第03章-数字基带调制与传输

Bs f s
3．1．4 非归零、双极性码的功率谱
1、双极性非归零码的波形
2、非归零双极性码的功率谱 2 2 f
P( f ) A Ts Sa f s
其频谱中没有离散分量，功率 谱中的第一个过零点在 f f s 处，因此，双极性不归零 码的谱零点带宽为： s
理想抽样
信号恢复
3．2．1 抽样和抽样定理Sampling theorem
1、将时间上连续的模拟信号变为时间上离散的抽样值的过程 就是抽样。 2、抽样定理——主要讨论能否由离散的抽样值序列重新恢复 原始模拟信号的问题
3．2．1．1 低通型信号抽样定理 1、低通型信号的抽样定理是：一个频带限制在 (0, f H )内的连 续信号 ，如果抽样频率 大于或等于 2 f H ，则 可以被所得
x（t） t -ω H c（t） t τ Ts xs（t） t
2 2
X （ω ） ω ωH C （ω ） ω-ω H Nhomakorabea0
ωH
2

ω
Xs（ω ） -ω H ω H
2


图3—10 自然抽样
1、平顶抽样或瞬时抽样——在抽样期间内使输 出的抽样信号幅度保持不变。 2、实际抽样过程中，平顶抽样是先通过窄脉冲 序列完成自然抽样后，再利用脉冲形成电路来 实现的。 3、理论上平顶抽样可分解为如下两步来进行： 第一，理想抽样；第二，用一个冲击响应为矩 形的网络对抽样值进行幅度值保持（即脉冲形 成电路），其电路框图如图3—11所示。平顶 x (t) 抽样信号如图3—12所示。
3．1 数字基带信号的码型及其功 率谱
1、数字基带信号——未经调制的数字信息代码所对应的电脉冲信号都是 从低频甚至直流开始的。 2、数字信号的基带传输——在某些有线信道中，尤其是近距离情况下， 数字基带信号可以不经过调制直接传输，而这个传输系统就是基带传 输系统。 3、码型——确定码元的脉冲波形及码元序列的格式。 4、码型变换——数字信息的电脉冲表示过程。 5、根据一般信道的特点，选择传输码的码型时，主要应考虑以下几点： （1）码型中低频和高频频率的分量应尽量少，尤其频谱中不能含有直 流分量； （2）码型中应包含定时信息：不能有长的连0码或连1码，以便提取同 步定时信息； （3）码型变换设备必须简单而且可靠； （4）码型具有一定的检错能力：若传输码型有一定的规律，接收方就 可以根据这一规律进行检测，以判断接收信码的正确与否； （5）码型变换应与信源的统计特性无关。
h
3．2．1．4 平顶抽样
x(t)
xS(t)
脉冲形成电路
xh(t)
t
δT(t)
T
t
3．2．2 量化
1、对抽样信号的幅度进行离散化处理的过程就
是量化，完成量化过程的器件就叫做量化器。 2、量化的过程可用图3—14所示的方框图表示。
3、量化器输出和输入之间的关系称为量化特性。 一个理想的线性系统其输出——输入特性是一条 直线。
例题3.1 对频率范围30-300Hz模拟信号进行线性的PCM编码。 1、求采样频率。 2、若L=25.就PCM的信息速率 解：
1、fs=2fH=600Hz
2、n=log2L=6 Rb=nfs=6*600=3600b/s
3．2．2．2 非均匀量化
1、量化间隔不相等的量化就是非均匀量化，它是根据信 号的不同区间来确定量化间隔的。 2、从理论分析的角度，非均匀量化可以认为是先对信号 进行非线性变换，然后再进行均匀量化的结果，如图 3—16所示。
2、由于它用电平的变化而非电平的大小来传输信息，即它的信码1、 0与电平之间不存在绝对对应关系，它可以解决相位键控同步解 调时因接收端本地载波相位倒臵而引起的信息1、0倒换问题即相 位模糊现象，故差分码得到广泛应用。由于差分码中的电平仅具 有相对意义，因而又称之为相对码。
3．1．3 非归零单极性码的功率谱
T 50%
3．1．1．4 双极性归零码
双极性归零码如图 3—1 （ d ）所示，用正极性的 归零码和负极性的归零码分别表示 1和0。这种码兼有 双极性和归零的特点。 图3—2是典型的矩形波的功率谱。其分布似花瓣 状，第一个过零点之内的花瓣最大，称为主瓣，其余 的称为旁瓣。主瓣内集中了信号的绝大部分功率，所 以主瓣的宽度可以作为信号的近似带宽，通常称为谱 零点带宽。
二元非归零码
HDB3 AMI
1.0 0.5 0 0.5
1.0
图3—6 AMI码和HDB3码的功率谱
3．1．5．2 HDB3码
HDB3码的全称是三阶高密度双极性码。它的编码原理是： 先把二进制码变换成AMI码，然后去检查AMI码的连0 串情况，当没有4个以上连0码时，该AMI码就是HDB3 码；当出现了4个以上的连0码时，则将每4个连0码组 成的一小段中的第4个0变换成与其前一个非0符号 （+1或﹣1）同极性的符号。 AMI码和HDB3码的功率谱如图3—6所示。
1、设信码0、1等概率出现，单个1码的波形是幅度为A 的矩形脉冲，时域波形如图所示。
A 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0
TS
2、设二元码表达式为：
g1 (t nTs ) , g n (t ) g 2 (t nTs ) , an 1 an 0
设单个1码的波形为 g1 (t ) ，单个0码的波形为 g 2 (t )
3．2 脉冲编码调制PCM
1、脉冲编码调制（pulse modulation methods） 一种将模拟信号变换成数字信号的编码方式。PCM在光纤通信、数 字微波通信及卫星通信中都得到了广泛的应用。 2、PCM过程主要包括抽样、量化和编码三个步骤。
抽样把在时间上连续模拟信号转换成时间上离散而幅度上连续的
量化器的输出——输入特性则是阶梯形曲线。
相邻两个阶梯面之间的距离为阶距。
均匀量化器由于阶距相等，其特性曲线呈等间
距跳跃的形式，如图3—15。 非均匀量化器的特性曲线是不等间距地跳跃的。 根据各阶梯面的位臵，特性曲线又可分为中升 型和中平型。
图3—15 均匀量化 特性和量化误差
量化噪声
3、自然抽样是指抽样脉冲期间抽样信号的顶部保持原来 被抽样的模拟信号的变化规律，也称之为曲顶抽样，其 实现方式很简单，直接用窄脉冲序列与模拟信号相乘即 可。 4、自然抽样过程的波形及其所对应的频谱如图3—10所示。 从图中可以看出，接收端只需使用相应的低通滤波器， 便可从抽样信号中无失真地恢复出原始信号。
到的抽样值完全确定。 2、设 x(t ) 为一个频带限制在 (0, f H ) 内的低通信号，抽样脉 冲序列是一个周期性冲击函数 T (t ) ，则抽样信号可看成 是 x(t ) 和 T (t ) 相乘的结果，
x(t) xS(t)
TS
t
抽样信号的形成过程
接收端可通过截止频率为 信号，如图3—8所示。
x
f（x） 瞬时 压缩
z
均匀 量化
y
编 码
解 码
ˆ y
f 1(x)
–
ˆ x
瞬时 扩张
图3—16 非均匀量化
3、由于 f ( x) 和 f 1 ( x) 分别具有把信号幅度范围压缩与 扩张的作用，所以常把 z f ( x) 的变换过程称为压缩， 1 f ( x) 其逆变换 A 则叫做扩张。
1 Ax , 0 x 1 ln A A f ( x) 1 ln Ax 1 , x 1 1 ln A A
归 一 化 功 率 谱
0
非归零码 归零码
1/T
1/τ
f
3．1．2 差分码
1、在差分码中，1、0分别用相邻码元电平是否发生跳变来表示。
若用相邻电平发生跳变来表示码元1，则称之为传号差分码，记
做NRZ（M）码。如 图（e）所示。
若用相邻电平发生跳变来表示码元0，就叫做空号差分码，记为
NRZ（S）码。如图（f）所示。
4、采用 A 压缩律和 压缩律两种压缩特性，具有对数 特性且通过原点呈中心对称的曲线 。 （1）A律对数压缩特性 定义为：
律对数压缩的特性曲线
如图3—18(a)所示，在国际 标准中取
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现代通信原理
（第2版）
第3章 数字基带 调制与传输
本章学习要求：




了解：数字通信系统中几种常用的二元、三元基带数字信号如单 极性归零码、单极性非归零码、双极性归零码、双极性非归零码、 差分码、AMI码和HDB3码等。 掌握：对PCM脉冲编码调制的抽样、量化及编码三个过程进行了 详细的分析，指出了模拟信号数字化的基本方法。其中还具体讨 论了抽样过程中的自然抽样和平顶抽样、量化中的均匀量化和非 均匀量化（A律、μ律）、13折线和15折线近似以及编码中的A律 13折线PCM编码等问题并由PCM编码引出了有关差分脉冲编码调 制（DPCM）和增量调制（ΔM）的基本原理介绍。 掌握：计算机网络的拓扑构型 掌握：计算机网络的分类方法 了解：典型的计算机网络 了解：详细介绍了数字基带传输过程中的一些问题，如基带系统 模型、理想低通系统、具有滚降特性的无码间干扰的滤波器系统、 信道均衡技术和部分响应技术等，以及如何通过眼图来衡量基带 传输系统的性能优劣。 了解：计算机网络应用带来的社会问题
3．1．1 二元码 最简单的二元码基带信号波形为矩形，只有两种幅度电平取值， 分别对应于 二进制代码的“1”和“0”。 3．1．1．1 单极性非归零码 单极性非归零码简称单极性码如图a所示，其中“1”和“0”分别对 应正电压和零电位（或负电压和零电位），整个码元期间电平 保持不变。这是一种最简单的传输码，但其性能较差，只适于 极短距离的传输，故很少采用。 3．1．1．2 双极性非归零码 双极性非归零码简称双极性码如图（b）所示，该码用正电平和负 电平分别表示1和0，在整个码元期间电平保持不变。 3．1．1．3 单极性归零码 单极性归零码如图（c）所示，常记作RZ码。该码在发送1时仅在 整个码元期间T内只持续一段时间τ的高电平，其余时间内则返 回到零电平；发送0时就直接用零电平表示。称高电平持续时间 和整个码元周期之比 为占空比，通常使用半占空码，即 其 。