第五章 数字基带传输系统
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
25
例 两个时间间隔为一个码元时间Ts的 sinx/x波形相加。
cos t / Ts g (t ) [ ] 2 2 1 4t / Ts 4
2T cos Ts s 2 G ( ) 0
9
4)尽可能提高传输码型的传输效率. 5)具有内在的检错能力.
AMI码 Alternate Mark Inversion 0→0 , 1交替变换为+1,-1的归零码,通常脉冲宽度为码 元周期之半. 消息 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 AMI码 +1 0 0 -1 +1 0 0 0 -1 +1 -1 特点: 基带信号正、负脉冲交替，0电位保持不 变 — 无直流成分 二进制符号序列 — 三进制符号序列 （一位）二进制符号 — （一位）三进制符号（1B/1T码 型）
第五章 数字基带传输系统
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
1
数字基带信号 基带传输的常用码型 基带脉冲传输与码间干扰 无码间干扰的基带传输特性 部分响应系统 无码间干扰基带系统的抗噪声性能 眼图
5.1 数字基带信号
数字基带信号波形 在传输距离不远的有线信道, 数字基带信号可 直接传送. 任何数字传输系统均可等效为基带传输系统 组成基带信号的单个码元可以是矩形、升余 弦脉冲、高斯形脉冲、半余弦脉冲等。
Ts
Ts
g ( 0)
26
4
Ts g ( ) 1 2
kTs g( )0 2
k 3,5,
a0
a1
a2
27
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。
第5章 数字信号的基带传输系统
HDB3码： －1000 －V ＋1000 ＋V －1 ＋1 －B00 －V ＋1 —1
虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码比较简单。从上述 原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非“0”符号同极性（包括
B符号在内），故从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，
从而断定V符号及其前面的3个符号必是连“0”符号，然后恢复4个
一、单极性不归0二进制脉冲序列的功率谱密度数字 基带信号单个波形的频谱：
（设“1”、“0”码等概率出现，码元宽度）。
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二、单极性归零二进制码序列的功率谱密度：
g1(t)
g2 (t )
A
Ts 2 Ts
2Ts 3Ts t
(a) 单极性归0二进制序列
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占空比指的是脉冲宽度τ与码元宽度Tb之比τ/Tb。单极性RZ码 的占空比为50％。
4．双极性归零（RZ）码 双极性归零码的构成原理与单极性归零码相同，如图5-1d）。 每一个码元被分成两个相等的间隔，“1”码是在前一个间隔为正 电平而后一个间隔回到零电平，而“0”码则是在前一个间隔内为 负电平而后一个间隔回到零电平。
1
1…
AMI码： ＋100 —1 ＋1000 －1 ＋1 －1 …
数字通信原理第5章 数字信号传输
这一信号传输速率与理想低通截止 频率的关系就是数字信号传输的一个重 要准则——奈奎斯特第一准则，简称奈 氏第一准则。
3.滚降低通传输网络
具有奇对称滚降特性的低通滤波器作 为图5-7所示的传输网络。 图5-12定性画出滚降低通的幅频特性。
图5-12 滚降低通的幅频特性
1 / 2) 只要滚降低通的幅频特性以 C( f c， 点呈奇对称滚降，则可满足无码间干扰的 条件（此时仍需满足符号速率= 2 f c ）。
图5-1 二进制数字信号信号序列的基本波形
图5-3是几种随机二进制数字信号序 列的功率谱曲线（设“0”码和“1”码 出现的概率均为1/2）。
图5-3 二进制数字信号序列的功率谱
经分析得出，随机二进制数字信号 序列的功率谱包括连续谱和离散谱两个 部分（图中箭头表示离散谱分量，连续 曲线表示连续谱分量）。
图5-15
AMI码及功率谱
例如： 二进码序列：1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 AMI码序列：+l-10 +1 0 0-1 0 0 0+1-1 AMI码符合要求，是CCITT建议采 用的传输码型之一。
但AMI码的缺点是二进码序列中的“0” 码变换后仍然是“0”码，如果原二进码序列 中连“0”码过多，AMI码中便会出现长连 “0”，这就不利于定时钟信息的提取。 为了克服这一缺点，引出了HDB3码。
信道是各种电缆，其传递函数是L（）， n（t）为噪声干扰。
接收滤波器的传递函数为E（ ）, 其作用是限制带外噪声进入接收系统以 提高判决点的信噪比，另外还参与信号 的波形形成（形成判决点的波形）。
接收滤波器的输出端（称为抽样判决 点或简称判决点）波形用R（t）表示，其 频谱为R（ ）。
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》樊昌信,国防工业出版社,第五版)第五章总结
精品行业资料，仅供参考，需要可下载并修改后使用！第五章 总结节1 数字基带信号数字基带传输系统框图组成：信道信号形成器、编码信道、接收滤波器、抽样判决器。
一、时域形式：基带信号：单极性、双极性；归零、不归零。
二、频谱结构：1.稳态波v(t)的功率谱密度P v (ω)：2.交变波u(t)的功率谱密度P u (ω)：3.基带信号S(t)的功率谱密度P s (ω)=P v (ω)+P u (ω) 三、常用码型：对传输码的码型结构要求：① 能从相应的基带信号中获取定时信息。
( 减少连0，连1的可能 ） ② 相应的基带信号无直流成份和只有很小的低频成份。
③ 适应性强，不受信息源统计特性[P 、1-P]的影响。
④ 尽可能提高传输速率（传输效率）。
1.AMI 码（传号交替反转码）：编码规则、AMI 码特点。
1B / 1T 码型 基本码()()∑+∞-∞==n n t s t s ()()()⎩⎨⎧---=pnT t g p nT t g t s s s n 121概率概率()()s m m v mf f C f P -=∑+∞-∞=δ2()()()()s m s s s mf f mf G p mf pG f --+=∑+∞-∞=δ22121()()[]()()()()2212112limf G f G p p f T N U E P ssT N u --=+=∴∞→ωω2.HDB3码（三阶高密度双极性码）：编码规则、HDB3码特点。
1B / 1T 码型 改进码节2 性能分析一、数字基带传输系统模型：发送滤波器、恒参信道、噪声叠加、接收滤波器、抽样判决器。
二、码间串扰无噪分析 1．时域无码间串扰条件：2．频域无码间串扰条件：3．频带利用率=码元速率/传输带宽 有效性指标 最高2波特/Hz 4．理想特性的逼近——“滚降”特性优点：“尾巴”衰减振荡幅度小，对定时信号的要求可降低。
缺点：无码间串扰的最高频带利用率较低。
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
通信原理答案5
第五章 数字基带传输系统第六章\设随机二进制序列中的0和1分别由g （t ）和-g （t ）组成，它们的出现概率分别为P 及（1-P ）：求其功率谱密度及功率；解：（1）随机二进制序列的双边功率谱密度为P s (ω)=f s P(1-P)|G 1(f)-G 2(f)|2 + ∑|f s [PG 1(mf s ) + (1-P)G 2(mf s )]|2δ(f- mf s ) 由g 1(t)=-g 2(t)=g(t)得P s (ω)=4f s P(1-P)G 2(f) + f s (1-2P)2∑|G(mf s )|2δ(f- mf s )式中，G(f)是g （t ）的频谱函数，在功率谱密度P s (ω)中，第一部分是其连续谱部分，第二部分是其离散成分。
随机二进制序列的功率为 S=1/2л∫P s (ω)d ω=4f s P(1-P)∫G 2(f)df + ∑|f s (1-2P) G(mf s )|2∫δ(f- mf s )df =4f s P(1-P)∫G 2(f)df + f s P(1-P)2∑|G(mf s )|2 (2)当基带脉冲波形g(t)为⎪⎩⎪⎨⎧≤=t T t t g s 其他,02||,1)(g(t)的傅立叶变换G(f)为s ssfT fT T f G ππsin )(=因为0sin )(==ss ss sT f T f T f G ππ由题（1）中的结果知，此时的离散分量为0。
（3）⎪⎩⎪⎨⎧≤=t T t t g s 其他,04||,1)(g （t ）的傅立叶变换G （f ）为2/2/sin 2)(≠==πππss s s s s T T f T f T f G所以该二进制序列存在离散分量s sT f 1=1. 设某二进制数字基带信号的基本脉冲为三角形脉冲，如图所示。
图中s T 为码元间隔，数字信号“1”和“0”分别用g(t)的有无表示，且“1”和“0”出现的概率相等：（1） 求该数字基带信号的功率谱密度，并画出功率谱密度图；（2）能否从该数字基带信中提取码元同步所需的频率ss T f 1=的分量，若能，式计算该分量的功率。
《通信原理》课后习题答案及每章总结(樊昌信,国防工业出版社,第五版)第五章
《通信原理》习题参考答案第五章5-3. 设随机二进制序列中的0和1分别由g(t)和-g(t)组成，它们的出现概率分别为P 和(1-P)；(1)求其功率谱密度及功率；(2)若g(t)为图P5-2(a)所示，T s 为码元宽度，问该序列存在离散分量f s =1/T s 否？(3)若g(t)改为图P5-2(b)，回答题(2)所问。
解：(1)随机二进制的功率谱密度是由稳态波)(t v T 的功率谱密度和交流波)(t u T 的功率谱密度之和，即： )()()(ωωωu v s P P P +=()[]sm s s s s T f G f G P P mf f mf G P mf PG f 1)()()1()()(1)(221221--+-⋅-+=∑∞-∞=δ ()sm s s s T f G P P mf fmf G P f1)()1(4)()(12222-+-⋅-=∑∞-∞=δ s m s s s T f G P P mf f mf G P f 1)()1(4)()()12(2222-+-⋅-=∑∞-∞=δ∴⎰∞∞-=ωωπd P S s )(21df T f G P P mf f mf G P f s m s s s ⎰∑∞∞-∞-∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-⋅-=1)()1(4)()()12(2222δ df T f G P P df mf f mf G P f s m s s s ⎰⎰∑∞∞-∞∞-∞-∞=-+-⋅-=1)()1(4)()()12(2222δtt(a) (b) 图P5-2df f G P P T df mf f mf G P f s s m s s⎰⎰∑∞∞-∞∞-∞-∞=-+--=2222)()1(41)()()12(δ (2) 若g(t)为图P5-2(a)，则g(t)经过傅立叶变化可得到它的频谱，即：)2()(ss T Sa T G ωω=将ω换为f 得： ffT f T f T T f T Sa T f G s s s ss s πππππsin sin )()(=== 判断频域中是否存在s T f 1=，就是将sT f 1=代入)(f G 中，得：0sin sin )(===ππππss T f f T f G说明sT f 1=时g(t)的功率为0，所以不存在该分量。
基带数字信号的传输
第5章 基带数字信号的传输
2. 三阶高密度双极性(HDB3)码
HDB3码就是一系列高密度双极性码(HDB1、
HDB2、HDB3等)中最重要的一种。其编码原理是 这样的：先把消息变成AMI码，然后检查AMI的 连“0”情况，当无3个以上连“0”串时，则这时的 AMI码就是HDB3码。当出现4个或4个以上连“0”
第5章 基带数字信号的传输
图5.7（b）很重要，它表示窄脉冲传输经过矩形的信 道时，接收端出现形的波形，每隔一定时间出现零点。 这个波形图重要性在于它表明；如果每隔时间(常称奈 氏时段)发数据脉冲，不管发0码或者1码，只要准确在 按照这种间隔时间依次发脉冲。就不会发生码间干扰 （即符号间干扰），因为这一位码（符号）的接收波 形峰值正是前后码（符号）的零点。 不过，应该注意，如图5.8 所示，这种矩形频谱所产生 的形时间响应，第一个零点以后的尾巴振荡较为剧烈， 振荡幅度较大。这意味着，发送端发出脉冲的间隔时 间必须很准确，接收端取样判决时间必须很准确，低 通滤波特性载止频率必须很稳定，就是说。要求的三 个条件都很严格。稍差一点就可能引起码间干扰。这 也是矩形频谱的缺点。
归零码 移位 寄存器 全宽码 Tb 归零码
定时信号
定时信号 1 0 1 1 0 全宽码
图5.3归零码变换为全宽码的方框和过程
第5章 基带数字信号的传输
如欲调整归零码的每一脉冲宽度，就是说，从 较窄的归零码变换为较宽的归零码，可使用双 稳触发器。窄归零码和定时信号都加到双稳触 发器的两个输入端，定时信号与窄归零码的间 隔预先算好。恰等于较宽的归零码的脉冲宽度， 那么双稳触发器输出就得到需要的宽归零码。 这种变换的方框图和过程如图5.4。
1 2 fc
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。
通信原理(陈启兴版)第5章课后习题答案
第5章 数字基带传输系统5.1 学习指导 5.1.1 要点本章的要点主要有数字基带传输系统结构及各部件功能；基带信号常用波形及其频谱特性；基带传输常用码型的编译及其特点；码间串扰和奈奎斯特第一准则；理想低通传输特性和奈奎斯特带宽；升余弦滚将特性；第一类部分响应系统；无码间串扰基带系统的抗噪声性能；眼图和均衡的概念。
1.数字基带传输系统数字基带传输系统：不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，其基本结构如图5-1所示。
主要有发送滤波器、信道、接收滤波器、同步提取电路以及抽样判决器组成。
发送滤波器用于产生适合于信道中传输的基带信号波形。
信道是基带信号传输媒质（通常为有线信道）。
加性n (t )是均值为零的高斯白噪声。
接收滤波器的功能接收有用信号，滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。
同步提取即从接收信号中提取用来抽样的定位脉冲。
抽样判决器用来对对接收滤波器的输出波形进行抽样、判决和再生（恢复基带信号）。
图5 - 1 数字基带传输系统的原理方框图2.数字基带信号及其频谱特性(1) 数字基带信号数字基带信号用不同的电平或脉冲来表示不同的消息代码。
数字基带信号的单个脉冲有矩形脉冲、余弦脉冲、升余弦脉冲、高斯脉冲等等形式。
常用的基本信号波形有：单极性与双极性波形、不归零码与归零码波形、差分波形、多电平波形等。
数字基带信号通常是一个随机的脉冲序列。
若其各码元波形相同而电平取值不同，则可表示为()()nsn s t a g t nT ∞=-∞=-∑ (5-1)式(5-1)中，a n 是第n 个码元所对应的电平值（随机量）；T s 为码元持续时间；g (t )为某种脉冲波形。
一般情况下，数字基带信号可表示为()()nn s t s t ∞=-∞=∑ (5-2)(2) 基带信号的频谱特性数字基带信号s (t )的频谱特性可以用功率谱密度来描述。
设二进制随机信号为()()nn s t s t ∞=-∞=∑ (5-3)其中()()()12,0()11=S n S g t nT s t g t nT -⎧⎪=⎨-⎪⎩对应“”，以概率P 出现，对应“”，以概率P 出现 则s (t )的功率谱密度为212()(1)()()s S P f f P P G f G f =--+212[()(1)()]()S S S S m f PG mf P G mf f mf δ∞=-∞+--∑(5-4)式(5-4)中，f s =1/T s 为码元速率；G 1(f )和G 2(f )分别是g 1(t )和g 2(t )的傅里叶变换。
现代通信原理考点
现代通信原理知识点第一章绪论1、通信、通信系统的定义；通信：从一地向另一地传递消息。
通信系统：将信息从信源传到一个或多个目的地。
2、通信系统的模型及各框图作用；臊声源通信系统的一般模型信息源：消息的发源地，把各种消息转换成原始电信号。
发送设备：将信源信号变换成适合在信道中传输的信号。
信道：指传输信号的物理媒质。
噪声源：干扰信号的传输。
接收设备：放大和反变换，从受到干扰和减损的接收信号中正确恢复出原始电信号受信者：将复原的原始电信号还原成相应的消息。
3、数字通信系统模型及各框图作用；数字通信的主要特点；数字通信系统模型信源编码：1）提高信息传输的有效性；2）完成模/数转换； 信源译码：是信源编码的逆过程；信道编码：把抗干扰编码加入传输信息中，提高可靠性；信道译码：将信息进行解码，并且有发现解码错误或纠正错误的功能; 加密：将传输的信息加上密码，保证信息的安全性； 解密：将已加密的信息进行解密恢复；数字调制：形成适合在信道中传输的频带信号； 数字解调：将频带信号还原为数字信号；主要特点：1）抗干扰能力强2）差错可控解密加密噪声源信息.信源译码信道编码额字调制信源a码信道译码数字解调受信者3）易于与各种数字终端接口4）易于集成化5）易于加密处理，且保密强度高4、通信系统分类(按传输媒质、信号复用方式)；按传输媒质分：有线通信系统、无线通信系统；按信号复用方式分：频分复用、时分复用、码分复用；5、信息量的含义；信息量、平均信息量(嫡)、一条消息的信息量计算；信息量：对消息中这种不确定性的度量。
1、…、Ilog a log a P(x)(a2,单位：bit)P(x)平均信息量：每个符号所含信息量的统计平均值。
H(x)P(x i)[lbP(x i)]P(X2)[lbP(X2)]...P(X n)[lbP(X n)](bit/符号)例：一离散信源由0,1,2,3四个符号组成，它们出现的概率分别为38,1/4,1/4,1/8,且每个符号的出现都是独立的。
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(3) 只要进行全波整流就可以变为单极性码。
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第5章 数字基带传输系统
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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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第5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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5.3.1
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
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
26
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
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第5章 数字基带传输系统
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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
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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
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第5章 数字基带传输系统
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
25
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
(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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第5章 数字基带传输系统
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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。
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 )
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：
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第5章 数字基带传输系统
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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。
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
(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)
第5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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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
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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第5章 数字基带传输系统
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根据信号功率的90%来定义带宽B， 则有
1
2
2B 2B
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。
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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第5章 数字基带传输系统
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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，
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
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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第5章 数字基带传输系统
15
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
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