数字通信技术第5章1

13:13113:132掌握基带传输的基本码型、奈奎斯特第一准则，理解基带数字信号的频谱特性，了解眼图的意义，了解奈奎斯特第二准则和时域均衡原理。本章要求(参考学时为8学时)13:133基带数字信号传输码型基带数字信号频率特性无码间干扰的基带传输(奈奎斯特第一准则)部分响应系统（奈奎斯特第二准则）眼图的概念均衡原理知识要点13:134★什么是基带数字信号？未经调制的数字信号，它所占据的频谱通常是从零频或很低频率开始的。★什么是基带数字传输系统？信号不经过载波调制而直接进行传输。★着重解决：怎样设计系统的传输特性以实现基带数字信号的成功传输。5.1概述第5章基带数字信号的表示和传输13:135★数字信号传输时为什么需要不同的表示方法？为了去除直流分量和频率很低的分量为了在接收端得到每个码元的起止时刻信息；为了使信号的频谱和信道的传输特性相匹配★结论由消息转换而来的数字信号一般都不适合信道传输，通常在传输前还要以上述为目的进行处理。第5章基带数字信号的表示和传输13:1365.2字符的编码方法(简)何谓字符？汉字、数字和英文字母…，统称为字符。汉字的编码方法：4位十进制数字表示一个汉字。例如，电报编码：“中”“0022”，“国”“0948”。区位码：“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。第5章基带数字信号的表示和传输13:1375.3基带数字信号的波形单极性不归零（NRZ）波形二进制符号“1”、“0”分别对应正电平和零电平，或反之。在整个码元持续时间内，信号取值不变。易于用TTL、CMOS电路产生；缺点是有直流分量，要求传输线路具有直流传输能力，因而不适应有交流耦合的远距离传输，只适用于计算机内部或极近距离的传输。双极性不归零（BPNRZ）波形“1”、“0”分别对应正、负电平，或反之。在整个码元持续时间内，信号取值不变。当“1”和“0”等概率出现时无直流分量，有利于在信道中传输，并且在接收端恢复信号的判决电平为零值，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强。第5章基带数字信号的表示和传输13:138单极性归零（RZ）波形信号电压在一个码元终止前总要回到零电平。通常，归零波形使用半占空码，即占空比为50%。从单极性RZ波形可以直接提取定时信息。双极性归零（BPRZ）波形兼有双极性和归零波形的特点。使得接收端很容易识别出每个码元的起止时刻，便于同步。第5章基带数字信号的表示和传输13:139差分波形用相邻码元电平的跳变和不变来表示消息代码，图中，以电平跳变表示“0”，以电平不变表示“1”。它也称相对码波形。用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响。多电平波形：可以提高频带利用率。图中给出了一个四电平波形。第5章基带数字信号的表示和传输13:1310010110001-V0+V+V+V0+V-V0(a)(b)(c)(d)(e)(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-V图5.3.2多电平波形0+V+3V-3V第5章基带数字信号的表示和传输13:13115.4基带数字信号的传输码型(简)★对于传输码型，有如下一些要求：无直流分量和只有很小的低频分量；含有码元的定时信息；传输效率高；最好有一定的检错能力；适用于各种信源，即要求以上性能和信源的统计特性无关第5章基带数字信号的表示和传输13:1312★AMI码－传号交替反转码编码规则：“1”交替变成“＋1”和“－1”，“0”仍保持为“0”。例：消息码：010110001AMI码：0+10-1+1000-1优点：没有直流分量、译码电路简单、能发现错码缺点：出现长串连“0”时，将使接收端无法取得定时信息。又称：“1B/1T”码－1位二进制码变成1位三进制码。第5章基带数字信号的表示和传输13:1313★HDB3码－3阶高密度双极性码编码规则：（1）将消息码变换成AMI码，（2）检查AMI码中连“0”的情况：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。将这个码元称为“破坏码元”，并用符号“V”表示，即用“+V”表示“＋1”，用“－V”表示“－1”。第5章基带数字信号的表示和传输13:1314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。第5章基带数字信号的表示和传输13:1315【例5-1】：消息码:100001000011000011AMI码:-10000+10000-1+10000-1+1HDB3码:-1000-V+1000+V-1+1-B00-V+1-1-1000-1+1000+1-1+1-100-1+1-1译码：-10000+10000-1+10000+1-1100001000011000011第5章基带数字信号的表示和传输13:1316另一编码规则：dkdk’：将dk中的连四零变换为特殊序列000V或100V。选择原则：相邻两个特殊序列之间有偶数个1时，后一个特殊序列采用100V，否则用000V,以保证HDB3码的均值为零。dk’HDB3：对dk’序列的“1”交替地变换为“+1”与“-1”，V破坏极性交替规律。【例5-2】消息码dk:1101100000100000000dk’:(V-)11011100V01000V100VHDB3码:+1-10+1-1+100+10-1000-1+100+1第5章基带数字信号的表示和传输13:1317译码：–发现相连的两个同符号的“1”时，后面的“1”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”。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。第5章基带数字信号的表示和传输13:1318★双相码－曼彻斯特(Manchester)码编码规则：消息码“0”传输码“01”消息码“1”传输码“10”例：消息码：1100101双相码：10100101100110译码规则：消息码“0”和“1”交替处有连“0”和连“1”，可以作为码组的边界。优缺点：只有2电平，可以提供定时信息，无直流分量；但是占用带宽较宽。第5章基带数字信号的表示和传输13:1319★密勒码－延迟调制码编码规则：消息码“1”用中点处电压的突跳表示，或者说用“01”或“10”表示；消息码“0”单个消息码“0”不产生电位变化，连“0”消息码则在边界使电平突变，或者说用“11”或“00”表示特点：当“1”之间有一个“0”时，码元宽度最长（等于两倍消息码的长度）。这一性质也可以用来检测误码。第5章基带数字信号的表示和传输13:1320产生：双相码的下降沿正好对应密勒码的突变沿。因此，用双相码的下降沿触发双稳触发器就可以得到密勒码★CMI码－传号反转码编码规则：消息码“1”交替用“11”和“00”表示；消息码“0”用“01”表示。特点：CMI码易于实现，含有丰富的定时信息。此外，由于10为禁用码组，不会出现3个以上的连码，这个规律可用来宏观检错。第5章基带数字信号的表示和传输13:132100消息码：10110001双相码：1001101001010110双相码波形：双相码相位：0000密勒码：0CMI码：第5章基带数字信号的表示和传输13:1322★nBmB码这是一类分组码，它把消息码流的n位二进制码元编为一组，并变换成为m位二进制的码组，其中mn。后者有2m种不同组合。由于mn，所以后者多出(2m–2n)种组合。在2m种组合中，可以选择特定部分为可用码组，其余部分为禁用码组，以获得好的编码特性。双相码、密勒码和CMI码等都可以看作是1B2B码。在光纤通信系统中，常选用m=n+1，例如5B6B码等。除了nBmB码外，还可以有nBmT码等等。nBmT码表示将n个二进制码元变成m个三进制码元。第5章基带数字信号的表示和传输13:13235.5基带数字信号的频率特性★二进制随机信号序列的功率谱密度设信号中“0”和“1”的波形分别为g1(t)和g2(t)，码元宽带为T。第5章基带数字信号的表示和传输(a)g1(t)波形0g1(t)(b)g2(t)波形g2(t)0g1(t-nT)g2[t-(n+1)T]00101Tts(t)(c)s(t)波形13:1324假设随机信号序列是一个平稳随机过程，其中“0”和“1”的出现概率分别为P和(1P)，而且它们的出现是统计独立的则有：其截短函数：式中，其功率谱密度：式中，为截取的一段信号的持续时间，N是一个足够大的整数。nn)t(s)t(s)1(),(),()(21PnTtgPnTtgtsn概率为概率为cCTsTfSEfPEfPc2)(lim)]([)(TNTc)12(第5章基带数字信号的表示和传输)f(S)t(s)t(scNNnnc13:1325因此若求出了截短信号sc(t)的频谱密度Sc(f)，利用上式就能计算出信号的功率谱密度Ps(f)。把sc(t)分解成稳态波vc(t)和交变波uc(t)之和，即稳态波vc(t)，即随机序列s(t)的统计平均分量，它取决于每个码元内出现g1(t)和g2(t)的概率加权平均，可表示成)t(u)t(v)t(scccTNfSEfPCNs)12()(lim)(2)t(v)]nTt(g)P()nTt(Pg[)t(vNNnnNNnc211第5章基带数字信号的表示和传输13:1326交变波uc(t)是sc(t)与vc(t)之差，即式中，或写成其中显然，uc(t)是一个随机脉冲序列。NNnnnNNnnccctutvtstvtstu)()]()([)()()()P()],nTt(g)nTt(g[P)nTt(g)P()nTt(Pg)nTt(gP)],nTt(g)nTt(g)[P()nTt(g)P()nTt(Pg)nTt(g)t(un11112121221211以概率以概率)]nTt(g)nTt(g[a)t(ussnn21)1(,,1PPPPan以概率以概率第5章基带数字信号的表示和传输)1(),(),()(21PnTtgPnTtgtsn概率为概率为)()]()1()([)(21tvnTtgPnTtPgtvNNnnNNnc13:1327•求稳态波v(t)的功率谱密度Pv(f)当Tc，即N，有vc(t)v(t)，所以因为v(t)是以T为周期的周期信号，可以展成傅里叶级数式中n)]nTt(g)P()nTt(Pg[)t(v211mtfmjmceC)t(v22221TTtfmjmdte)t(vTCcTfc12222111TTtfmjnmdte)]nTt(g)P()nTt(Pg[TCc第5章基带数字信号的表示和传输13:1328由于只存在于（-T/2，T/2）范围内，所以上式的积分限可以改为从-到，因此其中于是，根据周期信号的功率谱密度与傅里叶系数的关系式得到稳态波v(t)的功率谱密度为)()1()(21tgPtPgdte)]t(g)P()t(Pg[TCtfmjmc22111dte)t(g)mf(Gtmfjcc211dt