同，它实际上就是 HDB2码 二进制： 101 1 000 000 0 1 1 000 000
B3ZS（V－）B+0B-B+ 00V+ B-0V_ 0 B+B-B+0V+
4、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 η＝CB/CC，其中：
AMI码：存在一个主要问题是：连“0”码出现时，定时恢复 难以实现。需要采取措施消除长零。
2、HDBn码
HDBn码
HDBn码是n阶高密度双极性码的缩写。信息“1”交替地变 换为＋1与－1的半占空归零码。而连“0”个数被限制为小 于或等于n。一旦出现n+1个“0”时，就用固定码组取代。
取代节
当信息码组中出现n+1个0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 “破坏点”，在这些破坏点处传号极性交替规律受到破坏。
编码前的速率RB C
B
= RB
N
∑
2
i =1
Pi log
2
( 1
P i
)
编码后的速率RC C C = RC ∑ q i log 2 ( 1 ) q
i =1 i
例如1B1T码，RB=RC 其编码效率 η＝1/log23=63.09%
分组编码
为了尽量少降低编码效率，可以采用分组编码的方 法。就是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。这样可以降低编码后的 码元传输速率，提高编码效率。
数字信号传输的基本方式
基带传输
不经过调制直接进行数字信号的传输此传输方式称为 数字信号的基带传输。应用于传输距离较近的情况(计 算机---打印机)
第五章数字信号的基带传输(1)
第五章 数字信号的基带传输5.错误!未定义书签。
设一数字传输系统传送八进制码元，速率为2400波特，则这时的系统信息速率为多少？ 解：22log 2400log 87200bps b s R R M ==⨯=5. 错误!未定义书签。
已知：信息代码 1 1 1 0 0 1 0 1 (1)写出相对码： 1 (2)画出相对码的波形图（单极性矩形不归零码）。
解：(1)写出相对码：1 0 1 0 0 0 1 1 0 (2)画出相对码的波形图（单极性矩形不归零码）。
5.错误!未定义书签。
独立随机二进制序列的“0”、“1”分别由波形()1s t 及()2s t 表示，已知“0”、“1”等概出现，比特间隔为b T 。
（1）若()1s t 如图(a )所示，()()21s t s t =-，求此数字信号的功率谱密度，并画出图形；（2）若()1s t 如图(b )所示，()20s t =，求此数字信号的功率谱密度，并画出图形。
解：(1)此时这个数字信号可表示为PAM 信号()()nbn s t a g t nT ∞=-∞=-∑其中序列{}n a 以独立等概方式取值于1±，[]0a n m E a ==，221a E a σ⎡⎤==⎣⎦；()()1g t s t =，其傅氏变换是()()sinc b b G f T fT =所以()s t 的功率谱密度为()()()222sinc as b b bP f G f T fT T σ==。
（2）此时这个数字信号可表示为()()nbn s t a g t nT ∞=-∞=-∑其中序列{}n a 以独立等概方式取值于()0,1；()()1g t s t =，其傅氏变换是()sinc 22b b T T G f f ⎛⎫=⎪⎝⎭由于1122n n a b =+，其中n b 以独立等概方式取值于1±，所以 ()()()1122n b b n n s t b g t nT g t nT ∞∞=-∞=-∞=-+-∑∑()()12n b n u t b g t nT ∞=-∞=-∑一项的功率谱密度是()()22sinc 4162b b u bG f T T P f f T ⎛⎫==⎪⎝⎭()()12b n v t g t nT ∞=-∞=-∑是周期信号，可展成傅氏级数：()()212bmj t T b m n m v t g t nT c e π∞∞=-∞=-∞=-=∑∑其中()()222222111221212sin 21102240other 2b b bbbb mmj t j t T T T T m b T T n bb b b b b b bc g t nT e dt g t edtT T m k T m m T m G m T T T m mT πππππ∞----=-∞=-=⎧±=±⎪⎛⎫⨯⎪⎪⎛⎫⎪⎝⎭====⎨⎪⎛⎫⎝⎭⎪⨯ ⎪⎪⎝⎭⎪⎩∑⎰⎰所以()()12b n v t g t nT ∞=-∞=-∑的功率谱密度是()()()222111214421v nn k b b n k P f c f f f T T k δδδπ∞∞=-∞=-∞⎛⎫⎛⎫-=-=+- ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭∑∑于是()s t 的功率谱密度为：()()()22211121sinc 1624421b b s k b T T k P f f f f T k δδπ∞=-∞⎛⎫-⎛⎫=++- ⎪ ⎪⎝⎭-⎝⎭∑5. 错误!未定义书签。
通信原理第5章数字基带传输系统
N
sT (t) sn (t)
n N
为了使频谱分析的物理概念清楚，推导过程简 化，将sT(t)分解成稳态波vT(t)和交变波uT(t)。
24
稳态波：是随机序列s(t)的统计平均分量，
取决于每个码元内出现g1(t)、 g2(t)的概率加 权平均，且每个码元统计平均波形相同，因
此可表示成：
13
2. 双极性不归零码波形（BNRZ）
脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码1、0。
特点：当0、 1符号等概出现时无直流分量（幅度相 等、极性相反的双极性波形） 。 接收端判决电平为 0，不受信道特性变化的影响，抗干扰能力较强。双 极性波形有利于在信道中传输。
E
10
-E
14
3. 单极性归零波形（RZ）
f
s
Pg1(t) (1 P)g2 (t) e jms d
f s PG1(m s ) (1 P)G2 (ms )
28
式中
G1(ms ) g1(t)e jmstdt
G2 (ms ) g2 (t)e jmstdt
29
把得到的Cm代回v(t)表达式得
v(t) f s PG1(m s ) (1 P)G2 (m s )e jmst
代码
10
0
Ts
12
此波型不宜传输。因为：
1）有直流分量，一般信道难于传输零频附近的 频率分量。 2）收端判决门限电平与信号功率有关，受信道特 性变化影响，不方便。 3）不能直接用来提取位同步信号，因NRZ连0序 列中不含有位同步信号频率成分。 4）要求传输线路有直流传输能力，即有一根需要 接地。
此波形只适用于计算机内部或极近传输。
信道匹配， 便于传输，减小码间串扰，利于同步提取
第五章数字信号的基带传输
第五章 数字信号的基带传输基带传输系统频带传输系统（调制传输系统）数字基带信号：没有经过调制的原始数字信号。
（如各种二进制码PCM 码，M ∆码等）数字调制信号：数字基带信号对载波进行调制形成的带通信号。
5.1、基带信号的码型一、数字基带信号的码型设计原则：1． 对传输频带低端受限的信道，线路传输的码型的频谱中应该不含有直流分量；2．信号的抗噪声能力强；3．便于从信号中提取位定时信息；4．尽量减少基带信号频谱中的高频分量，节省传输频带、减小串扰； 5．编译码设备应尽量简单。
二、数字基带信号的常用码型。
1、单极性不归零码NRZ （Non Return Zero ）脉冲宽度τ等于码元宽度T特点：（1）有直流，零频附近的低频分量一般信道难传输。
（2）收端判决门限与信号功率有关，不方便。
（3）要求传输线一端接地。
（4）不能用滤波法直接提取位定时信号。
2、双极性非归零码（BNRZ ）T =τ，有正负电平特点：不能用滤波直接提取位定时信号。
⎩⎨⎧数字通信系统3、单极性归零码（RZ）τ<T特点：（1）可用滤波法提取位同步信号（2）NRZ的缺点都存在4、双极性归零码（BRZ）特点：（1）整流后可用滤波提取位同步信号（2）NRZ的缺点都不存在5、差分码电平跳变表1，电平不变表0 称传号差分码电平跳变表0，电平不变表1 称空号差分码特点：反映相邻代码的码元变化。
6、传号交替反转码（AMI）τ）归零码表0用零电平表示，1交替地用+1和-1半占空（T5.0=示。
优点：（1）“0”、“1”不等概时也无直流（2）零频附近低频分量小（3）整流后即为RZ码。
缺点：连0码多时，AMI整流后的RZ码连零也多，不利于提取高质量的位同步信号（位同频道抖动大）应用：μ律一、二、三次群接口码型：AMI加随机化。
7、三阶高密度双极性码()3HDBHDB3码编码步骤如下。
①取代变换：将信码中4个连0码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻的V码中间有奇数个1码时用000V代替4个连0码，有偶数个1码时用B00V代替4个连0码。
通信原理第5章数字信号的基带传输
影响因素
带宽效率受到多种因素的影响， 包括信号的频谱特性、传输通道
的带宽限制、多径干扰等。
提高方法
为了提高带宽效率，可以采用高 阶调制技术、多载波调制技术、 高效编码技术等措施，以提高数 字信号的传输速率和带宽利用率。
05 基带传输的未来发展与挑 战
高频谱效率的基带传输技术
高级编码调制技术
简化的信号处理算法
研究和发展简化的信号处理算法，降低基带传输的复杂度，提高 实时性和能效。
低复杂度调制解调技术
采用低复杂度的调制解调技术，如QPSK、16-QAM等，降低实现 难度和功耗。
硬件加速技术
利用硬件加速技术，如FPGA和ASIC，实现高速数字信号处理，降 低计算复杂度。
基带传输在物联网中的应用与挑战
基带传输的应用场景
有线局域网
基带传输在有线局域网中广泛应用， 如以太网（Ethernet）。
光纤通信
在光纤通信中，基带传输常用于短距 离、高速率的信号传输。
无线局域网（WLAN）
WLAN中的信号传输通常采用基带传 输方式。
数字电视信号传输
数字电视信号通常采用基带传输方式， 通过同轴电缆或光纤进行传输。
04 基带传输的性能指标
误码率
01
02
03
误码率
是指在传输过程中，错误 接收的码元与总传输码元 的比值，是衡量数字通信 系统可靠性的重要指标。
影响因素
误码率受到多种因素的影 响，包括信噪比、信号的 频谱特性、传输通道的畸 变、多径干扰等。
降低方法
为了降低误码率，可以采 用差分编码、信道编码、 均衡技术等措施，以提高 数字信号的抗干扰能力。
信噪比
信噪比
第五章数字信号的基带传输-
01 0 0 00 11 000 00 10 10
单 极 性 （ N R Z )
01 0 0 00 11 000 00 10 10
双 极 性 （ NRZ)
Z )
01 0 0 00 11 000 00 10 10
双 极 性 （ RZ)
（2）当g1(t) 、 g2(t) 、p及Tb给定后，随机脉冲序列功率谱 就确定了。
(1)随机数字基带信号的功率谱通常包括离散谱和连续谱并在 整个频域无限延伸；
(2)不论离散谱或连续谱，都与基本脉冲的频谱G()、基带信 号的形式（即c1和c0）及统计特性（即p）有关;
(3) 连续谱在实际中总是存在的，因为 c1≠c0，p≠0，p≠1， 我们主要关心的是信号集中在哪个频率范围及信号的带 宽；根据它的连续谱可以确定序列的带宽（通常以谱的第 一个零点作为序列的带宽）。
Miller
米勒码： “1”码用01和10交替变化来表示 “0”码时：单个“0”时，无跃变，连“0”时， 用 00和11交替变化来表示 双相码的下降沿正好对应米勒码的跃变沿
01 0 0 00 11 000 00 10 10
CMI
01 0 0 00 11 000 00 10 10
DMI
01 0 0 00 11 000 00 10 10
t
2
2
u(t)
(c)
O
t
Xn(t)=
g1(t-nTs), g2(t-nTs),
以概率P 以概率(1-P)出现
为了使频谱分析的物理概念清楚，推导过 程简化，我们可以把x(t)分解成稳态波v(t)和交 变波u(t)。
二进制随机脉冲序列s(t)表示为
s(t)sn(t)v(t)u(t) n
第5章数字信号的基带传输PPT课件
主要外语词汇
数字基带传输 Digital Baseband Transmission
码间干扰 ISI （Intersymbol Interference） 不归零码 NRZ（Non-Return-to-Zero） 归零码 RZ（Return-to-Zero）
传号交替反转码
AMI（Alternate Mark Inversion Code）
作V码。为与真正“1”码区别，V码的极性破坏了正负交 替的规律，它与前一个非“0”脉冲的极性相同； 信息代码：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 l 1 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 0 0 0 +V -1 +1 却发现：若两V码间有奇数个“1”， V码满足极性交替。
零）
10
4. 双极性归零码 ——— BRZ
(Bipolar Return-to-Zero)
10 1 0 0 1 1 ＋E 0 －E （1）正脉冲为“1”，负脉冲为“0”；(双极性)
（2）脉冲宽度τ＜码元周期 Tb 。 （归零）
11
❖ 四种基本码型的对比
101 单极性不归零码 ＋ E
0
00
11
单极性归零码 ＋E 1 0 1 0 0 1 1 0 1010 011
＋E 0 －E
14
2. HDB3码 ——— High Density Bipolar 3 code （三阶高密度双极性码 ）
解决AMI码在多个连零情况下无法提取同步信息的困难。 (1) 当信码中连“0”个数不超过3时，AMI码即为HDB3码； (2) 当连“0”个数超过3时，则将第4个“0”改为“1”码，记
第5章 数字信号基带传输.
第5章数字信号基带传输知识点：(1 信号设计——码型、波形是数字编码传输的基础；(2 随机数字波形序列的功率谱特性；(3 数字基带信号传输系统构成及其主要知识；(4 消除符号间干扰理论——Nyquist 准则基本原理及实施技术；(5 均衡的基本概念。
知识点层次：(1 掌握主要码型如双极性不归零码、AMI 、差分码等构成特点，理解其他码型特征；(2 理解功率谱构成特征，掌握决定功率谱的主要参量；(3 掌握奈氏第一准则及有关参数、关系，理解第二准则基本思想；(4 了解均衡目的及主要做法；(5 掌握并理解各典型例题及简答填空内容。
第五章数字信号基带传输返回本章讨论了三个问题：（1）发送信号的码型与波形选择及其功率谱特征；（2）符号间干扰及奈奎斯特准则——关于ISI 的产生机理与消除ISI 的基本原理；（3）作为消除ISI 及其它噪声、干扰影响，进行的接收波形均衡，以及直观评价接收效果的方法（眼图）。
现分别总结如下：1. 数字基带信号码型与波形设计（选择），首先应适于通信传输的基本要求，尽可能保证较高的可靠性及带宽利用率。
常用码型针对不同的要求，各有不同特点。
就二元信号来说，NRZ 、AMI 、CMI 、差分码等各有优势，并有很好的功率谱特性。
HDB 3码多用于PCM 基群线路码型，以及A 律PCM 各次群。
从减少平均误差来看，自然码不如格雷码。
用什么形状的波形表示各种码型，也需考究。
通常为便于介绍原理，多利用方波，这样单符号能量似乎最大。
从减少ISI 及适应限带信道特性系统来看，方波并不是最佳的。
另外，还应考虑二元或多元符号波形之间的正交性，以利较佳接收，如NRZ 、AMI 、CMI 等，均具有正交性或变相正交，抗干扰能力强。
数字基带信号的传输系统，较多为收发同步模式。
便于收端提取同步，往往是选择码型的主要考虑之一。
2. 数字基带信号作为随机信号采样，它具有具体的自相关函数及相互确定的功率谱。
它完全取决于三原则先验概率、码型波形形状及传输速率或码间间隔。
第五章 数字信号的基带传输(1)
第5章数字信号的基带传输••••5.1引言5.2数字基带信号波形及其功率谱密度¾数字PAM信号是以脉冲载波的幅度携带数字信息。
5.2.1 数字脉冲幅度调制(PAM)¾MPAM 信号的时域表示式可写为： ()()1,2,...,0i i T ss t ag t i M t T ==≤≤MPAM 信号波形也可表示为另一形式：()()n T s n s t a g t nT ∞=−∞=−∑5.2.2 常用的数字PAM信号波形(码型)1. 单极性不归零码(NRZ)2. 双极性不归零码3. 单极性归零码(RZ)4. 双极性归零码5. 差分码(相对码)6. 多电平的PAM信号波形(MPAM)第5章数字信号的基带传输2 双极性不归零码{}:1110010n b 10n A a A +⎧=⎨−⎩12b t rect T ⎛⎞−⎜⎟⎝⎠0t()T g t 1b T3 单极性归零码(RZ)t()T g t 12b T 1()2T t g t rect τ⎛⎞=−⎜⎟⎝⎠{}:1110010n b②差分译码1n n na b b −=⊕习题5.2（p186)已知信息代码1 1 1 0 0 1 0 1（1）写出相对码（初始值为1）；（2）画出相对码的波形图（单极性矩形不归零码）5.2.3 数字PAM 信号的功率谱密度计算¾如何求PA Ｍ信号的功率谱密度–证明随机过程的平稳性–对于循环平稳过程求其平均自相关函数–通过平均自相关函数求功率谱密度()()n T s n s t a g t nT ∞=−∞=−∑2(1/)22(1/)()()s ssj f T mT a s a m j fmT j ma m P f T R m eR m eeπππ∞−+=−∞∞−−=−∞+==∑∑∵∴P a (f )是f 的周期函数，周期为1/T s 。
其傅氏级数形式为=12()()sj fmT a a m R m eP f π∞−=−∞==∑2()()sj fmT a am P f R m eπ∞−=−∞=∑1/221/2()()sssT j fmT a s a T R m T P f edfπ−=∫系数为[][]{}()()()n n m n n n m n m Cov a a E a E a a E a +++=−⋅−2[][]()[][][]an n m a n n m n n m E a E a R m E a a E a E a σ+++⎧+==⎨⎩设广义平稳随机序列{a n } 是实的且互不相关22200a aam m mm σ⎧+==⎨≠⎩20[][][]0an n m n n m m E a a E a E a m σ++⎧==−=⎨≠⎩例5.2.10二进制信息序列{b n }的取值为＋1或－1，m b =0，方差为1，各符号之间互不相关，序列a n =b n +b n-1(算术加）。
通信原理 第五章 基带数字信号的表示和传输
HDB3码
通信原理
【例】1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1
AMI码
HDB3码 【例】2 HDB3码
+ 0 0 0 - + - 0 0 + + 0 0 0 - + - 0 0 + -
1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 + 0 0 0 V+ - 0 + - 0 0 0 V- 0 +
电子工业出版社
主要内容
通信原理
5.1
概 述
5.2 字符的编码
5.3 数字基带信号波形 5.4 基带传输的常用码型 5.5 基带数字信号的频率特性 5.6 基带数字信号传输与码间串扰 5.7 眼图 5.8 时域均衡
电子工业出版社
5.3 数字基带信号波形
通信原理
1
数字基带信号
2
基带信号的波形的形成
电子工业出版社
电子工业出版社
最常见的基带信号波形
通信原理
单极性不归零脉冲 双极性不归零脉冲 单极性归零脉冲 双极性归零脉冲 差分码（相对码） 多电平脉冲
电子工业出版社
多电平脉冲
通信原理
这种信号多于一个二进制符号对应于一个 脉冲的基带信号这种波形统称为多值波形 或多电平波形。 例如，令两个二进制符号00对应+3E，01对 应+E，10对应-E，11对应-3E，则所得波形 为4值波形或4电平波形。
5.3 数字基带信号的波形
通信原理
1
数字基带信号
2
基带信号的波形的形成
电子工业出版社
基带信号的波形形成
通信原理
单极性脉冲与单极性归零脉冲间的变换 绝对码与相对码之间变换
第五章 基带数字信号传输PPT教学课件
什么是基带数字传输
最佳接收机？
基带数字传输系统的构成：
信道信号 形成器
信道
接收滤 波器
抽样判 决器
噪声
二进制信号传输 S0(t) 0
S1(t) 1
AWGN(Additive white gaussian noise)
R(t)=Si(t)+n(t)
2020/12/10
Matlab应用与通信仿真
2020/12/10
Matlab应用与通信仿真
13
PPT教学课件
谢谢观看
Thank You For Watching
14
3
信号相关器
信号相关器的结构：
s0(t) t
r(t)
0 ()d
s1(t) t 0 ()d
r0
检
r1
测 器 输出信号
t=Tb采样
t
r0(t)0r()s0()d
r0 r0(t)tTb
t
r1(t)0r()s1()d
r1 r1(t)tTb
2020/12/10
Matlab应用与通信仿真
4
例 已知s0(t) 和s1(t)波形如图所示，求采样 瞬时相关器的输出。
s0(t)
s1(t)
s2(t)
s3(t)
AAAAFra bibliotekT/4
T/4 T/2
T/2 3T/4
3T/4 T
2020/12/10
Matlab应用与通信仿真
12
AWGN接收机
信号相关器
发s0(t)时，
rri0
ni
n0
检测器
r0>ri时，则判断传输的是s0 正确概率： PC(t)＝P(r0>r1,r0>r2,……,r0>rM-1) 差错概率：PM(t)=1-PC(t)
第5章数字基带传输系统精品PPT课件
3
5.1 数字基带传输概述
基带系统 各点波形
示意图
a
1011001
b
c
d
e
f
g
1
11
0
000
4
5.2 数字基带信号及其频谱特性
5.2.1 数字基带信号
数字基带信号是指消息代码的电波形，它的类型有很多，常 见的有：
❖ 矩形脉冲 ❖ 三角波 ❖ 高斯脉冲 ❖ 升余弦脉冲 最常用的是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换，下面 就以矩形脉冲为例介绍几种最常见的基带信号波形：
数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数， 所以只能用功率谱来描述它的频谱特性。
通过功率谱分析，我们需要了解： ❖ 信号占据的频带宽度； ❖ 是否含有直流分量； ❖ 是否含有位定时分量； 由此为信号选择合适的信道或为信道选择合适的信号形式。
7
5.2.2பைடு நூலகம்基带信号的频谱特性
设二进制信号中“0”和“1”的波形分别为g1(t)和g2(t)，任一码 元间隔Ts内 “0”和“1”的出现概率分别为P和(1P)，且相互独立:
a
信道信号 形成器
GT(ω) c
信道
n(t)
接收
抽样
滤波器
d GR(ω)
e 判决器
同步
f
提取
基带脉冲 输出
g
❖信道信号形成器：产生适合于信道传输的基带信号； ❖信道：允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道； ❖接收滤波器：接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰； ❖同步提取：提取位定时脉冲，以进行抽样判决； ❖抽样判决器：噪声背景下用来判定与再生基带信号；
un(t)=sn(t)-vn(t)= = g2 ((1t--P n)T sg)1-(tP -gn1T (ts-)n -T gs2)(t--(1 n-TP s))g ,以 2(t概 -n率 TsP ) =-Pg1(t-nTs)-g2(t-nTs),以 概 率 1-P
第五章 数字信号的频带传输
4、数字信号的载波调制的分类
（1）幅度键控（ASK） （Amplitude-Shift Keying） 用正弦波的幅度来传递信号。 （2）频移键控（FSK） （ Frequency-Shift Keying ）
用正弦波的频率来传递信号。 （3）相移键控（PSK） （ Phase-Shift Keying ） 用正弦波的相位来传递信号。 也可分为： (1)线性调制（如ASK） (2)非线性调制（如FSK，PSK）
1
0
1
1
0
y(t )
1
0
1
1
0
cos （ ct ）
cos ct
载波
z(t ) x(t )
cp
输出
正常工作波形图
反向工作波形图
29
结论：在2PSK中存在“倒π”现象或“反相工作”现 象 ，所谓“倒π”现象是指当本地载波相位不确定 性造成解调后的数字信号可能极性完全相反，形成 “1”和“0”的倒置的现象。
开关电路 K
s2 FSK (t )
载波
~f2
s(t)
17
三、解调方法
2FSK信号常用的解调方法有包络检波 法和相干检测法、过零点检测法等。 1、包络检波法
输入 带通滤 波器(f1) 包络 检波器 抽样 判决器 带通滤 波器(f2) 包络 检波器 输出
18
1
0
0
1
1
0
s2 FSK (t )
f1
带通滤波器f1
低通 滤波器
抽样 判决器
数据输出
非相干（差分）解调器框图
37
a
b
c
d
e
0
1
1
1
第五章 数字基带传输系统
1、AMI码 2、HDB3码 3、曼彻斯特编码（双相码） 4、密勒码 5、CMI码
通信原理
双极性信号交替反转码（AMI）
(1) 零电平代表二进制0，交替出现的正负电压 表示1。 (2) 信号交替反转码用交替变换的正、负电平 表示比特1的方法使其所含的直流分量为零
通信原理
– (3)AMI实现了两个元间隔虚线）
二是可对连续的比特1可进行同步。
– (4)但对一连串的比特0并无同步确保机制。
– (5)为解决比特0的同步，两种AMI的变型B8ZS和
HDB3被研究出来，前者在北美使用，后者用于 日本和欧洲。
B8ZS、HDB3都是在ＡＭＩ的基础上变化的
通信原理
高密度双极性3零码（HDB3）
虽然名称是3零编码，实际是当连续出现 4个比特0时，就在AMI编码中引入变动。
通信原理
通信原理
CMI（Coded Mark Inversion）码
编码规则是：消息码“1”交替用正和负电压 表示，或者说交替用“11”和“00”表示；信 息码“0”用“01”表示
通信原理
通信原理
4、常用数字基带信号的功率谱密度
通信原理
采用升余弦脉冲代替矩形脉冲---基带成型
基带成型后不归零码的功率谱密度，带外能量很少，不易失真
通信原理
字符编码
由于计算机只能识别、存储、和处理二进制的 信息，而字符信息又是最重要的数据信息。这 样为了使计算机能处理字符，规定了字符和二 进制数之间的对应关系，称字符编码。它涉及 到信息的表示，交换，处理，传输和存储以国 家或国际标准的形式来实施。 字符编码：将字符用二进制数来表示的编码。
码型：表示二进制数中0和1的信号形式被称为 码形。 在数字通信中，用直流信号表示二进制数中的 0 和1 。 数字数据基带信号常用码型有二电平码，差分 码，交替反转码（AMI），曼彻斯特码，差分 曼彻斯特码，密勒码，多电平码，和二进制编 码等。
数字信号的基带传输.
习题集第五章数字信号的基带传输5-1 已知信息代码为110010110，试画出单极性不归零码、双极性不归零码、单极性归零码、差分码、双相码、CMI码和密勒码。
5-2已知信息代码为11000011000011，试画出其相应的差分码(参考码元为高电平)，AMI码和HDB3码。
解:5-3 已知二元信息代码为0110100001001100001分别画出AMI码和HDB3码。
5-4 设基带传输总特性H(ω)分别如题5-4所示，若要求以 波特的速率进行 数据传输,试检验各种H(ω)是否满足消除抽样点上码间串扰的条件?题5-4图解：（1）根据奈奎斯特定理，本系统适于传送 速率的信号，而待传的信号码元速率为2/T S 波特。
即R S <2/T S ，故不能满足消除码间串扰条件。
（2）本系统适宜传输R B =W C /π=3/T S速率的信号。
即RR >2/T S ，故此系统也不能消除码间串扰 （3）本系统适宜传输R B =W C /π 其中故 故此系统满足奈奎斯特定理，能消除码间串扰。
（4）本系统的 即R B <2/T S ,故此系统不能消除码间串扰。
(b)(a)(d)(c)ss c B T T w f R 1/2==<==πππSS C T T W ππ22/4==s s B T T R 2/2==ππss c T T w ππ==2/2ss B T T R 1/==ππ5-5 某一具有升余弦传输特性α=1的无码间串扰传输系统，试求: (1)该系统的最高无码间串扰的码元传输速率为多少?频带利用率为多少? (2)若输入信号由单位冲激函数改为宽度为T 的不归零脉冲,要保持输出波形不变,试求这时的传输特性表达式。
(3)若升余弦特性α=0.25；α=0.5时，试求传输PCM30/32路的数字电话(数码率为2048Kb/s)所需要的最小带宽?解：（1）若此系统的带宽为B 时 则其频带利用率为R B =1波特/H Z（2）只要系统的传函满足奈奎斯特带宽的要求冲激序列和脉冲宽度为T 的序列都能满足传输信号的要求。
通信原理第五章 数字信号的基带传输
35
接收滤波器输出信号 r(t) d (t) h(t) nR (t) anh(t nTS ) nR (t) n
式中，nR(t)是加性噪声n(t)经过接收滤波器后输出的噪声
抽样判决：
例：第k个码元 ak 的取值，在t = kTs + t0 时刻上对r(t)进行抽样，
确定r(t)在该样点上的值。由上式得
连续谱反映信号中的交变部分，总是存在。 离散谱反映的是数字基带信号中的周期成分，实际中可能存在也 可能不存在，离散谱信息对提取位同步信号很重要。
26
27
28
pow er density 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
1.2
NRZ
1 0.8 0.6 0.4 0.2
可归述为：一个实际的H()特性若能等效成一个理
想（矩形）低通滤波器，则可实现无码间串扰。
47
无码间串扰的基带系统频域传输函数应满足的条件：
i
H (
2i
Ts
)
Ts
,
抽 样 基带脉冲 判决器 输出
噪声
同步 提取
信道信号形成器（发送滤波器）：压缩输入信号频带，把传输码变
换成适宜于信道传输的基带信号波形。
信道：信道的传输特性不满足无失真传输条件，引起
传输波形的失真。引入噪声。
接收滤波器：接收信号，滤除信道噪声，对信道特性
进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。
抽样判决器：对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，
40
奈奎斯特第一准则
如果信号经过传输后波形发生了变化，但只要在 其特定点的抽样值保持不变，那么用抽样判决的方 式，仍然可以无失真的恢复原始代码，因为信息完 全携带在幅度上。（抽样值无失真准则）
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结束
5.1与5.2数据基带信号
数字基带信号：PCM方式或AM等方式所得到的信号，频谱基本 上是从零开始一直扩展到很宽。 数字信号的基带传输：数字基带信号只经过简单的频谱变换 (例如形成升余弦，去掉直流分量等)进行传输。如短距离电传 机直接通信；中继方式在较长距离上直接传送PCM信号等。 数字信号的频带传输：将数字基带信号调制成为数字频带(载 波)信号再进行传输，在接收端解调。 研究基带传输的作用：它没有频带系统应用广泛，但研究它 十分必要。首先，频带传输系统中存在着基带信号传输问题。 其次，在频带传输系统中，假如只着眼于数字基带信号，则可 以将调制器输入端至解调器输出端之间视为一广义信道(即调 制信道)，在分析时可将该传输系统用一个等效系统代替。
归零(RZ)码
Tb
t
常用基带信号 2.单极性归零(RZ)码
编码规则：高电平表示1码，零电平表示0码； 电平的持续时 间τ比码元周期Tb小，其波形如下：
1 0 1 1 0 1 判决电平
τ Tb t
占空比：τ/Tb ，典型的取值是τ/Tb=50% 特点及应用： 具有单极性码的大多特点，但带宽增大， 可以直接提取同步信息 一般用于设备内部和短距离通信中。
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常用基带信号 3.双极性不归零码
编码规则：用高电平表示“1”，低电平表示“0”，
判决电平
Tb
特点及应用：
t
发送能量大，有利于提高收端信噪比； 无直流但低频成份大，但当1与0出现概率不等时，也有直流； 不能提取同步信息； 判决电平（取0）容易稳定，无需线路接地； 一般用于设备内部和短距离通信中。
A
0
-A
B+ B- 0 1 1 0 0 0 0 0 V- B+ B- B+ 0 0 1 1 0 0 0 0 V+ B- 0 0 0 0 0 0 V- B+ B0 1 1
A
0
-A
B+ B- 0 0 0 V- B+ B- B+ 0 破坏脉冲 0 V+ B- 0 0 V- B+ B补救脉冲
常用基带信号 8、传号反转码——CMl码 ①构成规则 •原二进制信息“1”交替地用全占空的一个周期方波表示， 交替 信息“0”用“-1、+1”表示，如图5-9所示。 •程控数字交换系统中 CMI码一般作为PCM四次 群数字中继线的接口码 型。 ②CMI码的主要特点：
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差分曼彻斯特码: 差分曼彻 A 斯特编码 0
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常用基带信号
绝对码an 曼彻斯 0 特编码 -A 差分曼彻 斯特编码 0
A A
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
0
0
1
0
1
1
-A
注意：比特开始时刻出现电平跳变，则该比特表示0， 否则表示1。 特点及应用： 不含直流分量，定时信息丰富, 具有编码冗余,带宽需 求增加。
10．多电平码
图5-12 4电平自然码
图5-13 4电平格雷码
表5-2 M=4时自然码和格雷码的定义表 自然码 电平 -3a -a a 3a 码元 00 01 10 11 电平 -3a -a a 3a 格雷码 码元 00 01 11 10
常用基带信号 11. nB/mB码 曼彻斯特码和CMI码都将1位二元码用2位的二元码： 位的二元码 1B2B码。类似有：2B3B、3B4B及5B6B码等。有多余度， 有检测能力。限于两电平传输，适合于光纤的传输码型。 (1)mBnB码概述 把输入码流分成每n个比特为一组，每组编成n比特输 出。只有n=m+1变成n=m+R (R为整数)时，才可能重新编 码。常用：1B2B、3B4B、5B6B、6B8B等。以3B4B为例。 3B4B码的编码方法：
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7.三阶高密度双极性码(高密度双极性码HDB3)
克服AMI码长连“0”时无法取得同步信号：AMI码改 进为HDB3码,码字中最长连“0”数不超过3个。 HDB3码的编码规则： ① HDB3码与AMI码相同：连“0”码不大于3个时，即 “1”码变为“+1”、“-1”的交替脉冲，“0”码保持不变。 ②加入破坏点脉冲——V脉冲：码序列出现4个连“0” 码或超过4个时，把连“0”码按4个“0”分节，并将 “0000”变为“000V”。V为+1或-1，V的极性与前一个“1” 码脉冲极性相同。由于破坏了AMI码的极性交替变化 规律，故称V脉冲为破坏点脉冲，“000V”称为破坏节。
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常用基带信号
3B4B码的编码方法： a、3比特为一组，共有8种状态；
b、4比特为一组，共有24=16种状态。
每4个比特一组为一个“码组”或“字”，如果“0”用-1表示， “1”用+1表示，例如-1-1+1-1，则(-1)+(-1)+(+1)+(-1)=-2， 就表示该字的数字和：ωDS=-2，在4B码的16中状态中，如以 ωDS的数值分类，则可分成五类，如表5-3所示。
常用基带信号 5.差分码
编码规则：用相邻两个电平变化与否表示“1”和“0”，又称为相对 码记作bn
绝对码 an
A 1 1 0 0 1 0 1 1 t
差分码：
0 传号码-A A
t 特点及应用： 0 空号码 -A 即使传输过程中所有电平都发生了反转，接收端仍能正确判决。 是数据传输系统中的一种常用码型。 抗干扰能力强，在传输连续的比特1时，每个比特开始时刻都将 发生电平的转换，此时信号具备了同步信息。 缺点：在传输连续的比特0时，不具备同步能力。
an
bn
bn
an
+
bn-1 T T bn-1
+
(b)差分编码电路
(b)差分解码电路
交替极性码
常用基带信号
6.交替极性码(AMI码) 编码规则： “1”用高低电平交替表示，“0”用零 电平表示：
1 1 0 0 0 A 0 -A t 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
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常用基带信号 6.交替极性码(AMI码) 特点及应用： 不包含直流分量，低频分量也很少 比较容易提取同步信息 缺点：对于较长的比特0序列，无法取得同步信号。 ——改进： HDB3 补充说明： AMI实质上是把1个二进制码元变为一个三进制码元， “1B/1T”。推广：把n个二进制码元变为m个三进制码元， “nB/mT”。——提高带宽利用率。
译码时只要检查出前后码元是否有变化就可以判断发送的 是“1”码还是“0”码。由此可以消除设备初态的影响，特别 是相位调制系统可以消除解调相位的模糊问题。差分路如图5-2(b)所示。T电路为时间延迟器。⊕电 路为异或门电路。
5.差分码
常用基带信号
常用基带信号 1.单极性不归零(NRZ)码
编码规则：高电平表示1码，零电平表示0码；波形如下：
1 0 1 1 0 1 判决电平
特点及应用： 发送能量大，有利于提高收端信噪比； 带宽窄； 直流和低频成分大：不适于使用变压器和交流耦合的情况。 不能提取同步信息：连续的1比特和0比特难以实现同步。 判决电平不易稳定：判决电平应为“1”码电平的一半。由于信道 衰减或特性随各种因素变化时，接受波形的振幅和宽度易于变化， 使判决门不能稳定在最佳电平上。 一般用于设备内部和短距离通信中。
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常用基带信号 10．多电平码 以M个电平状态表示由n个比特组成的码元的编码 (n=log2M)。常用多电平码有自然码、格雷码。 ·优点：提高了传输效率和频带利用率。 ·缺点：M越大，抗干扰能力越低，M一般不利超过16。 复习自然码、格雷码 4电平自然码波形图5—12所示， 4电平格雷码波形如图5—13所示。
差分码解释
5.差分码 当an每出现一个“1”码时，差分码bn变化一次；当an出现 一个“0”码时，bn 的取值与前一码元bn-1 相同。可见bn前后 码元取值的变化，代表了原来的信息码输入an中的”1”码， 未变化代表了原来的信息码输输入an中的“0”码。 差分波形解码方程： an=bn-1⊕bn (mod2)
② ③ ④图解
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解释：
②加入破坏点脉冲——V脉冲：码序列出现4个连“0”码或超 过4个时，把连“0”码按4个“0”分节，并将“0000”变为“000V”。 V的极性与前一个“1”码脉冲极性相同。由于破坏了AMI码的极 码脉冲极性相同 性交替变化规律，故称V脉冲为破坏点脉冲。“000V”称为破坏 节。
常用基带信号 ②CMl码的主要特点： ·不存在直流分量 ·具有频繁出现的电平跳变，利于收端提取位定时信号。 ·具有内检错能力。因为“1”码相当于“00”或“11”两位码组， 而“0”码相当于"01”码组，在正常情况下，序列中无“10" 码组出现，且无“00”或“11”码组连续出现，这种相关性可 用来检测因干扰而产生的部分错码。 CMl码除了在高次群作为接口码之外，还被推荐为速率 低于8448kbit/s的光纤数字传输中的线路传输码型。
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常用基带信号 ④使两个相邻的V脉冲之间有奇数个“1”码：如果原序列 “1”为偶数个，则补为奇数。这就要使破坏节中的第一个 “0”变为“1”（ B脉冲）码。 “000V"变为"B00V"。B脉冲 的极性与前一个“1”脉冲相反，而保持V脉冲极性相同。
1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
第五章 数据信号基带传输
内容简介
0
学习目录
1 0 100BASE-T
1 0 0 1 1 1
结束放映
内容简介
[教学要求] 了解数字基带信号、均衡原理、眼图功能，掌握数字 基带信号的编码原则、常用基带信号码型构成方法、 基带传输系统，重点掌握常用基带信号码型构成方法。