通信原理韩庆文第四章基带传输(1)

1、CCEE第四章第四章 基带传输基带传输数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理主要内容主要内容 4.1 4.1 概概 述述4.2 4.2 基带信号及其频谱特性基带信号及其频谱特性 4.3 4.3 基带信号的传输与码间干扰基带信号的传输与码间干扰 4.4 4.4 基带传输中码间干扰的消除基带传输中码间干扰的消除 4.5 4.5 传输系统中的噪声传输系统中的噪声4.6 4.6 基带信号的最佳接收基带信号的最佳接收4.8 4.8 基带系统的均衡基带系统的均衡4.7 4.7 基带系统的最佳化基带系统的最佳化重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信

2、原理4.1 概述概述1 12 23 3重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理基带传输和频带传输基带传输和频带传输基带信号基带信号来自数据终端的原始数据信号，往往包含丰富的来自数据终端的原始数据信号，往往包含丰富的低频分量，甚至直流分量，称之为数字基带信号。低频分量，甚至直流分量，称之为数字基带信号。数字基带传输数字基带传输在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传输，称之为数字况下，数字基带信号可以直接传输，称之为数字基带传输。基带传输。频带传输频带传输大多数信道中数字基带信号必须经过载波调制，大多

3、数信道中数字基带信号必须经过载波调制，把频谱搬移到高载处才能在信道中传输，这种传把频谱搬移到高载处才能在信道中传输，这种传输称为数字频带（调制或载波）传输。输称为数字频带（调制或载波）传输。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理4.1 概述概述1 12 23 3重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理基带传输系统基带传输系统信道信号信道信号形成器形成器数字基带数字基带信号信号接收接收滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器同步同步提取提取 n t信道信道 TG C RG重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理基带传输系统基带传输

4、系统信道信号信道信号形成器形成器数字基带信数字基带信号号接收接收滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器同步同步提取提取 n t信道信道 TG C RG信道信号形成器把原始基带信号变换成适合于信道信道信号形成器把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的。波形变换来实现的。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理基带传输系统基带传输系统信道是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，信道是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，甚至信道的传输特性通常不

5、满足无失真传输条件，甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。是随机变化的。另外信道还会进入噪声。信道信号信道信号形成器形成器数字基带信数字基带信号号接收接收滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器同步同步提取提取 n t信道信道 TG C RG重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理基带传输系统基带传输系统接收滤波器滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输接收滤波器滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决出的基带波形有利于抽样判决信道信号信道信号形成器形成器数字基带信数字基带信号号接收接收滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器同步同步提取提取 n t信道信道 TG C

6、RG重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理基带传输系统基带传输系统抽样判决器在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻抽样判决器在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。而用来抽样的位定时脉冲则依决，以恢复或再生基带信号。而用来抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信号中提取。靠同步提取电路从接收信号中提取。信道信号信道信号形成器形成器数字基带信数字基带信号号接收接收滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器同步同步提取提取 n t信道信道 TG C

7、RG重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理基带传输系统基带传输系统101011101111重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理基带传输系统基带传输系统(a)(a)是输入的基带信号是输入的基带信号(b)(b)是进行码型变换后的波形是进行码型变换后的波形(c)(c)对对(a)(a)而言进行了码型及波形的变换，而言进行了码型及波形的变换， 是一种适是一种适合在信道中传输的波形合在信道中传输的波形(d)(d)是信道输出信号，显然由于信道频率特性不理想，是信道输出信号，显然由于信道频率特性不理想，波形发生失真并叠加了噪声波形发生失真并叠加了噪声(e)

8、(e)为接收滤波器输出波形为接收滤波器输出波形, ,与与(d)(d)相比失真和噪声减相比失真和噪声减弱弱(f)(f)是位定时同步脉冲是位定时同步脉冲(g)(g)为恢复的信息，第为恢复的信息，第4 4个码元发生误码。误码的原因个码元发生误码。误码的原因之一是信道加性噪声，之二是传输总特性（包括收、之一是信道加性噪声，之二是传输总特性（包括收、发滤波器和信道的特性）不理想，发滤波器和信道的特性）不理想，使码元间相互串扰使码元间相互串扰。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理4.1 概述概述1 12 23 3重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理研

9、究基带传输的意义研究基带传输的意义基带传输是基础，任何频带传输都包括基基带传输是基础，任何频带传输都包括基带传输部分，而且对信号的处理均在基带带传输部分，而且对信号的处理均在基带部分完成。部分完成。实际的基带传输有一定的应用面，而且还实际的基带传输有一定的应用面，而且还在增加，例如以太网在增加，例如以太网任意线性调制均可等效成基带系统任意线性调制均可等效成基带系统基带传输是数字通信的主要内容之一。基带传输是数字通信的主要内容之一。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理主要内容主要内容 4.1 4.1 概概 述述4.2 基带信号及其频谱特性基带信号及其频谱特性 4.3

10、基带信号的传输与码间干扰基带信号的传输与码间干扰 4.4 基带传输中码间干扰的消除基带传输中码间干扰的消除 4.5 传输系统中的噪声传输系统中的噪声4.6 基带信号的最佳接收基带信号的最佳接收4.8 基带系统的均衡基带系统的均衡4.7 基带系统的最佳化基带系统的最佳化重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理4.2 基带信号及其频谱特性基带信号及其频谱特性123重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理数字基带信号数字基带信号数字基带信号是指消息代码的电波形，它是用不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。同的电

11、平或脉冲来表示相应的消息代码。最常见的基带信号波形最常见的基带信号波形传输用的基带信号主要要求传输用的基带信号主要要求消息消息代码的电波代码的电波基带信号就是这些基带信号就是这些代码的电波形式代码的电波形式二进制或多二进制或多进制代码进制代码重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理矩形脉冲波形矩形脉冲波形单极单极性脉冲性脉冲双极双极性脉冲性脉冲单极性归零脉冲单极性归零脉冲双极性归零脉冲双极性归零脉冲差分码（相对码差分码（相对码）重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理单极单极性脉冲性脉冲一种最基本、最简单的基带信号形式。二一种最基本、最简单的基带

12、信号形式。二进制符号进制符号“0 0”和和“1 1”对应的分别是对应的分别是0 0电平电平和正电位（或负电位）和正电位（或负电位）极性单一，电脉冲间无间隔，含有较大的极性单一，电脉冲间无间隔，含有较大的直流分量，不适应传输特性的漂移变化。直流分量，不适应传输特性的漂移变化。抗干扰能力差，不适于较远距离传输。抗干扰能力差，不适于较远距离传输。特特点点 构构成成重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理矩形脉冲波形矩形脉冲波形单极单极性脉冲性脉冲双极双极性脉冲性脉冲单极性归零脉冲单极性归零脉冲双极性归零脉冲双极性归零脉冲差分码（相对码差分码（相对码）重庆大学通信工程学院重庆大

13、学通信工程学院数字通信原理数字通信原理双极双极性脉冲性脉冲用正脉冲代表二进制符号用正脉冲代表二进制符号“1 1”，负脉冲，负脉冲代表二进制符号代表二进制符号“0 0”，它的电脉冲间也无间隔，但由于是双极它的电脉冲间也无间隔，但由于是双极性，故当性，故当0 0、1 1符号等概出现时，无直流符号等概出现时，无直流分量，且因判决门限为分量，且因判决门限为0 0电平，所以抗干电平，所以抗干扰性较单极性脉冲强。扰性较单极性脉冲强。 构构成成特特点点重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理双极性脉冲双极性脉冲单极性脉冲单极性脉冲全宽码全宽码与后面介绍的与后面介绍的“归零码归零码”相

14、相对应对应全宽码全宽码全宽码全宽码在一个码元内均有电压或无电压。在一个码元内均有电压或无电压。全宽码脉冲宽，频带不宽，频谱中无基波分量，全宽码脉冲宽，频带不宽，频谱中无基波分量，不能直接提取位同步信号。由于码元无空隙，不能直接提取位同步信号。由于码元无空隙，易发生码元波形间干扰。易发生码元波形间干扰。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理矩形脉冲波形矩形脉冲波形单极单极性脉冲性脉冲双极双极性脉冲性脉冲单极性归零脉冲单极性归零脉冲双极性归零脉冲双极性归零脉冲差分码（相对码差分码（相对码）重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理单极性归零脉冲单极性

15、归零脉冲它是单极性脉冲的归零形式它是单极性脉冲的归零形式归零即每个脉冲在归零即每个脉冲在码元持续时间内都码元持续时间内都要回到零电位，故要回到零电位，故叫归零脉冲。叫归零脉冲。占空比占空比= =脉冲宽度脉冲宽度/码元持续时间码元持续时间TS特特点点 构构成成对于脉冲持续时间多长归零，用占空对于脉冲持续时间多长归零，用占空比来描述比来描述单极性归零脉冲频谱较单极性脉冲频单极性归零脉冲频谱较单极性脉冲频带宽，有带宽，有1/1/T TS S成分，便于提取位定时成分，便于提取位定时信号信号重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理矩形脉冲波形矩形脉冲波形单极单极性脉冲性脉冲双极双

16、极性脉冲性脉冲单极性归零脉冲单极性归零脉冲双极性归零脉冲双极性归零脉冲差分码（相对码差分码（相对码）重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理双极性归零脉冲双极性归零脉冲它是双极性脉冲的归零形式它是双极性脉冲的归零形式 构构成成特特点点具有双极性脉冲抗干扰能力较强的具有双极性脉冲抗干扰能力较强的特点和归零脉冲有位同步信号频率，特点和归零脉冲有位同步信号频率，便于提取位定时信号的优点。但频便于提取位定时信号的优点。但频带较全宽码宽。带较全宽码宽。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理矩形脉冲波形矩形脉冲波形单极单极性脉冲性脉冲双极双极性脉冲性脉冲单

17、极性归零脉冲单极性归零脉冲双极性归零脉冲双极性归零脉冲差分码（相对码差分码（相对码）重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理绝对码和相对码绝对码和相对码基带信号均与数码基带信号均与数码“1 1”、“0 0”直接对应，直接对应，以上讨论的四种码型都以上讨论的四种码型都是绝对码是绝对码码的电平与码的电平与“1 1”或或“0 0”间无绝对的对应关系，间无绝对的对应关系，而是用电平的相对变化而是用电平的相对变化与否来传输信息与否来传输信息绝对码相对码它在传输过程经不起由它在传输过程经不起由于各种因素引起的极性于各种因素引起的极性反转，只能用于短距离反转，只能用于短距离通信。通信

18、。它的优点是传输时不怕它的优点是传输时不怕极性倒置。极性倒置。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理差分码差分码它与前四种基带信号不同，它的波形不直它与前四种基带信号不同，它的波形不直接与数码对应，而是用脉冲电平不变与跳接与数码对应，而是用脉冲电平不变与跳变来表示变来表示“1 1”或或“0 0”。若用电平跳变表示若用电平跳变表示“1 1”，则称传号，则称传号差差分码（常用）分码（常用）若用电平跳变表示若用电平跳变表示“0 0”，则称空号，则称空号差差分码。分码。波形对比波形对比重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理结论结论 1.1. 直流分量

19、将导致抗噪声性能下降，并消耗传输直流分量将导致抗噪声性能下降，并消耗传输功率，进而影响信号传输质量，因此在选择波形时功率，进而影响信号传输质量，因此在选择波形时应选择直流分量为应选择直流分量为0 0的波形结构；的波形结构；2.2. 定时恢复是数字传输中的重要环节，因此应尽定时恢复是数字传输中的重要环节，因此应尽量选择包含码元定时分量的波形结构；量选择包含码元定时分量的波形结构；3.3. 接收端在信号恢复过程中可能出现相位反转，接收端在信号恢复过程中可能出现相位反转，导致接收错误，此时可采用差分编码解决；导致接收错误，此时可采用差分编码解决；重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数

20、字通信原理4.2 基带信号及其频谱特性基带信号及其频谱特性123线路码型线路码型用恰当的脉冲表示数据用恰当的脉冲表示数据恰当恰当脉冲信号具有适合于线路传输的波形脉冲信号具有适合于线路传输的波形格式格式线路传输码型线路传输码型重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理常见的线路码型常见的线路码型数字双相码数字双相码CMICMI码码密勒码密勒码重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理数字双相码数字双相码又称分相码或曼彻斯特码，它用一个周期又称分相码或曼彻斯特码，它用一个周期方波来代表方波来

21、代表“1 1”，而用它的反相表示，而用它的反相表示“0 0，即用，即用“1010”表示表示“1 1”，用，用“0101”表示表示“0 0”由于每个码元间隔的中心部分都存在电平由于每个码元间隔的中心部分都存在电平跳变，因此，比较容易提取位定时信号，跳变，因此，比较容易提取位定时信号，无直流分量及直流漂移，编码容易。广泛无直流分量及直流漂移，编码容易。广泛用于局域网中作传输码用于局域网中作传输码特特点点 构构成成重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理常见的线路码型常见的线路码型数字双相码数字双相码CMICMI码码密勒码密勒码重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信

22、原理数字通信原理“1010”和连续的和连续的“1111” “0000”都是不可能出现都是不可能出现的，如果出现必定是错的，如果出现必定是错码，码，CMI码码数字双相码类似，是一种二电平非归零码。数字双相码类似，是一种二电平非归零码。通常是通常是“1111”和和“0000”交替地表示交替地表示“1 1”码，码，而而“0101”表示表示“0 0”码码无直流分量，且频繁出现电平跳变，便于无直流分量，且频繁出现电平跳变，便于提取位定时信号。具有提取位定时信号。具有检错检错能力。该码已能力。该码已被被ITU-TITU-T推荐为推荐为PCMPCM四次群的接口码型。在四次群的接口码型。在光缆传输系统中有时也

23、用作线路传输码型光缆传输系统中有时也用作线路传输码型特特点点 构构成成重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理常见的线路码型常见的线路码型数字双相码数字双相码CMICMI码码密勒码密勒码重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理密勒码（延迟调制码）密勒码（延迟调制码）“1 1”码用码元周期中点电平跳变表示，而码用码元周期中点电平跳变表示，而“0 0”码则有两种情况，当出现单码则有两种情况，当出现单“0 0”时，时，在码元周期不跳变在码元周期不跳变; ;而遇连而遇连0 0时则在前一个时则在前一个0 0结束时出现电平跳变。它是数字双相码经结束时出现电平

24、跳变。它是数字双相码经一级触发器后得到的波形一级触发器后得到的波形可以检测传输误码。信号能量主要集中在二可以检测传输误码。信号能量主要集中在二分之一码速的频率范围内，直流分量小，故分之一码速的频率范围内，直流分量小，故频带窄，仅为数字双相码的一半。频带窄，仅为数字双相码的一半。特特点点 构构成成重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理波形对比波形对比单极性单极性双极性双极性单极性归零单极性归零双极性归零双极性归零差分码差分码数字双相码数字双相码CMICMI码码密勒码密勒码-A0A0AA0-A0A-A0A-A0A-A0A 0 1 1 0 1 0 0 1 1A0AMI码和码

25、和HDB3码码ITUITUT T给出的建议传输码型：给出的建议传输码型：AMIAMI码码HDB3HDB3码码重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理AMI码码是一种将消息代码是一种将消息代码0 0（空号空号) )和和1(1(传号传号) )按如按如下规则进行编码的码：代码中下规则进行编码的码：代码中“0 0”仍为仍为0 0，而代码中的而代码中的“1 1”交替地变换为交替地变换为+1+1、-1-1、+1+1、-1-1. .。消息代码：消息代码：100 1 1000 1 1 1 100 1 1000 1 1 1

26、l lAMI AMI 码码:+100 -1 +:+100 -1 +l000 l000 1 +1 1 +1 1 +11 +1重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理AMI码码这种基带信号无直流成分，且只有很小的低这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。通过的信道中传输。AMIAMI码编译码电路简单码编译码电路简单及便于观察误码情况，是一种基本的线路码，及便于观察误码情况，是一种基本的线路码，应用广泛应用广泛出现长的连出现长的连“0 0”时，提取位定时信号困难时，提取位定时信号困难优

27、点优点缺点缺点重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理1B1T码码由于由于AMlAMl码的传号码的传号“1 1”交替反转，故由它交替反转，故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而空号空号“0 0” 始终为零电平。始终为零电平。它实际已把一个二进制符号序列变成了三它实际已把一个二进制符号序列变成了三个电平的脉冲序列，但它仍然传输的是二个电平的脉冲序列，但它仍然传输的是二进制数码，因此，称它为准三进制数码。进制数码，因此，称它为准三进制数码。我们把一个二进制数码变换成一个三进制我们把一个二进制数码变换成一个三进制数码所构成的码称为数码所

28、构成的码称为1 1B B1T1T码。码。AMI码和码和HDB3码码ITUITUT T给出的建议传输码型：给出的建议传输码型：AMIAMI码码HDB3HDB3码码重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理HDB3码码HDB3HDB3码是码是AMIAMI码的改进型，其编码规则为：码的改进型，其编码规则为：连连0 0数少于数少于4 4时同时同AMIAMI码码连连0 0数等于或大于数等于或大于4 4时，加取代节时，加取代节000000V V，V V为破为破坏脉冲，极性与前面一个坏脉冲，极性与前面一个“1 1”极性相同

29、，码极性相同，码中破坏脉冲的极性要求正、负交替，中破坏脉冲的极性要求正、负交替，当取代节当取代节间间“1 1”的个数为的个数为奇数奇数，则所加的取代节均为，则所加的取代节均为000000V V连连0 0数等于或大于数等于或大于4 4时，但取代节间时，但取代节间“1 1”的个的个数为数为偶数偶数，虽第一个取代节仍为，虽第一个取代节仍为000000V V，但第二但第二取代节要变为取代节要变为B00VB00V，B B为补为补“1 1”脉冲，极性与脉冲，极性与前面前面“1 1” 相反，目的是保证破坏脉冲极性的相反，目的是保证破坏脉冲极性的正、负交替。这时正、负交替。这时V V脉冲的极性与脉冲的极性与B

30、 B脉冲相同。脉冲相同。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理HDB3码码【例例】1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1AMIAMI码码 + 0 0 0 - + - 0 0 + - + 0 0 0 - + - 0 0 + -HDB3HDB3码码 + 0 0 0 - + - 0 0 + - + 0 0 0 - + - 0 0 + -【例例】2 2 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1HDB3HDB3码码 + 0 0 0 + 0 0 0

31、 V+ - 0 + - 0 0 0 V- 0 +V+ - 0 + - 0 0 0 V- 0 +重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理HDB3码码【例例】3 3 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1HDB3HDB3码码 + 0 0 0 + 0 0 0 V+ - + - + B-0 0 V- 0 + 0 -V+ - + - + B-0 0 V- 0 + 0 -译译码：码：只要从收到的脉冲序列中找到破坏脉冲。只要从收到的脉冲序列中找到破坏脉冲。就可断定就可断定V V脉冲前面的脉

32、冲前面的3 3个脉冲一定是个脉冲一定是0 0符符号，从而恢复号，从而恢复4 4个连个连0 0码，再将所有码，再将所有1 1变变成成1 1后便得到原消息代码。后便得到原消息代码。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理HDB3码码HDB3HDB3码的特点很明显的，它除了保码的特点很明显的，它除了保持持AMIAMI码的优点外，由于连码的优点外，由于连0 0数不会数不会大于大于3 3所以对于定时信号的恢复十所以对于定时信号的恢复十分有利。分有利。 HDB3HDB3码是码是ITUITU推荐推荐使用的传输码之使用的传输码之一。一。特特点点AMIAMI码、码、NRZNRZ码、码、H

33、DB3HDB3码功率谱密度曲线码功率谱密度曲线 AMI AMI码和码和HDB3HDB3码均为码均为1B1T1B1T码，即用三种电平来表码，即用三种电平来表示二进制代码。示二进制代码。 编码效率：编码效率： %09.633lg12bitbit重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二元码与多元码二元码与多元码4B4B/3T/3T码码多电平脉冲多电平脉冲重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理4B/3T码码1 1B/1TB/1T码的编码效率不高，码的编码效率不高，4 4B/3TB/3T是为提高是为提高编码效率而提出的一种编码，即用编码效率而提出的一种

34、编码，即用3 3个三进个三进制码表示制码表示4 4个二进制码。个二进制码。编码效率为：编码效率为：%12.843log342bitbit重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二元码与多元码二元码与多元码4B4B/3T/3T码码多电平脉冲多电平脉冲重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理多电平脉冲多电平脉冲这种信号多于一个二进制符号对应于一个这种信号多于一个二进制符号对应于一个脉冲的基带信号这种波形统称为多值波形脉冲的基带信号这种波形统称为多值波形或多电平波形。或多电平波形。例如，令两个二进制符号例如，令两个二进制符号0000对应对应+3+3E

35、E，0101对对应应+ +E E，1010对应对应- -E E，1111对应对应-3-3E E，则所得波形则所得波形为为4 4值波形或值波形或4 4电平波形。电平波形。若数字基带信号中各码元波形相同而取值若数字基带信号中各码元波形相同而取值不同，则可表示为：不同，则可表示为： nsns ta g tnT重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理多电平脉冲多电平脉冲a an n是第是第n n个信息符号所对应的电平值（个信息符号所对应的电平值（0 0、1 1 或或-1-1、1 1 等），由信码和编码规律决定等），由信码和编码规律决定 T Ts s为码元间隔；为码元间隔；g(t

36、)g(t)为某种标准脉冲波形，对于二进制代为某种标准脉冲波形，对于二进制代码序列，若令码序列，若令g g1 1(t)(t)代表代表“0 0”，g g2 2(t)(t)代表代表“1 1”，则，则 nsns ta g tnT12,0snssgtnTa g tnTgtnT表示符号“ ”,表示符号“1”随机量随机量重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理多电平脉冲多电平脉冲数字基带信号可用随机序列表示：数字基带信号可用随机序列表示： nns tst重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0

37、 1（a）AMIAMI（b）HDBHDB3 30101000101011011110010111100001110（c）+E+3E-E-3E多电平多电平脉冲脉冲重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理传输用的基带信号主要要求传输用的基带信号主要要求对代码的要求，对代码的要求，原始消息代码必须编成适合于传输用的码型；原始消息代码必须编成适合于传输用的码型；对所选码型的电波形要求对所选码型的电波形要求电波形应适合于基带系统的传输。电波形应适合于基带系统的传输。前者属于传输码型的选择，后者是基带脉前者属于传输码型的选择，后者是基带脉冲的选择。冲的选择。传输码的结构的主要特性传

38、输码的结构的主要特性重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理传输码结构的主要特征传输码结构的主要特征1.1. 相应的基带信号无直流分量，且低频分量相应的基带信号无直流分量，且低频分量少；少； 2.2. 便于从信号中提取定时信息；便于从信号中提取定时信息； 3.3. 信号中高频分量尽量少，以节省传输频带信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰；并减少码间串扰； 4.4. 不受信息源统计特性的影响，即能适应于不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；信息源的变化； 5.5. 具有内在的检错能力。具有内在的检错能力。6.6. 编译码设备要尽可能简单。编译码设

39、备要尽可能简单。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理4.2 基带信号及其频谱特性基带信号及其频谱特性123重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理单个基带脉冲波形的频谱单个基带脉冲波形的频谱三角形脉冲三角形脉冲升余弦形脉冲升余弦形脉冲1T P f0f2T3T4T1T2T4T3T2T f t2T0A1 P f0f23412432 f t20A22A重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理单个基带脉冲波形的频谱单个基带脉冲波形的频谱矩形脉冲矩形脉冲半余弦形脉冲半余弦形脉冲1T P f0f2T3T1T2T3T1 P f0f2

40、3412432 f t20A2T f t2T0A重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理基带信号的功率谱密度基带信号的功率谱密度为什么要对波形序列进行为什么要对波形序列进行频谱分析频谱分析？由于实际传输的信息不是单一波形，而是由单由于实际传输的信息不是单一波形，而是由单一波形组成的波形序列，因此仅了解单一波形一波形组成的波形序列，因此仅了解单一波形的频谱是不够的，有必要了解整个序列的频谱的频谱是不够的，有必要了解整个序列的频谱特性。特性。了解频谱特性的目的了解频谱特性的目的通过频谱特性可知道信号的功率（能量）集中通过频谱特性可知道信号的功率（能量）集中处，以便选择合适的

41、措施。处，以便选择合适的措施。了解频谱中是否包含了解频谱中是否包含f fs s和它的倍频成分，以便和它的倍频成分，以便提取位定时信号。提取位定时信号。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理基带信号的功率谱密度基带信号的功率谱密度基带信号是一个基带信号是一个随机脉冲序列随机脉冲序列随机序列的谱分析随机序列的谱分析 一个离散的随机过程一个离散的随机过程随机过程的频谱分析随机过程的频谱分析随机过程的能量通常是无限的，不随机过程的能量通常是无限的，不能直接用傅氏变换进行分析。能直接用傅氏变换进行分析。dttf)(不满足傅氏变换要求不满足傅氏变换要求随机过程的随机过程的平均功率

42、谱分析平均功率谱分析 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理随机过程的平均功率谱随机过程的平均功率谱随机过程的平均功率是随机过程的平均功率是有限的有限的可对随机过程的功率谱可对随机过程的功率谱进行分析进行分析对随机过程的对随机过程的功率谱密度分析功率谱密度分析先求样本函数的先求样本函数的功率谱密度功率谱密度再求各样本函数再求各样本函数功率谱密度的统计平均功率谱密度的统计平均得到整个随机过程得到整个随机过程的功率谱密度的功率谱密度分析分析思路思路重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理随机过程的平均功率谱随机过程的平均功率谱随机过程的功率谱密度随

43、机过程的功率谱密度波形序列的功率谱密度波形序列的功率谱密度重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理随机过程的功率谱密度随机过程的功率谱密度x(t)x(t)是随机过程是随机过程X(t)X(t)的一个样本函数的一个样本函数能量无限能量无限平均功率有限平均功率有限x(t)t重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理随机过程的功率谱密度随机过程的功率谱密度对对x x（t t）任意截取一段）任意截取一段截取的一段满足傅氏变换的条件，可对其进截取的一段满足傅氏变换的条件，可对其进行傅氏变换。行傅氏变换。x(t)t-TT被截取的一段为被截取的一段为)(txT重庆

44、大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理随机过程的功率谱密度随机过程的功率谱密度TttxTtx)(0)(其他x(t)t-TTdeXtxdtetxXtjTTtjTT)(21)()()(持续时间有限，能量有限，持续时间有限，能量有限，傅氏变化存在傅氏变化存在重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理随机过程的功率谱密度随机过程的功率谱密度dXdttxETTT2221）（）（x(t)t-TTx xT T(t)(t)的能量的能量E ET TTTTTdttxdttx）（）（22平均平均功率功率重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理平均功

45、率平均功率dPdTXdTXXddtetxXTdtdeXtxTdttxTWTTTTTTTTtjTTTTTtjTTTTTTTT）（）（）（）（）（）（）（）（）（212lim21221lim221lim221lim21lim22重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理平均功率平均功率表示样本函数表示样本函数x x（t t）在单位频率内消耗在）在单位频率内消耗在1 1电阻电阻上的上的平均功率。以下用平均功率。以下用P Px x（、）表示（表示（即第即第个个样本样本函数的功率谱密度）。函数的功率谱密度）。dPdTXWTTT）（）（212lim212TXPTTT2)(lim)(2

46、功率谱密度功率谱密度TXPTTx2),(lim),(2重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理随机过程的功率谱密度随机过程的功率谱密度随机过程是各样本函数的集合随机过程是各样本函数的集合随机过程的功率谱密度为所有各样本函数功率谱密随机过程的功率谱密度为所有各样本函数功率谱密度的统计平均。度的统计平均。对平稳随机过程，且假定它是各态历经，若能求对平稳随机过程，且假定它是各态历经，若能求出出X X（t t）的自相关函数）的自相关函数B B（），则可用维纳，则可用维纳辛欣定理求出功率谱密度。辛欣定理求出功率谱密度。TXEXTEPEPTTTTxX2),(lim),(21lim)

47、,()(22dePBdeBPPBjXjXX)(21)()()()()(重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理随机过程的平均功率谱随机过程的平均功率谱随机过程的功率谱密度随机过程的功率谱密度波形序列的功率谱密度波形序列的功率谱密度重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理波形序列的功率谱密度波形序列的功率谱密度二进制的波形序列二进制的波形序列 1gt)(2sTtg)(2sTtg13sgtT)2(1sTtg)2(1sTtg)4(2sTtg g tt二进制的波形序列由二进制的波形序列由g g1 1(t)(t)和和g g2 2(t)(t)组成组成g g1

48、 1(t)(t)表示表示“0 0”码码g g2 2(t)(t)表示表示“1 1”码码-TS/2TS/2重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理波形序列的功率谱密度波形序列的功率谱密度g g1 1(t)(t)和和g g2 2(t)(t)出现的概率分别为出现的概率分别为P P和和1 1P P，且统计独立且统计独立nntsts)()()()()(21SsnnTtgnTtgts出现概率为出现概率为P P出现概率为出现概率为1-1-P Ps(t)s(t)的分解的分解重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理s(t)的分解的分解s(t)s(t)可以分解成稳态波

49、和交变波可以分解成稳态波和交变波随机随机波形波形序列序列稳态波稳态波v v（t t）交变波交变波u u（t t）随机序列随机序列s(t)s(t)的的统计平均量统计平均量随机脉冲序列随机脉冲序列重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理s(t)的分解的分解 1gt)(2sTtg)(2sTtg13sgtT)2(1sTtg)2(1sTtg)4(2sTtg g tt-TS/2TS/2tv(t)-Ts/2Ts/2 Ts-Tstu(t)重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理v(t)v(t)v(t)是一个以是一个以T TS S为周期的周期函数为周期的周期函数n

50、nnsstvnTtgPnTtPgtv)()()1 ()()(21tv(t)-Ts/2Ts/2 Ts-Ts重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理u(t)交变波交变波u(t)u(t)是是s(t)s(t)与与v(t)v(t)之差，即有：之差，即有：)()()(tvtstu-Ts/2Ts/2 Ts-Tstu(t)考虑第考虑第n n个码元，即有：个码元，即有：)()()(tvtstunnn)()(nntutu重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理u(t)PnTtgnTtgPnTtgPnTtPgnTtgPnTtgnTtgPnTtgPnTtPgnTtgtu

51、ssssssssssn1),()()()1 ()()(),()(1)()1 ()()()(2121221211概率为概率为）（-Ts/2Ts/2 Ts-Tstu(t)PPPPanTtgnTtgatunssn，以概率，以概率11)()()(21重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理波形序列的功率谱密度波形序列的功率谱密度v(t)v(t)的功率谱密度的功率谱密度P Pv v(f)(f)u(t)u(t)的功率谱密度的功率谱密度P Pu u(f)(f)s(t)s(t)的功率谱密度的功率谱密度P Ps s(f)(f)重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原

52、理v(t)的功率谱密度的功率谱密度Pv(f)v(t)v(t)是以是以T TS S为周期的周期信号为周期的周期信号 12( )(1)( )v tPg tP g ttmfjmmseCtv2）（dtetvTCsssTTtmfjsm222)(1(-T(-Ts s/2,T/2,Ts s/2)/2)范围内范围内221221( )(1)( )sssTjmf tTmsCPg tP g t edtT重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理v(t)的功率谱密度的功率谱密度Pv(f)12( )(1)( )Pg tP g t211222()( )1()( )ssjmf tsssjmf tsG

53、mfg t edtfTG mfg t edt只存在于只存在于(-T(-Ts s/2,T/2,Ts s/2)/2)范围内范围内212121( )(1)( )()(1)()sjmf tmssssCPg tP g t edtTfPG mfP G mf重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理v(t)的功率谱密度的功率谱密度Pv(f)根据周期信号功率谱密度与付氏系数根据周期信号功率谱密度与付氏系数C Cm m的关的关系式，有：系式，有：22212( )()()(1)()()vmsmssssmP fCfmffPG mfP G mffmf重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通

54、信原理数字通信原理波形序列的功率谱密度波形序列的功率谱密度v(t)v(t)的功率谱密度的功率谱密度P Pv v(f)(f)u(t)u(t)的功率谱密度的功率谱密度P Pu u(f)(f)s(t)s(t)的功率谱密度的功率谱密度P Ps s(f)(f)重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理u(t)的功率谱密度的功率谱密度Pu(f)sTTuTNfUEfP) 12()(lim)(2)( fUT截短函数截短函数u uT T(t)(t)的频谱函数的频谱函数截短时间截短时间T T是是2n+12n+1个码元长度个码元长度21sTNTN N足够大足够大T T表示表示NN重庆大学通信工

55、程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理u(t)的功率谱密度的功率谱密度Pu(f) NNnssnNNnnTnTtgnTtgatutu)()()(21)()(fUtuTT变换到频域变换到频域 NNnfnTjnNNnftjssnftjTTfGfGeadtenTtgnTtgadtetufUs2122112)()()()(重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理u(t)的功率谱密度的功率谱密度Pu(f) NNmNNnTmnfjnmTTTfGfGfGfGeaafUfUfUs212122)()()(统计平均统计平均 NNmNNnTmnfjnmTfGfGfGfGeaaEfU

56、Es212122)(当当m=nm=n时时PPPPaanm以概率以概率1,)1 (22)1 ()1 ()1 (222PPPPPPaEn重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理u(t)的功率谱密度的功率谱密度Pu(f)当当mnmn时时PPPPPPPPaanm以概率以概率以概率12,11,)1 (22220)1 ()1 ()1 (2)()1 (2222PPPPPPPPaaEnm只有只有m=nm=n时才不为时才不为0 0 22122122112)(fGfGPPNfGfGaEfUENNnnT重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理交变波交变波u(t)的功率

57、谱的功率谱是连续谱是连续谱与与g g1 1(t)(t)，g g2 2(t)(t)的频谱及出现概率有关的频谱及出现概率有关 221221)()()1 () 12()()(112lim)(fGfGPPfTNfGfGPPNfPssNu重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理波形序列的功率谱密度波形序列的功率谱密度v(t)v(t)的功率谱密度的功率谱密度P Pv v(f)(f)u(t)u(t)的功率谱密度的功率谱密度P Pu u(f)(f)s(t)s(t)的功率谱密度的功率谱密度P Ps s(f)(f)重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理s(t)的功

58、率谱密度的功率谱密度Ps(f)波形序列波形序列s(ts(t）的）的双边功率谱密度双边功率谱密度为：为：msssssuvsmffmfGPmfPGffGfGfPPfPfPfP)()()1 ()()()()1 (2212221）（）（）（单边单边功率谱密度功率谱密度为：为：1221222122210),()()1 ()(2)() 0()1 () 0()()()1 (2msssssssfmffmfGPmfPGffGPPGffGfGPPffP）（重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理s(t)的功率谱密度的功率谱密度Ps(f)随机脉冲序列的功率谱可能包括连续谱随机脉冲序列的功率谱可能包括连续谱P Pu u(f)(f)和离散谱和离散谱P Pv v(f)(f)连续谱：连续谱：G G1 1(f)G(f)G2 2(f), P(f), Pu u(f)(f)始终存在始终存在离散谱：是否存在取决于离散谱：是否存在取决于g g1 1(t)g(t)g2 2(t)(t)的波形及的波形及其出现概率其出现概率P P举例说明举例说明mssssssmffmfGPmfPGffGfGfPPfP)()()1 ()()()()1 (2