数字通信基础与应用

相位编码脉冲波形
•第2章 格式化与基带调制
延迟调制码：码元持续时间中心点跃变代表“1”， 单个“0”时电平不变， 连
“0”时在码元起始点出现跳变；
Dicode NRZ码：相邻数据发生“0”->“1”或“1”->“0”变化时脉冲 极性发生变化，
相邻数据无变化时发送零电平；
Dicode RZ： 除脉冲占空比不同外，其它变化规律与双相NRZ码同。
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3. PCM波形的类型
•第2章 格式化与基带调制
不归零（NRZ）脉冲波形
NRZ-L：一种电平代表“0”，另一种电平代表“1”；
NRZ-M(传号差分码)：电平变化代表“1”，电平不变化代表 “0”；
NRZ-S(空号差分码)：电平变化代表“0”，电平不变化代表 “1”。
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+
取代节码组 －00－ ＋00＋ 000－ 000＋
（B00V） （B00V） （000V） （000V）
取代节设计原则：
避免出现3个以上的连“0”；
既可实现标识，又尽可能保持直流平衡。
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例
•第2章 格式化与基带调制
HDB3码的编码，设输入二元代码为：
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•第2章 格式化与基带调制
2. 基带传输系统的基本模型 信号发送
•干扰
•数字代码
信号接收
•波形变换
•传输信道
•定时信号
•均衡器
•匹配 •滤波器
•取样 •判决器
•数字代码
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输入
10110000000110000001
设前一破坏点极性为负 B+ 0 B-B+0 0 0 V+0 0 0 B- B+ B- 0 0 V-0 0 B+
设前一破坏点极性为正 B+ 0 B-B+B-0 0 V-0 0 0 B+ B- B+ 0 0 V+0 0
B-
•设前一破坏 •点极性为负
•设前一破坏 •点极性为正
次跃变代表“1”，不跃变则代表“0”；
bi--S码：每个码元开始时都发生跃变，如果在半个码元后再
次跃变代表“0”，不跃变则代表“1” (与bi--M码相反)。
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•第2章 格式化与基带调制
bi--L码的特点：
在每个码元中心出现电平跳变(分相/裂相)，有利于
•第2章 格式化与基带调制
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•因为有：
•第2章 格式化与基带调制
求
，归结为求
（1）若 m 不等于 n，且假定bn与bm相互独立，则由
bm bn bmbn
p(bm) p(bn) p(bmbn)
1-p 1-p (1-p)2 p p
p2
-p -p p2
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6.PCM码字与码元
•第2章 格式化与基带调制
码元：每个M进制码元可携带的信息比特数k
k＝ log2M
相应地
M = 2k
PCM码字与传输码元（可以有亦可没有特定的关系）
• PCM码字
• 码元符号
• 码元波形
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其中
代入公式得：
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例2 求数字双相码的功率谱。
•第2章 格式化与基带调制
当 P = ½ 时，
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不存在离散线谱。
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6.PCM码字与码元
•第2章 格式化与基带调制
PCM码字：对应于每个模拟采样值量化后的一组比特值。
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随机序列S(t)的功率谱
•第2章 格式化与基带调制
式中，第一项为连续谱部分，第二项为离散谱（线谱）部分。
例1. 求双极性非归零码的功率谱。已知： an A -A
由 g1(t) = - g2(t)
Pn ½ ½
得 G1(f) = - G2(f)
b）易于提取同步信号；
c）具有一定的检错功能；
d）……… 。
信道均衡：信道特性校正，减少由于信道畸变造成的码间串扰。
匹配滤波器：保证在抽样时刻，实现最大信噪比的信号提取。
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3. 数字基带信号的波形（码型）
•第2章 格式化与基带调制
1. 码型：数字基带信号的电/光脉冲波形表示。 2. 码型设计原则： （视不同的传输信道及要求，信号脉冲具有如下的若干特性) a）不含直流分量，易于实现交流耦合； b）对信源具有透明性，不受信源统计特性的影响（例如不会 由于信源的特性变化，过多的连“0”连“1”的个数影响信 号 频谱特性和同步性能等）； c）易于提取同步信号（含同步信息）；
基带信号波形示例： 二进制信息序列 PCM脉冲波形1 PCM脉冲波形2
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•第2章 格式化与基带调制
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•第2章 格式化与基带调制
2. 基带传输系统的基本模型（续前）
波形变换：对数字代码进行信号的波形编码，使基带信号
a）适合在特定的信道中传输；
• 散的。
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7.M进制脉冲调制方式（续）
•第2章 格式化与基带调制
八进制脉冲幅度调制（PAM）信号
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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•第2章 格式化与基带调制
•六、基带传输
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•第2章 格式化与基带调制
1. 概述 (1) 数字基带信号：未经调制（频谱搬移）的、用以表示数字信 息的电脉冲信号称之。 (2) 数字基带信号频谱的特点：信号频谱占据从直流开始至某一 频率fm的低频段。 (3) 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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•第2章 格式化与基带调制
n阶高密度双极性码（HDBn码） HDBn码：AMI码的改进型，将连“0”电平的状态数限定为 n。
改进方法：若连“0”状态数>n，则对每n＋1位连“0”， 用特定
的码组取代之－－取代节。
取代节的编码方式，每个取代节共含n＋1个脉冲：
时钟信号的提取。
bi--L码的形成:
由时钟和信息码（NRZ形式）模2和产生。
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•第2章 格式化与基带调制
曼切斯特码：一种均值为零的条件双相（bi-）码。
以太网采用曼彻斯特码作为传输码型。
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考虑二元独立序列{aj}={0,1}
码形变换： 0 g1(t)
1 g2(t)
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则随机脉冲序列重新表达为
•第2章 格式化与基带调制
其中： k： 1 2
概率
p 1－p
当信源{aj}统计特性确定之后，S(t)的统计平均值为
定义信号的交变分量为
= an (bn-1 bn-1) = an 0 = an
解码输出 an ＝ bn bn-1
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归零（RZ）脉冲波形
•第2章 格式化与基带调制
单极性RZ：半个比特宽度的脉冲代表“1”，没有脉冲代表 “0”；
双极性RZ：两个极性相反宽度均为半个比特的脉冲分别代表 “0”
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பைடு நூலகம்
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•第2章 格式化与基带调制
HDB3码信号还原出信息码方法：
当出现某个脉冲与前面一个脉冲同极性时，将该脉冲及前
面三位均置为“0”。
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4. PCM波形的频谱特性示例
•第2章 格式化与基带调制
的功率谱 应为周期为T 的函数。
利用傅氏级数展开
式中
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•第2章 格式化与基带调制
其中
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利用周期信号与其功率谱间的关系 信号 的功率谱
（2）信号 的功率谱 信号的截短函数 两边取傅氏变换：
1-p 1-p (1-p)2
1-p -p -(1-p)p p 1-p p(1-p)
-p 1-p -p(1-p) 1-p p
(1-p)p
得：
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（2）若 m 等于 n，由 从而得：
•第2章 格式化与基带调制
信号 的功率谱：
综合（1）、（2）随机序列S(t)的功率谱
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•第2章 格式化与基带调制
2. 码型设计原则（续前）： d）具有一定的检错能力； e）误码增值影响小； f）对分组形式的传输码型，可恢复出分组同步信息； g）高频分量小以减少码间串扰、提高频带利用率； h）编译码（波形产生和变换）设备复杂性小。
和“1”；
RZ-AMI：幅度相等正负交替的脉冲代表“1”，没有脉冲代 表“0”。
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相位编码脉冲波形
•第2章 格式化与基带调制
bi--L码：前半个比特有脉冲后半个比特无脉冲代表“1”，反之
代表“0”；
bi--M码：每个码元开始时都发生跃变，如果在半个码元后再
其中：
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由gk(t)的分布特性，有
•第2章 格式化与基带调制 ,以概率p
,以概率1-p
改写
,以概率p
,以概率1-p
下面分别求 和 的功率谱
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•第2章 格式化与基带调制
（1）信号 因为 所以
量化电平数L与比特数l(码字长度)之间的关系：
L = 2l
• PCM码字长度l的选择（均匀量化）
设量化误差|e|与模拟电压峰峰值之间的关系为
• |e| pVpp •p为希望获得的比例系数，对于均匀量化，有
|e|max = q/2 = Vpp/2L = Vpp/(2 ×2l) pVpp 整理得：
l log2（1/2p）
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•第2章 格式化与基带调制
差分码的优点：解决信号解调时信号的“0”“1”倒换问题；
（相位模糊问题,详见后。）
差分码的编码与解码
编码（异或运算）：
设输入信息码为 an，差分编码输出为bn ,则：
bn＝an bn-1
解码，因为： bn bn-1＝ (an bn-1) bn-1=
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7.M进制脉冲调制方式
•第2章 格式化与基带调制
脉冲幅度调制（PAM）：利用脉冲的幅度变化携带信息；
脉冲位置调制（PPM）：利用脉冲的位置变化携带信息；
（等幅信号）
脉冲宽度调制（PWM）：利用脉冲的宽度变化携带信息。
•
（等幅信号）
• 若调制信息是经量化的信号时，相应的信号变化值是离
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5.随机序列功率谱计算
•第2章 格式化与基带调制
设随机信号符号集为{aj}，相应的信号波形为{gj(t)}，则数字基带信号S(t)
S(t)的截短信号为：
按定义， 由SN(t)的傅氏变换可得其功率密度谱：SN(f). 若下列的极限存在，则信号S(t)的功率密度谱为
B00…0V，或000…0V
其中：B脉冲符合极性交替的规律；
V脉冲破坏极性交替的规律（以便接收端识别）
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•第2章 格式化与基带调制
HDB3码（一种最常用的HDBn码）
HDB3码的取代节选择规则：
前一破坏点极性 ＋ - +
-
前一脉冲极性 ＋ - -