通信原理课件第五章

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5.1 概述
信 源
编 数字基带信号 码 器
信 道
数字基带信号 解 码 器
信 宿
噪声
(a)数字基带系统
数字
数字 数字
数字
信 源
编 基带 码 信号 器
调 制 器
频带 信号 信

频带 信号
解 调 器
基带 信号
解 码

信 宿
噪声 广义信道
(b)数字频带系统
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5.1 概述
目前,虽然在实际使用的数字通信系统中基 带传输不如频带传输广泛,但是对于基带传输 系统来说: 1.在频带传输在也同样存在基带传输问题,也 就是说,基带传输系统的许多问题也是频带传 输系统必须考虑的问题; 2.随着数字通信系统的发展,基带传输这种方 式也有迅速发展的趋势。
和单极性不归零码相
+V 0 1 0 1 1 0 0 0 1 比,可直接提取位定时信
0
息,也是其它码型提取同
步信号时需要的一种过渡
码型。
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5.3 基带数字信号的波形
4.双极性归零码
每个码元的起止时刻能够很容易得知;有利于同步脉冲的 提取。
当“0”和“1”以等概率出现时,也没有直流分量。
0 1 0 1 10 0 0 1 +V
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5.3 基带数字信号的波形
优点:简单
缺点: ① 有直流分量; ② 信号不出现跳变,不能提取位定时信息; ③ 每个“1”和“0”相互独立,无检错能力; ④ 单极性码传输时需要信道一端接地,只适
合用导线连接的各点之间做近距离传输, 如机箱内,不适用于两根芯线均不接地的 电缆传输; ⑤ 接收单极性码,判决电平为V/2,信道衰 减时,无最佳判决门限。
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5.4 基带数字信号的传输码型
7.AMI码 -传号交替反转码
编码规则: 将消息码中“1”交替变成“+1”和“-
1”; “0”保持不变。
例:消息码: 0 1 0 1 1 0 0 0 1 AMI码:0 +1 0 -1 +1 0 0 0 -1
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5.4 基带数字信号的传输码型
优点:没有直流分量 译码电路简单 易于发现错码。
3)信息1与0分别独立地对应于某个传输电平, 相邻信号之间取值独立,不存在任何制约,因此 基带信号不存在检错能力。
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5.3 基带数字信号的波形
5.差分波形
数字“0”和“1”不是用电压值表示,而是用电压的变化 表示。
空号差分码:当“0”出现时,电压即发生跳变;当“1”出
现时,电压不发生变化。
01 0 1 10 0 0 1
•译码:
– 找到破坏码元后,将破坏码元及其前面的3个符号都译 为“0”。
– 然后,将“+1”和“-1”都译为“1”,其它为“0”。
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例 设二进制信息为01000001100001011,试 绘出单极性NRZ码、单极性RZ码、AMI码、 HDB3码(第一个B为+)波形。 解:该二进制码流的NRZ码、RZ码、AMI码、 HDB3码分别如图。
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5.4 基带数字信号的传输码型
例如: 消息码:
1000 0 1000 0 1 1 0 0 0 0 1 1
AMI码: -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1 -1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V -1 +1 0 0 0 +V +1 -1
HDB3码: -1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V -1 +1 -B 0 0 -V +1 -1
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5.3 基带数字信号的波形
数字基带信号的码型设计原则
数字基带信号是指消息代码的电波形,它 是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。 通常把这种电脉冲的形式称为码型,
实际的基带传输系统中,并非所有代码的电 波形都能在信道中传输。例如,含有直流和较 丰富低频分量的基带波形就不适宜在低频传输 特性差的信道中传输,因为它有可能造成信号 严重畸变。又如,出现长串的连1或0符号时, 有些波形无法获取定时信息。
▪ 仍未解决简单二元码存在的问题。
▪ 存在误码扩散,抗噪声性能较差。
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5.3 基带数字信号的波形
+V
(a) 0
+V
(b) -V
Hale Waihona Puke Baidu+V
(c) 0
+V
(d) 0
-V
(e)
0101100
01
(a) 单极性波形 (b)双极性波形 (c)单极性归零波形 (d)双极性归零波形
(e)差分波形
图5.3.1 基带信号的基本波形
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5.3 基带数字信号的波形 2.双极性不归零码 编码规则
▪ 用正负电平(+V和-V)分别代表二进制符 号的“1”和“0” 。
▪ 在一个码元时间内电平维持不变。
+V 0 1 0 1 1 0 0 0 1 -V
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5.3 基带数字信号的波形
优点:
▪ 1和0等概出现时,无直流分量,可在不需 要接地的电缆中传输
二进制数字信息 8
5.2 字符的编码方法
▪ 何谓字符? - 数字通信系统中输入的文字,例如汉字、数字和英文字母等,
统称为字符。 ▪ 汉字的编码方法 -传统的电报通信:4位十进制数字表示一个汉字。 例如:“中” “0022”,“国” “0948”。 -现代计算机的区位码:4位十进制数字表示一个汉字。 例如: “中” “5448”,“国” “2590”。 ▪ 英文字母编码方法 -ASCII 码:7位二进制数字表示一个字符 。 说明:表示字符的数字组合称为码组,也称为“代码”。
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5.3 基带数字信号的波形 6.多电平码( 多进制信号的基本波形)
当数字信息有M种符号时,称为M元 码,相应地要用M种电平表示它们,M>2 时,也称多元码。多元码中,每个符号可 以用来表示一个二进制码组。因此,n位二 进制码组可以用M=2n元码来传输。也就是 说多个二进制符号对应一个脉冲码元波形。
▪ 节省能源。 ▪ 判决电平0,为最佳判决门限
缺点:
▪ 信号不出现跳变,不能提取位定时信息 ▪ 无检错能力
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5.3 基带数字信号的波形
3.单极性归零码
归零RZ(Return-to-zero)是指信号电压在一个码元持续 时间内回到0值。
信号脉冲宽度小于码元宽度; 通常使脉冲宽度等于码元宽度的一半 。
缺点:出现长串连“0”时,接收端无法取得定时信 息。 注意:AMI码又被称为 “1B/1T”码 即把 1个二进制 码元变成1个三进制码元。
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5.4 基带数字信号的传输码型
8.HDB3码 - 3阶高密度双极性码 编码规则:
– 首先,将消息码变换成AMI码, – 然后,检查AMI码中连“0”的情况:
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5.1 概述
这些数字基带信号往往包含丰富的低频分量, 甚至直流分量。在具有低通特性的有线信道中, 特别是传输距离不太远的情况下,它们可以直 接传输, 故称为数字基带传输。基带传输是不 使用载波调制解调装置而直接传输基带信号的 传输方式。
而大多数信道,如各种无线信道和光信道, 则是带通型的,数字基带信号必须经过载波调 制,把频谱搬移到高载波处才能在信道中传输, 这被称为数字频带(调制或载波)传输。
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5.4 基带数字信号的传输码型
»为了保证相邻“V”的符号也是极性交替: * 当相邻“V”之间有奇数个非“0”码元时,这是
能够保证的。 * 当相邻“V”之间有偶数个非“0”码元时,不符
合此“极性交替”要求。这时,需将这个连“0”码 元串的第1个“0”变成“+B”或“-B”。B的符号与 前一个非“0”码元的符号相反;并且让后面的非“0” 码元符号从V码元开始再交替变化。
译 码: -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 +1 -1 1000 0 1000 0 1 1 0 0 0 0 1 1
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5.4 基带数字信号的传输码型
•优点:除了具有AMI码的优点外,还可以使连“0”码元串 中“0”的数目不多于3个,而且与信源的统计特性无关。故 在接收时能保证定时信息的提取。 •缺点:单个误码有时会在接收端译码后产生多个误码
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5.3 基带数字信号的波形 传号差分码:当“1”出现时,电压即发生跳变;当“0”出
现时,电压不发生变化。
10 1 0 01 1 1 0
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5.3 基带数字信号的波形
差分码是以相邻脉冲电平的相对变化来表 示代码,因此差分码中的电平只具有相对意 义,称为相对码,即使当接收端收到的码元极 性与发送端完全相反时也能正确判决。而相 应地称前面的单极性或双极性波形为绝对码。 用差分码传送代码可以消除设备初始状态的 影响,特别是在相位调制系统中用于解决载 波相位模糊问题。
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5.3 基带数字信号的波形
P( f )
谱零点带宽:主瓣宽度
归零码 不归零码
归一化功率谱
O 1/T 1/t
常用二元码的功率谱
f
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5.3 基带数字信号的波形
上述四种简单二元码:
1)功率谱中有丰富的低频分量和直流分量, 因此它们不能适用于有交流耦合的传输信道。
2)当信息中出现长1串和长0串时,不归零码 呈现连续的固定电平,无电平跃变,也就没有定 位信息。单极性归零码在出现连续0时也存在同 样的问题。
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码型设计的主要原则
① 对于传输频带低端受限的信道,线路码型频 谱中应不含直流分量;
② 易于从信号中提取位定时信息; ③ 传输效率高,线路码流中高频分量应尽量少,
以节省传输频带并减小干扰; ④ 线路码型最好具有一定的误码检测能力; ⑤ 码型变换过程不受信源统计特性影响,即能
适应信源的变化; ⑥ 信号抗噪声能力好, 误码扩散越小越好; ⑦ 编译码设备尽量简单。
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5.1 概述
a 码型 b 数字信息 编码
发送滤波 c 器GT(f)
信道 干扰
C(f) g 码型 再生 e 接收滤波 d
译码 判决
器GR(f)
f 同步
传输码型选择
提取
脉冲整形
基带系统传递函数的设计
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5.1 概述
(a) 1
0
1
10
1
00
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g) 1
0
1
00
1
01
二进制数字信息 码型编码 脉冲整形 信道传输 再生判决
第5章 基带数字信号的表示与传输
5.1 概述 5.2 字符的编码方法 5.3 基带数字信号的波形 5.4 基带数字信号的传输码型 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 时域均衡器
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5.1 概述
通过第4章的学习,已经解决了把模拟 信号变换为数字信号,为数字通信奠定 了部分基础。但是,数字通信系统的任 务是传输数字信息。如何将这些载有信 息的数字序列传递给收信者呢?
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5.3 基带数字信号的波形
4电平波形:数字信息有4种符号,要用4种电平(-3V、-V、+V、
+3V)表示。
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3V
V 0 -V
-3V
每个符号用一个2位的二进制码组表示。
01100011111001 10 2B1Q 11 01 00
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5.3 基带数字信号的波形
与二元码传输相比,在码元速率相同 的情况下,它们的传输带宽是相同的,但 多元码的信息传输速率是二元码的log2M倍。 因此M元码传输时频带利用率提高n= log2M倍,在频带受限的高速数字传输系统 中广泛应用。
为此,还必须把数字化后的脉冲编码 信号变换成一定形状的电信号,按一定 规律组成数字基带信号近距离传输或者 调制成频带信号远距离传输,才有可能 实现数字通信。
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5.1 概述
基带数字信号: 未经调制变换的电脉冲信号,通常指的
是其频谱从零频(或零频附近)到不超过 兆赫的有限频率的信号。
来自数据终端的原始数据信号; 如:计算机输出的二进制序列 来自模拟信号经过数字化处理后的 脉冲编码信号。 如:PCM码组
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5.3 基带数字信号的波形
❖ 二进制数字信号“0”和“1”在电路中是用电压表示出
来的,以矩形电压脉冲为例,给出几种基本的表示方
法:
1. 编单码极规性则不:归零码:一种最简单的基带信号波形 ▪ 用0电平和正(负)电平V 分别代表二进制符号的 +V 0 1 0 1 1 0 0 0 1 “0”和“1”;当然, 0 也可以用0电平代表 “1”,电平V代表“0”。 ▪ 在一个码元时间内电平 维持不变。
»当没有发现4个以上(包括4个)连“0”时,则不作 改变,AMI码就是HDB3码。
»当发现4个或4个以上连“0”的码元串时,就将第4个 “0”变成与其前一个非“0”码元(“+1”或“-1”) 同极性的码元。该码元为“破坏码元”,并用符号 “V”表示,即用“+V”表示“+1”,用“-V”表示 “-1”。
0 -V
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5.3 基带数字信号的波形
归零码相邻脉冲间必有零电位区域存在。 因此,在接收端根据接收波形归于零电平便知 1比特信息已收毕,以准备下一比特信息的接 收。可以认为正负脉冲的前沿起了启动信号的 作用,后沿起了终止信号的作用。因此,可以 经常保持正确的比特同步。即收发之间无须特 别的定时,且各符号独立的构成起止方式,属 于自同步方式。
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