第三章数据信号基带传输

本节内容提要： 3.2.1 二进制传输基带传输系统
二进制传输系统的组成以及各组成部分的功能
3.2.2 多进制传输基带传输系统
多进制传输系统的组成及其特点
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3.2.1 二进制传输基带传输系统
DTE
a
码型 变换器
b
基带波形形成网络H(ω)
发送 c 滤波器
信道
d 接收 滤波器
噪声
e 抽样 判决器
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3.1 数据基带信号
本节内容提要：
基带传输中设计或选择信号码型对时的要求：
不含直流分量，且高频分量和低频分量要少 便于定时于同步信息地提取 编码方案对信源透明 码型具有一定抗噪声性能 码型具有较高的编码 码型没有或者只有很小的误码增值 码型变换设备要简单可靠 本节将介绍NRZ码、双极性码、RZ码、双极性归零码、双相码、 AMI码、HDB3码等码性的编码规则、频谱组成、特点及应用等
n
改写上式，得：
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3.3.1 码间干扰及其数学分析

y(t0 kTb ) ak h(t0 )
anh[t0 (k n)Tb ] nR (t0 kTb )
n ,n k
第一项对应第k个码元的样值
第三项nR(t0+kTb)是抽样时刻噪声的样值
h[t0 (k n)Tb ] 0 k n 令k-n=k’，因为函数与自变量符号无关，所以把k’记作k， 并设传输时延t0=0得到式 ：
1 k 0 h(kTb ) 0 k 0
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3.3.2 无码间干扰的传输特性
1. 无码间干扰传输的频域条件
传输特性H(ω)和单位冲激响应h(t)是一对傅氏变换对：
P(f)
P(f)
τ/Tb=50%
f
0
fb
2fb
(a) 单极性码
P(f)
AMI码 HDB3码
f 0 0.5fb fb
(c) AMI码和HDB3码
0
fb
f 2fb 3fb 4fb
(b) 单极性归零码
P(f)
0
fb
2fb
(d) 双极性码
不归零码
τ/Tb=50%归零码 f
3fb 4fb
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3.2 基带传输系统的组成
CP
同步系统
f DTE
码型变换器是将数据信号转换成更适合于信道传输的码型
发送滤波器进行信号波形转换
接收滤波器完成抑制带外噪声、均衡信号波形等功能，使其输出波形
更有利于抽样判决
同步系统作用是通过特定方法提取同步信息，并产生同步控制信号
抽样判决器是在位同步脉冲的控制下对信号波形抽样，并按照特定码
型的判决规则恢复原始数据信号
0
1
0
1
1
曼彻斯 A 特编码 0
-A
差分曼彻 A 斯特编码 0
-A
特点及应用： 不含直流分量，定时信息丰富 具有编码冗余 极性反转时会引起译码错误
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3.1.1 常用基带信号
9. nB/mB码
编码规则： n个二进制码元(比特)用m个二进制码元(比特)编码
4比特输入 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
第二项是其它码元在第k个码元抽样时刻的样值即码间干扰 通过设计h(t)的波形（即设计系统的传输特性H(ω)）可以实现无码间
干扰的传输，典型波形如下图所示
h(t)
h(t)
t
t
t0
t0+Tb
t0
t0+Tb
t0+2Tb
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3.3.1 码间干扰及其数学分析
经过上面分析，可以得出当h(t)满足下式时就可以消除码间干扰 1 k n
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3.1.1 常用基带信号
3.双极性归零码
编码规则：用高电平表示“1”，低电平表示“0”，
判决电平
Tb
t
特点及应用： 发送能量大有利于提高收端信比 无直流但低频成份大 不能提取同步信 判决电平容易稳定，无需线路接地
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3.1.1 常用基带信号
4.双极性不归零码
编码规则：用高电平表示“1”，低电平表示“0”，电平的持续时 间
5比特编码 11110 01001 10100 10101 01010 01011 01110 01111
NRZI波形
4比特输入 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
5比特t编码 10010 10011 10110 10111 11010 11011 11100 11101
对于双极性信号：
1 “1”码元 an 1 “0”码元
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3.1.2 基带信号的频谱
2. 信号对应的功率谱
Ps ( f ) fb P(1 P) |G1( f ) G2 ( f ) |2

| fb[PG1(nfb ) (1 P)G2 (nfb )] |2 ( f nfb )
NRZI波形
特点及应用：
具有差分码的特点
比较容易提取同步信息
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3.1.2 基带信号的频谱
1. 数字基带信号的一般表达式
数字信号的波形如下图所示，假设“1”用g1(t)表示， “0”用g2(t)表示
g1(t)
g2(t)
t
t
s(t)
t
-3Tb/2
Tb
3Tb/2
假设在一个码元周期Tb内“1”出现的概率为P，“0”出现的概率为1-P，
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3.1.1 常用基带信号
1.单极性不归零(NRZ)码
编码规则：高电平表示1码，零电平表示0码；波形如下：
101101
判决电平
Tb
t
特点及应用：
发送能量大有利于提高收端信噪比
带宽窄但直流和低频成分大；
不能提取同步信息
判决电平不易稳定
一般用于设备内部和短距离通信中。
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n
fb=1/Tb，数值上等于码元速率RB
G1(f)和G2(f)分别为g1(t)和g2(t)的傅氏变换
式中的第一项表示连续谱，由其可以确定信号的带宽
第二项是离散谱，由其可以判断信号有无直流分量以及是否包含
同步信息
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3.1.2 基带信号的频谱
部分码型的功率谱结构如下图所示 ：

h(t) an (t nTb ) nR (t)
n
anh(t nTb ) nR (t)
n
如果对第k个码元抽样，抽样时刻为t0+kTb，则所得的样值是：

y(t0 kTb ) anh[t0 (k n)Tb ] nR (t0 kTb )
t 0 -A
特点及应用： 不包含直流分量，低频分量也很少 比较容易提取同步信息
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3.1.1 常用基带信号
7.三阶高密度双极性码(HDB3)
编码规则： B码(1码以及补救脉冲)用高低电平交替表示 V码(破坏脉冲)极性交替，且与其前面第一个B码极性相同 ；
11 0 00 0 1 1 0 00 0 0 0 0 0 1 1
3.1.1 常用基带信号
2.单极性归零(RZ)码
编码规则：高电平表示1码，零电平表示0码； 电平的持续时
间τ比码元周期Tb小，其波形如下：
1wk.baidu.com1101
判决电平
τ Tb
t
占空比：τ/Tb ，典型的取值是τ/Tb=50% 特点及应用：
具有单极性码的大多特点但带宽增大，
可以直接提取同步信息
一般用于设备内部和短距离通信中。
nb b / 2
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3.3.2 无码间干扰的传输特性
用Hn(ω)表示第n个区间内的H(ω) 则 :
h(kTb )

1
2
n
H ( nb b / 2
nb b / 2 n
)e jkTb d
只需要对H(ω)作合理设计，在抽样判决器前就可以得到理想的波形

d (t) an (t nTb )
n
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3.3.1 码间干扰及其数学分析
假设信道噪声为加性噪声记作n(t),经过系统传输后输出为nR(t),则
y(t) d (t) h(t) nR (t)
第三章 数据信号基带传输
内容简介 学习要求 学习目录 结束放映
0 1
0 100BASE-T
0 1 1 1 10
作者：蒋占军
内容简介
——基带传输是数据通信中的基本传输方式，数据终端只要经过 简单的电平和码型变换后就可以在信道中直接传输，主要应用在 局域网等短距离的数据传输中。 ——本章主要介绍基带信号的特性，基带传输系统的组成，无码 间干扰传输系统的设计，以及部分响应 、时域均衡以及数据扰码 等提高系统传输性能的技术 。
A
0
-A
B+ B- 0 0 0 V- B+ B- B+ 0 0 V+ B- 0 0 V- B+ B-
特点及应用：
破坏脉冲
补救脉冲
具有AMI码的所有优点
编译码电路较复杂
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3.1.1 常用基带信号
8.曼彻斯特码
编码规则： “1”用高低电平表示，“0”用低高电平表示 ；
绝对码an
1
1
0
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3.3 无码间干扰的基带传输
本节内容提要： 3.3.1 码间干扰及其数学分析
码间干扰的定义 码间干扰的数学表达 消除码间干扰的时域条件
3.3.2 无码间干扰的传输特性
无码间干扰传输的频域条件 理想低通传输特性 滚降传输特性
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3.3.1 码间干扰及其数学分析
码间干扰——由于系统的传输特性不理想，致使码元波形畸变，引起 前后码元相互干扰的现象
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学习要求
1. 掌握基带信号的常用码型的特点。 2. 了解基带信号的频谱结构 3. 掌握基带传输系统的组成。 4. 掌握码间干扰的概念以及无码间干扰传输的条件。 5. 了解基带传输系统的性能。 6. 了解眼图的功能。 7. 掌握部分响应、时域均衡以及数据加扰的基本原理
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学习目录
3.1 数据基带信号分析 3.2 基带传输系统组成 3.3 无码间干扰的基带传输系统 3.4 眼图 3.5 基带传输系统性能分析 3.6 改善系统性能的几个措施
理想波形
失真后的波形
t
t
发送端波形：
t
0
Tb
2Tb
3Tb
接收端波形：
t
位同步脉冲：
t0
t0+Tb
信号样值
t
t0+2Tb t0+3Tb
码间干扰
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3.3.1 码间干扰及其数学分析
基带传输系统的简化模型
s(t) 理想抽样 d(t)

(t nTb )
n
H(ω)
噪声
y(t) 抽样判决 位同步脉冲

s(t) an g(t nTb )
n
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3.1.2 基带信号的频谱
其中
g
(t
)

g1 (t

g
2
(t
nTb ) nTb )
以概率P出现
以概率1 P出现
an是第n个脉冲的相对幅度，其取值与所用码型有关，
对于单极性信号有：
1 “1”码元 an 0 “0”码元
绝对码an 1
1
0
0
1
0
1
1
A t
传号码 0
-A
A
空号码 0
t
-A
特点及应用： 即使传输过程中所有电平都发生了反转，接收端仍能正确判决 是数据传输系统中的一种常用码型
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3.1.1 常用基带信号
6.极性交替码(AMI码)
编码规则： “1”用高低电平交替表示，“0”用零电平表示
11 0 00 0 1 1 0 00 0 0 00 0 1 1 A
τ比码元周期Tb1小，0 其波1 形如1 下0： 1
Tb
判决电平
τ
t
占空比：τ/Tb ，典型的取值是τ/Tb=50% 特点及应用：
具有双极性码的优点 比较容易提取同步信息
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3.1.1 常用基带信号
5.差分码
编码规则：差分码是用相邻两个电平变化与否表示“1”和“0”，
所以又称为相对码记作bn
h(t) 1 H ()e jt d
2
当t=kTb时: h(k Tb )

1
2
H ()e jkTb d

对上式按照ωb=2π/Tb的长度用分段积分的形式表示为:
h(kTb )
1
2
n
nb
b
/
2
H
( )e
jk Tb
d
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3.2.1 二进制传输基带传输系统
系统各部分波形如下图所示
a:
1
0
1
1
1
0
1
t
t
b:
Tb
c:
Tb
t
d:
t
e:
t
cp:
Tb t
样值：
f:
1
0
1
1
1
1*
1
t
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3.2.2 多进制传输基带传输系统
多进制基带传输系统结构二进制系统相比较，区别实在于收发两端 加二进制和M进制的转换设备 和二进制相较，多进制数据传输系统具有以下特点： 在码元速率相同的条件下，多进制系统可以实现更高的信息速率 在信息速率相同的条件下，有利于提高传输可靠性 多进制系统需要维持多个判决电平，在相同信号功率输入时，抵抗噪 声干扰的能力较弱，所以此时其系统误码率比二进制大 多进制系统设备更复杂