第五章 数字基带传输系统

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第5章 数字基带传输系统
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(5) 编码方案对发送消息类型不应有任何限制， 适合于 所有的二进制信号。这种与信源的统计特性无关的特性称为 对信源具有透明性；
(6) 低误码增殖； (7) 高的编码效率。
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二进制代码 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0
① 编、译码规则符合CCITT G.703建议， 工作速率为50 kb/s~10 Mb/s；
② 有HDB 3和AMI编、 译码选择功能；
③ 接收部分具有误码检测和AIS信号检测功能；
④ 所有输入、 输出接口都与TTL兼容；
⑤2具020有/4/内18 部自环测试能第5力章 数。字基带传输系统
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NRZ-IN 1 CT X 2
(h) 分相码； (i)t 信号反转码(CMI)
4
1. 单极性不归零(NRZ)码 (1) 发送能量大，有利于提高接收端信噪比； (2) 在信道上占用频带较窄； (3) 有直流分量，将导致信号的失真与畸变；且由于直流 分量的存在，无法使用一些交流耦合的线路和设备； (4) 不能直接提取位同步信息； (5) 接收单极性NRZ码的判决电平应取“1”码电平的一半。
中断 检出电路
图 5 – 7 实第5用章 数H字D基B带3传编输系/译统 码电路
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4. 缓存插入法
已变换时钟
时序分配器
待变换码流 Q1 Q2 待变换频率时钟
缓冲寄存器 Qn-1 Qn
已变换码流 ＋
时序分配器
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第5章 数字基插带入传码输系(统1) 插入码(2)
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图 4 – 8 缓存插入法框图
HDB3/AMI 3 NRZ-OUT 4
CRX 5 RAIS 6
AIS 7 VSS 8
CD22103
16 VDD 15 +HDB3-OUT 14 -HDB3-OUT 13 -HDB3-IN 12 LTE 11 +HDB3-IN
10 CKR
9 ERR
HDB3/AMI CT X
NRZ-IN LTE
+HDB3-IN -HDB3-IN
Px ( ) TbSa2 (fTb )
单极性归零码谱密度
Px ( )
2
4
Tb
Sa2
(
fTb
)
2
4
(m ) ( f
m
mf b )
双极性归零码谱密度
Px ( ) 2TbSa2 (Tb f )
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根据信号功率的90%来定义带宽B， 则有
1
2
2B 2B
信号的码型， 可先变为单极性归零码，再提取同步信号。
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4. 双极性归零(RZ)码 5. 差分码 6. 交替极性码(AMI) (1) 在“1”、“0”码不等概率情况下， 也无直流成分， 且 零频附近低频分量小。 因此，对具有变压器或其它交流耦合的 传输信道来说，不易受隔直特性影响。
第5章 数字基带传输系统
5.1 数字基带信号
5.2 数字基带传输系统
5.3 无码间串扰的基带传输系统
5.4 眼图
5.5 时域均衡原理
5.6 部分响应技术
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5.1 数字基带信号
5.1.1 数字基带信号的常用码型
传输码型的选择，主要考虑以下几点：
(1) 码型中低频、 高频分量尽量少； (2) 码型中应包含定时信息， 以便定时提取； (3) 码型变换设备要简单可靠； (4) 码型具有一定检错能力，若传输码型有一定的规律性， 则就可根据这一规律性来检测传输质量，
假设随机脉冲序列为
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从(5 - 3)式我们可以得出如下结论： 若假设g1(t)=0,g2(t)为门函数，且p=1/2,则功率谱密度为
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只有连续谱和直流分量。同理，当P=1/2时，图5 - 1(b)双极性 信号的谱密度为
k
ajh(t0)
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第a5章k h数（[字基j 带传k输）系统Tb t0 ] nR ( jTb28 t0 )
k k
5.2.3 码间串扰的消除
akh[( j k)Tb t0] 0
k j
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图 5 – 13 理想的传输波形
5.3 无码间串扰的基带传输系统
F4 1
R1
2MCL KR
＋5V
VDD
HD B3 AMI
NRZ－ IN CTX NRZ－ OU T RAIS CRX
＋HD B3 OU T
－ HD3B OU T
－ HD3B IN
＋HD B3 IN
AIS
VSS LTE CKR
至单 /双变换
自ATC、 整形 电路 至AIS告警
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至时 钟提取、
c
d
CP1
相位 调整
CP1 NRZ 0 1 0 1 1 0 0 1
(b)
(c)
图 5 - 5 CMI编/
(2a0)2C0M/4I/码18 编码器电路； (第b5)章CM数字I码基带译传码输器系统电路； (c) 各点波形 18
3. 单片HDB3编译码器
近年来出现的HDB3编码器采用了CMOS型大规模集成电 路CD22103， 该器件可同时实现HDB3编、译码，误码检测及 AIS码检出等功能。主要特点有：
波器的输入信号可以表示为
d (t) ak (t kTb )
k
基带信号 d(t)
H(ω)
抽样判决
输出
y(t)
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图 5 – 12第5基章 数带字传基带输传输系系统统简化图
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其 中 ak 是 第 k 个 码 元 ， 对 于 二 进 制 数 字 信 号 ， ak 的 取 值 为 0 、 1(单极性信号)或-1、+1(双极性信号)。由图5 - 12可以得到
5.2 数字基带传输系统
5.2.1 数字基带系统的基本组成
输入 〔dk〕
GT(ω)
C(ω)
脉冲 形成 器
发送 滤波 器
信道
d(t)
gT(t)
定时 脉冲
噪声n(t)
GR(ω) y(t)
接收 滤波 器
抽样 判决
CP
同步 提 取电 路
码元 再生
输出 〔dk′ 〕
2020/4/18 图 5 – 9 数字第5基章 数带字传基带输传输系系统统方框图
9
(1) B码和V码各自都应始终保持极性交替变化的规律， 以便确保编好的码中没有直流成分。
(2) V码必须与前一个码(信码B)同极性，以便和正常的 AMI码区分开来。如果这个条件得不到满足，那么应该在四 个连“0”码的第一个“0”码位置上加一个与V码同极性的补 信码，用符号B′表示。此时B码和B′码合起来保持条件(1)中 信码极性交替变换的规律。
D0 D1 … Dn-3 Dn-2 Dn-1 Dn
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…
(M1)(M2)
并/串移位寄存器
已变换码流
图 5 – 3 码表存储法方框图
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2. 布线逻辑法
并/串行变换移位寄存器 已变换码流
…
布线逻辑
… 待变换码流 串/并行变换移位寄存器
图 5 – 4 布线逻辑法方框图
(a)
t
(b)
t
(c)
t
(d)
t
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
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t
图t 5 – 1
(a) 单极性(NRZ)码 ；
(b) 双极性(NRZ)码；
(ct) 单极性(RZ)码；
(d) 双极性(RZ)码；
(e) 差分码；
(f)t 交替极性码(AMI)；
(g) 三阶高密度双极性码(HDB3)
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5.3.1
理想基带传输系统的传输特性具有理想低通特性， 其传
输函数为
H
( )
1(或其它常数)
0
b
2
b
2
如 图 5-14(a) 所 示 ， 其 带 宽 B=(ωb/2)/2π=fb/2(Hz) ， 对 其 进
行傅氏反变换得 h(t) 1 H ( )e jtd
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8. 分相码
9. 传号反转码(CMI)
10. 多进制码
00
3
00
2
01
1 10
10
0
11
t
3 01
1 0 -1 -3
01 t
10
11
(a) 图 5 – 2 四进制代码波形 (b)
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5.1.2 数字基带信号功率谱
(1) 基带信号经过传输后在抽样点上无码间串扰， 也即瞬
时抽样值应满足：
h[(
j
k
)Tb
t0
]
1(或其它常数)
0
jk jk
令k′=j-k， 并考虑到k′也为整数，可用k表示，
h(k Tb
t0 )
1
k 0
0
k 0
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(2) h(t)尾部衰减快。
从理论上讲，以上两条可以通过合理地选择信号的波形 和信道的特性达到。下面从研究理想基带传输系统出发，得 出奈奎斯特第一定理及无码间串扰传输的频域特性H(ω)满足 的条件。
(2) 若接收端收到的码元极性与发送端完全相反， 也能正 确判决。
(3) 只要进行全波整流就可以变为单极性码。
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7. 三阶高密度双极性码(HDB3)
当信码序列中加入破坏脉冲以后，信码B和破坏脉冲V的正 负必须满足如下两个条件：
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2. 双极性不归零(NRZ)
(1) 从统计平均角度来看，“1”和“0”数目各占一半时无 直流分量， 但当“1”和“0”出现概率不相等时，仍有直流成 份；
(2) 接收端判决门限为0， 容易设置并且稳定， 因此抗干 扰能力强；
(3) 可以在电缆等无接地线上传输。
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3. 单极性归零(RZ)
如图 5 - 1(c) 所示。在传送“1”码时发送1个宽度小于码元持续 时间的归零脉冲；在传送“0”码时不发送脉冲。其特征是所用脉冲 宽度比码元宽度窄，即还没有到一个码元终止时刻就回到零值，因 此，称其为单极性归零码。脉冲宽度τ与码元宽度Tb之比τ/Tb叫占空比。 单极性RZ码与单极性NRZ码比较， 除仍具有单极性码的一般缺点外， 主要优点是可以直接提取同步信号。此优点虽不意味着单极性归零 码能广泛应用到信道上传输，但它却是其它码型提取同步信号需采 用的一个过渡码型。 即它是适合信道传输的，但不能直接提取同步
息序列{ak}。为了判定其中第j个码元aj的值，应在t=jTb+t0瞬间 对y(t)抽样，这里t0是传输时延，通常取决于系统的传输函数 H(ω)。 显然，此抽样值为
y( jTb t0 ) akh[ jTb t0 ] kTb ] nR ( jTb t0 )
k
akh（[ j k）Tb t0 ] nR ( jTb t0 )
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图 5 – 10 基带传 输系统各点的波24 形
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5 – 11 第码5章间数串字基扰带传示输意系统图
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5.2.2 基带传输系统的数学分析
H () GT ()C()GR ()
假定输入基带信号的基本脉冲为单位冲击δ(t)，这样发送滤
y(t) akh(t kTb ) nR (t)
k
式中h(t)是H(ω)的傅氏反变换，是系统的冲击响应，可表示为
h(t) 1 H ()e jtd
2
nR(t)是加性噪声n(t)通过接收滤波器后所产生的输出噪声。
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抽样判决器对y(t)进行抽样判决，以确定所传输的数字信
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NRZ码输入 CP 1
时钟
b&
CP
DQ
& CM I码输出
01011001
& a CP Q
NRZ a
0
1
&
b
CM I码输入 1 延时 T1
定时 提取
(a)
CM I 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1
&d D
Q NRZ码输出 c T1
CRX
编码 环回
RAIS
+HDB3-OUT -HDB3-OUT
& CKR
译码
NRZ-OUT
误码检出
ERR
AIS检出
AIS
图 5 - 6 CD22103 引脚及内部框图
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DX2
F1
F2
(自CRC编码) 1
1
F3
2MCL KX
1
DR2 ( 至 收逻辑)
C1 A I SCL K
P x ( )d
(0.90)
1
2
Px ()d
利用数值积分，由上式可求得双极性归零信号和单极性 归零信号的带宽近似为
B1
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5.1.3 码型变换的基本方法
1. 码表存储法
待变换码流
串/并移位寄存器 …
(模式控制)
A0 A1 … Am-2 Am-1 Am PROM