通信原理樊昌信课件第六章数字基带传输系统

1 T
s
2 T
s
3 T
s
4 T
s
f
3、双极性不归零码的功率谱密度
g1 (t )
G ( f ) AT Sa ( fT ) 1 s s
付立叶变换
A
Ts 2
Ts 2
t
1 T
s
2 T
s
f
g 2 (t )
G ( f ) AT Sa ( fT ) G ( f ) 2 s s 1
另P 一 ( f ) f 方 P ( 1 P ) G 面 ( f ) G ( f ) u s 1 2
2
1 1 2 f 1 ) AT Sa ( fT ) 0 s ( s s 2 2
1 2 2 AT Sa ( fT s s) 4
A2 P (f) (f) 单极 NRZ . 双边 4

2 | f [ PG ( mf ) | ( f mf ) s 1 s s m

设发 0 发 1 等概率 , 即 P 1 / 2
2 f 2 s 则 P ( f ) | G ( mf ) | ( f mf ) v 1 s s 4 m
观察 G ( f ) 图形可知 , 1
T 1 2 如果占空比 50 % 则 s即 T 2 T s s

t
1
2
s
1 T
s
2 T
f
g 2 (t )
付立叶变换
G 0 2(f )
t
f
单极性归零码的功率谱密度：
2 P ( f ) | f [ PG ( mf ) ( 1 P ) G ( mf )] | ( f mf ) v s 1 s 2 s s m
2 A T fT 2 s Sa( s ) 16 2
2
2
2 fT 1 2 A 2 2 m s Sa ( ) ( f m ) f A T Sa ( ) P ( f ) s s 单RZ 极 . 双边 16 2 16 2 m
单极性归零码的功率谱密度图
2 fT 1 2 A 2 2 m s A T Sa ( ) Sa ( ) ( f m ) f P ( f ) s s 单极 RZ . 双边 16 2 16 2 m

t
付立叶变换
f
双极性不归零码的功率谱密度

2 P ( f ) | f [ PG ( mf ) ( 1 P ) G ( mf )] | ( f m ) v s 1 s 2 s s m

1 设发 0 发 1 等概率 , 即 P 同时 G ( f ) G ( f ) 2 1 2 P (f) 0 ( 可见凡是双极性等概 码型均无离 ) v
2 f 2 2 s P ( f ) | A Sa ( m f ) | ( f mf ) v s s 4 m
它在奇数倍 f 处不等于 0, 在除了 0 以外的偶数倍 f 处等于 0 s s

Ts 2
2 f T T 2 2 s s s P ( f ) | A Sa ( m f ) | ( f mf ) v s s 4 2 2 m
3、单极性归零码(RZ)


Tb
称为 " 占空比 "
1
0
1
1
0
t
缺点：有直流、 最佳判决电平不确定 优点：能直接提取同步（分析完频谱才能理解这一点）
4、双极性归零码
0
1 1 1
0
t
优点：无直流、 最佳判决电平确定(=0) 缺点：不能直接提取同步,但是整流后就变成同步(CLK)
5、差分码（1表示“电平跳变”；0表示“不跳变”）
AMI-RZ
0
1
Ts
0
1
2T s 3T s
t
1
4T s
优点：接收后 进行全波整流， 就可从中提取
2、HDB3码（三阶高密度双极性码）
（对AMI的改进,解决了连“0”问题）
编码步骤： 首先将数据变成AMI码 如果有4个连0，则每4个连0分成1小组，称为一个“破
坏节” 将破坏节的第4个0用“+1”或“-1”替换掉，称之为V 比特。V取“+1”或“-1”的法则是： 第一个破坏节的V要保证与前一个非0比特同号 以后，相邻的破坏节中的V要反号

如何理解上式:
– 它是频域上一系列冲激信号的和； – 这些冲激信号位于0、±fs、 ±2fs、±3fs、…频率点上； fs =1/Ts (码元速率)
– 离散谱是否存在，取决于g1 (t) 和g2 (t) 的波形及其出现的 概率P。
P ( f ) f P ( 1 P ) G ( f ) G ( f ) u s 1 2
n
式中，an － 第n个码元所对应的电平值（随机量） Ts － 码元持续时间 g(t) －某种脉冲波形

s(t) sn(t)
n
s ( t) 是平稳随机过程 S ( t) 的样本函数
数字基带信号的频谱特性
设一个二进制的随机脉冲序列如下图所示：
g1 ( t )和 g2 (t ) 分别表示消息码“1”和“0”，为任意波形。
设 g ( t ) 和 g ( t ) 出现的概率分别为 P 和 ( 1 P ) ，且统计独 1 2
s(t) sn(t)
n

g ( t n T ),以 概 率 P 出 现 1 S st ( ) n gt （ n T ） ， 以 概 率 ( 1 P ) 出 现 2 S
上式表明:
– 交变波的功率谱是连续谱；
– 一般连续谱可以确定随机信号的带宽； – 连续谱总是存在。
2
s(t) 的功率谱： P s( f ) P v( f )P u( f )
2 | f [ PG ( mf ) ( 1 P ) G ( mf )] | ( f mf ) s 1 s 2 s s m
(6) 编码设备尽可能简单，以降低通信延时和成本
1、AMI码（Alternative Mark Inverse）（传号交
替反转码）
1用“+1”“-1”交替表示；0用“0电平”表示。
0
1
Ts
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0
1
2T s 3T s
t
1
4T s
优点：无直流、 且可以发现简单错误 缺点：如果出现长“0”则提取同步（CLK）困难
§6.1 数字基带信号及其频谱特性
数字基带信号常用码型 • 1、单极性不归零码
1
优点：简单
0
1
1
0
t
最佳判决电平不确定 缺点：有直流、 不能直接提取同步（分析完频谱才能理解这一点）
2、双极性不归零码
t
1
0
1
1
0
优点：无直流、 最佳判决电平确定(=0) 缺点：不能直接提取同步（分析完频谱才能理解这一点）
另P 一 ( f ) f 方 P ( 1 P ) G 面 ( f ) G ( f ) u s 1 2 1 1 2 f 1 ) 2 AT Sa ( fT ) s ( s s 2 2 2 2 A T Sa ( fT s s)
2
双极性不归零码的功率谱密度图
A T ( fT P (f) sSa s) 双极 NRZ . 双边
（注意，此时会产生一个问题：接收端无法区 别哪个是原有的信息1，哪个是后加的V）
1 2 2 AT Sa ( fT s s) 4
单极性不归零码的功率谱密度图：
A2 P (f) (f) 单极 NRZ . 双边 4
1 2 2 AT Sa ( fT s s) 4
1 T
s
2 T
s
3 T
s
f
2、单极性归零码的功率谱密度
g1 (t )
付立叶变换
G ( f ) A Sa ( f ) 1
通信原理
第六章 数字基带传输系统
本章的结构和重点
§6.1 数字基带信号及其频谱特性
§6.2 数字基带传输的常用码型
§6.3 数字基带信号传输与码间串扰
§6.4 无码间串扰的基带传输特性
§6.5 基带系统的抗噪声性能
§6.6 眼图
§6.7 部分响应和时域均衡
引言
我们在第一章介绍过通信系统的分类
按传输信号是模拟信号还是数字信号分 分为模拟通信系统和数字通信系统 按传输信号是基带信号还是频带信号分 分为基带通信系统和带通(调制)通信系统
如果传输的是数字信号,同时也是基带信号,则称
这种系统为“数字基带通信系统”
实际的例子有：USB通信、RS232串口通信、局域网
通信等等… 主要用于近距离有线通信
记 v (t)E [s (t)] 则： s (t)v (t)u (t)
交流波，非周期函数 稳态波，周期函数 其功率谱密度 P 是离散的 其功率谱密度 P (f) 是连续的 v(f) u
2 P ( f ) | f [ PG ( mf ) ( 1 P ) G ( mf )] | ( f mf ) v s 1 s 2 s s m
t
f
单极性不归零码的功率谱密度：

2 P ( f ) | f [ PG ( mf ) ( 1 P ) G ( mf )] | ( f mf ) v s 1 s 2 s s
2 | f [ PG ( mf ) | ( f mf ) s 1 s s m


T
t
付立叶变换
f
双极性归零码的功率谱密度图
2 A T fT 2 s s Sa ( ) 用 1 ~ 3 类似方法可得 P ( f ) 双RZ 极 . 双边 4 2
1 T
s
2 T
s
3 T
s
4 T
s
f
§6.2 基带传输的常用码型
数字基带码型设计的原则
(1) 对信源具有“透明性”
采用码型A和采用码型B对信源没有影响
2 A 2m Sa ( ) (f m ) f s 16 2 m
另P 一 ( f ) f 方 P ( 1 P ) G 面 ( f ) G ( f ) u s 1 2
T 1 1 T s s f ( 1 ) A Sa ( f ) 0 s 2 2 2 2
f P ( 1 P ) G ( f ) G ( f ) s 1 2
2
推出最简单的4种码型功率谱图
1、单极性不归零码
A
Ts 2
g1 (t )
付立叶变换
G ( f ) AT Sa ( fT ) 1 s s
1 T
s

Ts 2
t
2 T
s
f
g 2 (t )
付立叶变换
G 0 2(f )
设初始 状态为 高电平
1
0
1
1
0
t
优点：可以消除设备初始状态的影响
差分码在数字调制（第七章）中广泛应用
6、多电平波形
图中给出了一个四电平波形2B1Q（两个比特用四级电平 为了提高频带利用率，可以取多个电平，使多电平的一 个脉冲对应多个二进制码。 中的一级表示）
数字基带信号的数学表示
s ( t) a g ( t nT n s)
(2) 接收端必须能正确解码
(3) 没有直流，且低频、高频分量要小
直流和低频容易被耦合等电路隔离 高频容易被线路的电容效应引起的回路损耗掉
(4) 易于从基带信号中提取同步信息
这里的“同步”可以理解为数字电路中时钟(CLK)
(5) 最好有一定的误码检测功能
码型应具有一定的规律性，以便利用这一规律进行检测； 检测出来错误后，能纠正就纠正，不能纠正可以请求重发
2 2
1 T
s
2 T
s
3 T
s
f
4、双极性归零码的功率谱密度
g1 (t )
付立叶变换
G ( f ) A Sa ( f ) 1
T 1 2 如果占空比 50 % 则 s即 T 2 T s s

t
1 T
s
1 2
2
s
f
g 2 (t )
G ( f ) A Sa ( f ) G ( f ) 2 1
m
1 设发 0 发 1 等概率 , 即 P 2
2 f 2 s 则 P ( f ) | G ( mf ) | ( f mf ) v 1 s s 4 m
观察 G ( f ) 图形可知 , 它除了在 0 点外 , 其他 mf 处均 0 1 s
2 2 2 f f A 2 2 s s | AT | ( f ) P ( f ) | G ( 0 ) | ( f ) (f) s v 1 4 4 4