通信原理教程基带信号的传输与表示.

1、1通信原理教程通信原理教程 长春大学电子信息工程学院长春大学电子信息工程学院2011年年10月月26日日第五章第五章第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输239第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输3n上次课内容上次课内容: :n4.4 4.4 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCMPCM）n4.5 4.5 差分脉冲编码调制（差分脉冲编码调制（DPCMDPCM）n4.6 4.6 增量调制（增量调制（MM） 第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输4n5.1 5.1 概述概述n5.2 5.2 字符的编码方法字符的编码方法n5.3

2、5.3 基带数字信号的波形基带数字信号的波形n5.4 5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型n5.5 5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性n5.6 5.6 基带数字信号传输与码间干扰基带数字信号传输与码间干扰n5.7 5.7 眼图眼图n5.8 5.8 时域均衡器时域均衡器主要内容:第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输5n本次课内容本次课内容: :n5.15.1概述概述n5.25.2字符的编码方法字符的编码方法n5.35.3基带数字信号的波形基带数字信号的波形n5.45.4基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型第五章第五章 基带数字信

3、号的表示和传输基带数字信号的表示和传输6第第5 5章章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输 5.1 5.1 概述概述为什么对基带传输系统的研究仍是有意义？为什么对基带传输系统的研究仍是有意义？ -原因原因一一. .因为在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广因为在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广泛采用了这种传输方式；泛采用了这种传输方式；二二. . 基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必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；须考虑的问题；三三. .是因为任何一个采用线性调制的频带传输系统可是因为任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基带传输系统来研究。等效

4、为基带传输系统来研究。关于数字化传输和数字频带传输将在第关于数字化传输和数字频带传输将在第6 6章中讨论。章中讨论。-5.1 -5.1 概述概述第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输7信道信号形成器数字基带信号GT()信道接 收滤波器抽 样判决器同步提取C( )GR( )n(t)数字基带传输系统的基本结构图数字基带传输系统的基本结构图-5.1 -5.1 概述概述将原始的基带信号变将原始的基带信号变 成适合信道输的基带成适合信道输的基带信号信号通常是有线信通常是有线信道道位定时脉冲位定时脉冲对接收滤波器输出波对接收滤波器输出波形进行抽样判决形进行抽样判决第五章第五章 基带

5、数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输8 数字基带传输系统数字数字基带信号基带信号信道信道匹匹配配滤滤波波器器抽抽 样样判决器判决器同步同步提取提取 干扰干扰数字数字基带信号基带信号波形波形变换器变换器发送发送滤波器滤波器均均衡衡器器信道信号形成器基带传输系统模型基带传输系统模型接收滤波器码型第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输9 基带系统各点波形示意图基带系统各点波形示意图适合在信适合在信道中传输道中传输第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输10 基带系统各点波形示意图基带系统各点波形示意图第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字

6、信号的表示和传输11数字数字基带信号基带信号信道信道匹匹配配滤滤波波器器抽抽 样样判决器判决器同步同步提取提取 干扰干扰数字数字基带信号基带信号波形波形变换器变换器发送发送滤波器滤波器均均衡衡器器信道信号形成器接收滤波器码型码型 (d) (e) (f) (g)01ac第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输125.2 5.2 字符的编码方法字符的编码方法 何谓字符？何谓字符？ 汉字、数字和英文字母汉字、数字和英文字母.,.,统称为字符。统称为字符。 汉字的编码方法汉字的编码方法: :用用4 4位十进制数字表示一个汉字。位十进制数字表示一个汉字。 例如例如: :我国传统的电

7、报编码我国传统的电报编码 “中中” “00220022”，“国国” “09480948”。 国际标准局国际标准局19811981年制定的区位码：年制定的区位码： “中中” “54485448”, ,“国国” “25902590”。英文字母编码方法：英文字母编码方法：ASCIIASCII码码7 7位二进制数字表示一个字符位二进制数字表示一个字符. .-5.2 -5.2 字符的编码方法字符的编码方法上述这些表示字符的数字组合称码组上述这些表示字符的数字组合称码组, ,也称代码也称代码. .第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输135.3 5.3 基带数字信号的波形基带数字信

8、号的波形-5.3-5.3基带数字信号的波形基带数字信号的波形 数字基带信号数字基带信号: : 指消息代码的电波形指消息代码的电波形, ,是用不同的电平或脉冲是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码来表示相应的消息代码. . 常见常见: : 矩形脉冲矩形脉冲, ,三角波三角波, ,高斯脉冲高斯脉冲, ,升余弦脉冲升余弦脉冲. . 常用常用: :矩形脉冲矩形脉冲 -易形成和变换易形成和变换第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输14n1. 1. 单极性不归零波形单极性不归零波形 一种最简单、最常用的基带信号形式一种最简单、最常用的基带信号形式. .这种这种信号脉冲的零电平和正

9、电平分别对应着二进制信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码代码0 0和和1.1.-5.3-5.3基带数字信号的波形基带数字信号的波形+V001010 0 1 1第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输15n特点：特点：极性单一；极性单一；n不足：有直流分量不足：有直流分量, ,很多不能通过直流的通信很多不能通过直流的通信n 线路中不能传输线路中不能传输. .脉冲之间无间隔脉冲之间无间隔. .位同步信位同步信n 息包含在电平的转换之中息包含在电平的转换之中, ,当出现连当出现连0 0序列时序列时n 没有位同步信息没有位同步信息. . n判断门限：判断门限：-5.3-5

10、.3基带数字信号的波形基带数字信号的波形+V001010 0 1 1V/2.第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输16-5.3-5.3基带数字信号的波形基带数字信号的波形+V001010 0 1 1 单极性不归零波形单极性不归零波形, ,只适用于导线联接的各点之只适用于导线联接的各点之间做近距离传输间做近距离传输. .如在印刷电路板内和机箱内传输如在印刷电路板内和机箱内传输. .第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输17 2. 2.双极性不归零波形双极性不归零波形双极性不归零波形双极性不归零波形: :脉冲的正、负电平分别对应于脉冲的正、负电平分别

11、对应于 二进制代码二进制代码1 1、0, 0, 它是幅度它是幅度 相等极性相反的双极性波形；相等极性相反的双极性波形；-5.3-5.3基带数字信号的波形基带数字信号的波形+V-V01010 0 1 10第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输18 特点：特点：当当0 0、1 1符号等概率出现时无直流分量。不受符号等概率出现时无直流分量。不受 信道特性变化的影响信道特性变化的影响, ,抗干扰能力也较强。抗干扰能力也较强。 判决电平：判决电平： 双极性波形有利于在信道中传输。双极性波双极性波形有利于在信道中传输。双极性波型节省能源型节省能源. .-5.3-5.3基带数字信号的

12、波形基带数字信号的波形+V-V01010 0 1 100第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输19双极性不归零波形和单极性不归零波形比较双极性不归零波形和单极性不归零波形比较: :1.1.单极性不归零波形单极性不归零波形双极性不归零波形双极性不归零波形有直流分量有直流分量没有直流分量没有直流分量2.2.瞬时功率等于瞬时功率等于V V2,2, 平均功率平均功率V V2 2/2;/2;瞬时功率等于瞬时功率等于V V2 2/4/4, ,平均功率平均功率V V2 2/4;/4;3.3.判决门限判决门限V/2,V/2,判决门限判决门限0.0.-5.3-5.3基带数字信号的波形基带

13、数字信号的波形第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输20n 3.3.单极性归零波形单极性归零波形 信号电压在一个码元持续时间的中间回到零电信号电压在一个码元持续时间的中间回到零电平平, ,即信号脉冲宽度小于码元宽度即信号脉冲宽度小于码元宽度. . -5.3-5.3基带数字信号的波形基带数字信号的波形特点特点：单极性归零波形可以直接提取定时信息：单极性归零波形可以直接提取定时信息, , 是其他波形提取位定信号时需要采用的一是其他波形提取位定信号时需要采用的一 种过渡波形。种过渡波形。+V101001110第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输21n

14、4. 4. 双极性归零波形双极性归零波形n 每个码元内的脉冲都回到零点平每个码元内的脉冲都回到零点平, ,即相邻脉冲即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。之间必定留有零电位的间隔。-5.3-5.3基带数字信号的波形基带数字信号的波形1 1 0 0 1 01 1 0 0 1 0+V0-vn特点：特点：除了具有双极性不归零波形的特点外除了具有双极性不归零波形的特点外, ,若若0 0n 和和1 1等概出现等概出现, ,则无直流分量则无直流分量. .有利于同步脉有利于同步脉n 冲的提取。冲的提取。第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输22-E二进制信号二进制信号11000 10

15、101E双双极性归零码极性归零码波形波形第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输23n5.5.差分波形差分波形 不是用码元本身的电平表示消息代码不是用码元本身的电平表示消息代码, ,而是用相而是用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码, ,如如: :以电以电平跳变表示平跳变表示1,1,以电平不变表示以电平不变表示0 0。 由于差分波形是以相邻脉冲电平的相对变化来由于差分波形是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码表示代码, ,因此称它为因此称它为相对码波形相对码波形, ,而相应地称前面的而相应地称前面的单极性或双极性波形为绝对码波形。单

16、极性或双极性波形为绝对码波形。 特点：特点：用差分波形传送代码可以消除设备初始状态用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的的 影响影响, ,特别是在相位调制系统中用于解决载波特别是在相位调制系统中用于解决载波 相位模糊问题。相位模糊问题。 -5.3-5.3基带数字信号的波形基带数字信号的波形第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输240 0 1 1 0 0 10 0 1 1 0 0 1以以0 0为跳变为跳变, ,以以1 1为不变为不变第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输25n6.6.多电平波形多电平波形n 上述各种信号都是一个二进制符号对应一个脉

17、冲上述各种信号都是一个二进制符号对应一个脉冲. .实际上还存在多于一个二进制符号对应一个脉冲的情实际上还存在多于一个二进制符号对应一个脉冲的情形形. .这种波形统称为多电平波形或多值波形。这种波形统称为多电平波形或多值波形。 n例如例如, ,若令两个二进制符号若令两个二进制符号n 00 +3V,01 +V,10 -V,11 -3V,00 +3V,01 +V,10 -V,11 -3V,n所得波形为所得波形为4 4电平波形电平波形. .n 由于这种波形的一个脉冲可以代表多个二进制符由于这种波形的一个脉冲可以代表多个二进制符号号, ,故在高速数字传输系统中采用这种信号形式。故在高速数字传输系统中采用

18、这种信号形式。-5.3-5.3基带数字信号的波形基带数字信号的波形第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输2600(+3) 10(-V)11(-3V)01(+V)00(+3V)00(+3V) 00(+3) 10(-V)11(-3V)01(+V)00(+3V)00(+3V) +3V+V0-V-3V第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输2710100110 E(a) E E110011 E0101011(b)(c) E E1010011(d) E E1100011 E E 3E 3E010 011100 11 10 00 1(e)( f )0(a) (

19、a) 单极性波形单极性波形 (b)(b)双极性波形双极性波形 (c)(c)单极性归零波形单极性归零波形 (d)(d)双极性归零波形双极性归零波形(e)(e)差分波形差分波形 (f)(f)多电平波形多电平波形 图图5.3.1 5.3.1 基带信号的基本波形基带信号的基本波形-5.3-5.3基带数字信号的波形基带数字信号的波形0第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输28 5.4 5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型 对传输用的基带信号主要有两个方面的要求对传输用的基带信号主要有两个方面的要求: :（1 1）对）对代码的要求代码的要求: : 原始消息代码必须编

20、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； （2 2）对所）对所选码型的电波形要求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。 -5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输29传输码的结构应具有下列主要特性：传输码的结构应具有下列主要特性： (1)(1)相应的基带信号无直流分量相应的基带信号无直流分量, ,且低频分量少且低频分量少; ;(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信号中高频分量尽量少, ,以节

21、省传输频带并减少以节省传输频带并减少 码间串扰；码间串扰；(4)(4)不受信息源统计特性的影响不受信息源统计特性的影响, ,即能适应于信息源即能适应于信息源 的变化；的变化； (5)(5)具有内在的检错能力具有内在的检错能力, ,传输码型应具有一定规律传输码型应具有一定规律 性性, ,以便利用这一规律性进行宏观监测；以便利用这一规律性进行宏观监测；(6)(6)编译码设备要尽可能简单编译码设备要尽可能简单, ,等等。等等。 -5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输301.AMI1.AMI码传号交替反转码码传号交替反转码

22、编码规则：编码规则：“1 1” 交替变成交替变成“1 1”和和“1 1”， “0 0” 仍保持为仍保持为“0 0”，例：例：消息代码消息代码1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 AMIAMI码：码：+1 0 0+1 0 01+1 0 0 0 0 0 0 0-1+1 0 0-1+11+1 0 0 0 0 0 0 0-1+1 0 0-1+1-5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输31 优点：优点：(1)(1)由于由于+

23、1+1与与-1-1交替交替,AMI,AMI码的功率谱中不含直流成分码的功率谱中不含直流成分, ,高、低频分量少高、低频分量少, ,能量集中在频率为能量集中在频率为1/21/2码速处。码速处。 (2)(2)位定时频率分量虽然为位定时频率分量虽然为0,0,但只要将基带信号经全但只要将基带信号经全 波整流变为单极性归零波形波整流变为单极性归零波形, ,便可提取位定时信号便可提取位定时信号. . (3)AMI (3)AMI码的编译码电路简单码的编译码电路简单, ,便于利用传号极性交替便于利用传号极性交替 规律观察误码情况。规律观察误码情况。 AMIAMI码的不足码的不足: : 当原信码出现连当原信码出

24、现连“0 0”串时串时, ,信号的电平长时间不跳信号的电平长时间不跳 变变, ,造成提取定时信号的困难。造成提取定时信号的困难。 解决连解决连“0 0”码问题的有效方法之一是采用码问题的有效方法之一是采用HDBHDB3 3码。码。 -5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输32 2.HDBHDB3 3码码3 3阶高密度双极性码阶高密度双极性码 编码规则：编码规则：首先首先：将消息码变换成：将消息码变换成AMIAMI码；码；然后然后：检查：检查AMIAMI码中连码中连“0 0”的情况的情况. .当没有发现当没有发现4 4个

25、以上个以上( (包括包括4 4个个) )连连“0 0”时时, ,则不作改变则不作改变,AMI,AMI码码就是就是HDBHDB3 3码码. .当发现当发现4 4个或个或4 4个以上连个以上连“0 0”的码元的码元串时串时, ,就将第就将第4 4个个“0 0”变成与其前一个非变成与其前一个非“0 0”码码元元( (“1 1”或或“1 1”) )同极性的码元同极性的码元. .将这个码元将这个码元称为称为“破坏码元破坏码元”, ,并用符号并用符号“V V”表示表示, ,即用即用“+ +V V”表示表示“1 1”, ,用用“V V”表示表示“1 1”. .-5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传

26、输码型第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输33其次：其次：为了保证相邻为了保证相邻“V V”的符号也是极性交的符号也是极性交替，当相邻替，当相邻“V V”之间有奇数个非之间有奇数个非“0 0”码元时码元时, ,这是能够保证的这是能够保证的. .当相邻当相邻“V V”之间有偶数个非之间有偶数个非“0 0”码元时码元时, ,不符合此不符合此“极性交替极性交替”要求要求. .这这时时, ,需将这个连需将这个连“0 0”码元串的第码元串的第1 1个个“0 0”变成变成“B B”或或“B B”.B.B的符号与前一个非的符号与前一个非“0 0”码码元的符号相反元的符号相反: :并

27、且让后面的非并且让后面的非“0 0”码元符号码元符号从从V V码元开始再交替变化。码元开始再交替变化。-5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输34 例：例：消息码消息码: 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1: 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1AMIAMI码码: -1 0 0 0 0+1 0 0 0 0-1+1 0 0 0 0 -1+1: -1 0 0 0 0+1 0 0 0 0-1+1 0 0 0 0 -1+1HDBHDB3 3码码: -1 0

28、0 0: -1 0 0 0-V-V+1 0 0 0+1 0 0 0+V+V-1+1-1+1-B-B 0 0 0 0-V-V +1-1 +1-1 -1 0 0 0-1+1 0 0 0+1-1+1-1 0 0-1 +1-1-1 0 0 0-1+1 0 0 0+1-1+1-1 0 0-1 +1-1 -5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输35 HDBHDB3 3码码: -1 0 0 0-: -1 0 0 0-V V+1 0 0 0+1 0 0 0+V V-1+1-1+1-B B 0 0- 0 0-V V +1-1 +1-1

29、-1 0 0 0-1 0 0 0-1-1+1 0 0 0+1 0 0 0+1+1-1+1-1+1-1 -1 0 00 0-1-1+1 -1+1 -1 译译 码：码： -1 0 0 0 0+1-1 0 0 0 0+1 0 0 0 00 0 0 0-1+1-1+1 0 0 0 00 0 0 0+1 -1+1 -1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 11 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1译码译码: :发现相连的两个同符号的发现相连的两个同符号的“1 1”时时, ,后面的后面的“1 1”及及其其 前面的前面的3 3个符号都译为个符号都

30、译为“0 0”. .然后然后, ,将将“+1+1”和和“-1-1” 都译为都译为“1 1”, ,其它为其它为“0 0”。优点优点: :除了具有除了具有AMIAMI码的优点外码的优点外, ,还可以使连还可以使连“0 0”码元串码元串中中“0 0”的数目不多于的数目不多于3 3个个, ,而且与信源的统计特性无关而且与信源的统计特性无关. . -5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输363.3.双相码曼彻斯特码双相码曼彻斯特码编码规则编码规则: :消息消息码码“0 0”传输码传输码“0101” 消息消息码码“1 1” 传输码

31、传输码“1010” 例：例：消息消息码码: : 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 双相码双相码 10 10 10 10 01 01 01 01 10 10 01 01 10 10译码译码规则规则: :消息消息码码“0 0”和和“1 1”交替处有连交替处有连“0 0”和连和连“1 1”, , 可以作为码组的边界。可以作为码组的边界。优缺点优缺点: :只有只有2 2电平电平, ,可以提供定时信息可以提供定时信息, , 无直流分量无直流分量, ,但是占用带宽较宽。但是占用带宽较宽。+E-E1 00 1-5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型第五章第五章 基带数字信

32、号的表示和传输基带数字信号的表示和传输37 4. 4.密勒码密勒码 编码规则：编码规则：消息码消息码“1 1”用中点处电压的突跳表示用中点处电压的突跳表示, , 或者说用或者说用“0101”或或“1010”表示；表示；消息码消息码“0 0”单个消息码单个消息码“0 0”不产生电位化，不产生电位化，连连“0 0”消息码则在边界使电平突变消息码则在边界使电平突变, ,或者说用或者说用“1111”或或“0000”表示表示 -5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输3800消息码：消息码： 1 0 1 1 0 0 0 1双相码双

33、相码： 10 01 10 10 01 01 01 10 双相码波形双相码波形： 双相码相位双相码相位： 0 0 0 0密勒码密勒码：-5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型特点：特点：密勒码当密勒码当“1 1”之间有一个之间有一个“0 0”时时, ,码元宽度最长码元宽度最长( (等等于两倍消息码的长度于两倍消息码的长度).).这一性质也可以用来检测误这一性质也可以用来检测误码。码。 双相码的下降沿正好对应密勒码的突变沿。因此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用双相码的下降沿触发双稳触发器就可以得到密勒码。码。第五章第五章

34、基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输395.CMI5.CMI码传号反转码码传号反转码 n编码规则编码规则: :消息码消息码“1 1”交替用交替用“1111”和和“0000”表表示；消息码示；消息码“0 0”用用“0101”表示，表示， 00消息码：消息码： 1 0 1 1 0 0 0 1双相码：双相码： 10 01 10 10 01 01 01 10 双相码波形：双相码波形： 双相码相位双相码相位： 0 0 0 0密勒码密勒码：0CMICMI码：码：-5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输40 6.nBmB

35、6.nBmB码码 n 这是一类分组码这是一类分组码, ,它把消息码流的它把消息码流的n n位二进制码位二进制码元编为一组元编为一组, ,并变换成为并变换成为m m位二进制的码组位二进制的码组, ,其中其中mnmn后者有后者有2 2m m种不同组合种不同组合. .由于由于mn,mn,所以后者多出所以后者多出(2(2m m 2 2n n) )种组合种组合. .在在2 2m m种组合中种组合中, ,可以选择特定部分为可用可以选择特定部分为可用码组码组, ,其余部分为禁用码组其余部分为禁用码组, ,以获得好的编码特性以获得好的编码特性. .n 双相码、密勒码和双相码、密勒码和CMICMI码等都可以看作

36、是码等都可以看作是1B2B1B2B码码. .在光纤通信系统中在光纤通信系统中, ,常选用常选用m=n+1,m=n+1,例如例如5B6B5B6B码等。码等。n 除了除了nBmBnBmB码外码外, ,还可以有还可以有nBmTnBmT码等等码等等. .nBmTnBmT码表码表示将示将n n个二进制码元变成个二进制码元变成m m个三进制码元。个三进制码元。-5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输41本本 节节 思思 考考 数字基带信号有哪些常见的波形？它们数字基带信号有哪些常见的波形？它们各有什么特点？各有什么特点？ 数字基带

37、信号有哪些常见的码形，它们数字基带信号有哪些常见的码形，它们各自的编码原则及特点。各自的编码原则及特点。第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输42n题题: :n消息码消息码:100110000111100001:100110000111100001n 100000000011 100000000011n写出写出AMIAMI、HDBHDB3 3、CMICMI码、双相码、密勒码码、双相码、密勒码 ，画出，画出波形。波形。-5.4 基带数字信号的传输码型基带数字信号的传输码型第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输43n10011000011110000

38、1100110000111100001n+100-1+1000+v-1+1-1+1-B00-V+1 +100-1+1000+v-1+1-1+1-B00-V+1 n100000000011100000000011n+1000+V-B00-V0+1-1+1000+V-B00-V0+1-1第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输44基带数字信号常见码型有：基带数字信号常见码型有：1.1.单极性不归零码（单极性不归零码（NRZNRZ）2.2.双极性不归零码双极性不归零码3.3.单极性归零码（单极性归零码（RZRZ）4.4.双极性归零码双极性归零码5.5.差分码差分码6.6.多进制

39、脉冲多进制脉冲上次课复习上次课复习: :第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输45 (1)(1)原始消息代码必须编成适合于传输原始消息代码必须编成适合于传输用的码型用的码型; ; (2)(2)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。 对传输用的基带信号主要有两个方面的要求对传输用的基带信号主要有两个方面的要求: :第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输46传输码的结构应具有下列主要特性：传输码的结构应具有下列主要特性： (1)(1)相应的基带信号无直流分量相应的基带信号无直流分量, ,且低频分量少且低频分量少; ;(2)(2)

40、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信号中高频分量尽量少, ,以节省传输频带并减少以节省传输频带并减少 码间串扰；码间串扰；(4)(4)不受信息源统计特性的影响不受信息源统计特性的影响, ,即能适应于信息源即能适应于信息源 的变化；的变化； (5)(5)具有内在的检错能力具有内在的检错能力, ,传输码型应具有一定规律传输码型应具有一定规律 性性, ,以便利用这一规律性进行宏观监测；以便利用这一规律性进行宏观监测；(6)(6)编译码设备要尽可能简单编译码设备要尽可能简单, ,等等。等等。 上次课复习上次课复习: :第五章第五章 基带数字信号的表示

41、和传输基带数字信号的表示和传输47上次课复习上次课复习: :基带数字信号传输码型基带数字信号传输码型: :1.AMI1.AMI码码2.HDB2.HDB3 3码码3.3.双相码双相码4.4.密勒码密勒码 5.CMI5.CMI码码6.nBmB6.nBmB码码第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输48本次课主要内容本次课主要内容: :5.5 5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性5.5.1 5.5.1 计算计算v vc c(t(t) )的功率谱密度的功率谱密度P Pv v(f(f) )5.5.2 5.5.2 计算计算u uc c(t(t) )的功率谱密度的功率谱

42、密度P Pu u(f(f) )5.5.3 5.5.3 计算计算s(ts(t) )的功率谱密度的功率谱密度P Ps s(f(f) ) 5.5.4 5.5.4 功率谱密度计算举例功率谱密度计算举例第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输49 5.5 5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性 研究基带信号的频谱结构的目的：研究基带信号的频谱结构的目的：1.1.可以了解信号需要占据的频带宽度；可以了解信号需要占据的频带宽度；2.2.所包含的频谱分量所包含的频谱分量, ,有无直流分量有无直流分量, ,有无定时分量等有无定时分量等. .3.3.针对信号谱的特点选择相匹配的

43、信道针对信号谱的特点选择相匹配的信道, ,以及确定是以及确定是 否可从信号中提取定时信号。否可从信号中提取定时信号。-5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输50 数字基带信号是随机的脉冲序列数字基带信号是随机的脉冲序列, ,没有确没有确定的频谱函数定的频谱函数, ,所以只能用功率谱来描述它的所以只能用功率谱来描述它的频谱特性。频谱特性。 一种比较简单的方法一种比较简单的方法: : 以随机过程功率谱的原始定义为出发点以随机过程功率谱的原始定义为出发点, ,求出数字随机序列的功率谱公式。求出数字随机序列的功率谱公

44、式。 -5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输51设设: :二进制的随机脉冲序列二进制的随机脉冲序列s(ts(t) )中的消息码中的消息码“0 0”, ,“1 1” 的波形分别为的波形分别为g g1 1(t),g(t),g2 2(t).(t). g g1 1(t)(t)和和g g2 2(t)(t)在实际中可以是任意的脉冲在实际中可以是任意的脉冲, ,为便为便于在图上区分于在图上区分, ,这里我们把这里我们把g g1 1(t)(t)画成宽度为画成宽度为T Ts s的方的方波波, ,把把g g2 2(t)(t)画

45、成宽度为画成宽度为T Ts s的三角波。的三角波。 二进制的随机脉冲序列二进制的随机脉冲序列s(ts(t) )波形见下图波形见下图-5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输52 假设序列中假设序列中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-P1-P, ,且认为它们的出现是统计独立的且认为它们的出现是统计独立的, ,则则s(ts(t) )可用下式表可用下式表征征: : s(t)s(t)=sn(t) n其中其中 g g1 1(t-nT(t-nTs s), ),

46、 以概率以概率P P出现出现 g g2 2(t-nT(t-nTs s), ), 以概率以概率(1-P)(1-P)出现出现 (5.5-2)(5.5-2)sn(t)=-5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输53 为了使频谱分析的物理概念清楚为了使频谱分析的物理概念清楚, ,推导过程简化推导过程简化, , 把把s(ts(t) )分解成稳态波分解成稳态波v(tv(t) )和交变波和交变波u(tu(t) )。稳态波稳态波-随机序列随机序列s(ts(t) )的平均分量的平均分量. .)()1 ()()(21ssnnTtg

47、PnTtpgtV波形如图波形如图 显然显然v(tv(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。 -5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输54 交变波交变波u(tu(t) )是是s(ts(t) )与与v(tv(t) )之差之差, ,即即 u(tu(t)=)=s(t)-v(ts(t)-v(t) (5.5-8) (5.5-8) 其中第其中第n n个码元为个码元为u un n(t(t)=)=s sn n(t)-v(t)-vn n(t(t) ) 于是于是 u(tu(t)= )= u un

48、n(t(t) (5.5-9) (5.5-9)n 其中其中, ,u un n(t(t) )可根据式可根据式sn(t)=)()1 ()()(21sgsngnTtPnTtptV表示如下表示如下-5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性及 g g1 1(t-nT(t-nTs s), ), 以概率以概率P P出现出现 g g2 2(t-nT(t-nTs s), ), 以概率以概率(1-P)(1-P)出现出现第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输55 n g g1 1(t-nT(t-nTs s)-Pg)-Pg1 1(t-nT(t-nTs s)-(1-P)g)-

49、(1-P)g2 2(t-nT(t-nTs s) )n =(1-P)g =(1-P)g1 1(t-nT(t-nTs s)-(1-P)g)-(1-P)g2 2(t-nT(t-nTs s) )n =(1-P)g =(1-P)g1 1(t-nT(t-nTs s)-g)-g2 2(t-nT(t-nTs s), ), 以概率以概率P Pn g g2 2(t-nT(t-nTs s)-Pg)-Pg1 1(t-nT(t-nTs s)-(1-P)g)-(1-P)g2 2(t-nT(t-nTs s) )n =g =g2 2(t-nTs)-Pg(t-nTs)-Pg1 1(t-nTs)-g(t-nTs)-g2 2(T-

50、nT(T-nTs s)+Pg)+Pg2 2(t-nT(t-nTs s) )n =-Pg =-Pg1 1(t-nT(t-nTs s)-g)-g2 2(t-nT(t-nTs s), ), 以概率以概率(1-P)(1-P) 写成写成 u un n(t(t)=a)=an ngg1 1(t-nT(t-nTs s)-g)-g2 2(t-nT(t-nTs s) (5.5-11) (5.5-11) un(t)= g g1 1(t-nT(t-nTs s) ) 以概率以概率P P出现出现 g g2 2(t-nT(t-nTs s) ) 以概率以概率(1-P)(1-P)出现出现sn(t)=)()1 ()()(21ss

51、ngnTtgPnTtptV-5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输56g2(t 4Ts)g1(t 3Ts)g1(t 2Ts)g2(t Ts)g (t)g1 (t)g2(t Ts)g2(t 2Ts)ttO Ts2Ts2O Ts2 TsTs2Tsv(t)tOu(t)(a)(b)(c)图图 5 5 5 5 随机脉冲序列示意波形随机脉冲序列示意波形-5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输57 将两者的功率谱合并起来就可得到随机基带脉

52、冲序将两者的功率谱合并起来就可得到随机基带脉冲序列列s(ts(t) )的频谱特性。的频谱特性。)()1 ()()(21ssngnTtgPnTtptV u(tu(t)= )= u un n(t(t) ) nu(t)=s(t)-v(t) 我们根据式我们根据式分别求出稳态波分别求出稳态波v(tv(t) )和交变波和交变波u(tu(t) )的功率谱的功率谱然后根据式然后根据式关系关系-5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性分析思路分析思路第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输58 5.5.1. .计算计算v(tv(t) )的功率谱密度的功率谱密度P Pv

53、 v(f(f) ) v(tv(t) )是以是以T Ts s为周期的周期信号为周期的周期信号, ,故故 v(tv(t)= )= PgPg1 1(t-nT(t-nTs s)+(1-P)g)+(1-P)g2 2(t-nT(t-nTs s) ) 展成傅氏级数展成傅氏级数 ndtetvTtmfjTTsss22/2/)(1dtetgptpgTctmfjTTmsss222/2/1)()1 ()(1tmfjnmsectv2)(式中式中 C Cm m= =由于在由于在(-T(-Ts s/2,T/2,Ts s/2)/2)范围内范围内( (相当相当n=0), n=0), v(tv(t)=Pg)=Pg1 1(t)+(

54、1-P)g(t)+(1-P)g2 2(t)(t)，所以，所以-5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输59 又由于又由于PgPg1 1(t)+(1-P)g(t)+(1-P)g2 2(t)(t)只存在只存在(-T(-Ts s/2/2，T Ts s/2)/2)范范围内围内, ,所以上式的积分限可以改为从所以上式的积分限可以改为从-到到, ,因此因此dtetgptpgTctmfjms221)()1 ()(1)()1 ()(21sssmfGpmfpGf式中式中dtetgmfGtmfjss211)()(dtetgmfGt

55、mfjss222)()(Tfs1-5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输60再根据周期信号功率谱密度与傅氏系数再根据周期信号功率谱密度与傅氏系数C Cm m的关系式的关系式, ,有有)()(2smmvmffcfP)()()1 ()(221smsssmffmfGpmfpGf 稳态波的功率谱稳态波的功率谱P Pv v(f(f) )是冲击强度取决是冲击强度取决|C|Cm m| |2 2的的离散谱离散谱. . 根据离散谱可以确定随机序列是否包含直流分根据离散谱可以确定随机序列是否包含直流分量量(m=0)(m=0)和定

56、时分量和定时分量(m=1)(m=1)。 -5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输61 5.5.2. .计算计算u(tu(t) )的功率谱密度的功率谱密度P Pu u(f(f) ) u(tu(t) )是功率型的随机脉冲序列是功率型的随机脉冲序列, ,它的功率谱密度它的功率谱密度可采用截短函数和求统计平均的方法来求可采用截短函数和求统计平均的方法来求, ,参照第参照第2 2章中的功率谱密度的原始定义式有章中的功率谱密度的原始定义式有Pu(f)= TfUETN2)(lim 其中其中U UT T(f(f) )是是u(

57、tu(t) )的截短函数的截短函数u uT T(t(t) )的频谱函数的频谱函数;E;E表示表示统计平均统计平均; ;截取时间截取时间T T是是(2N+1)(2N+1)个码元的长度个码元的长度 T=(2N+1)TT=(2N+1)Ts s (5.5-4) (5.5-4) 则则STNTNfUE) 12()(2limPu(f)= -5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输62-5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性 式中式中,N,N为一个足够大的数值为一个足够大的数值, ,且当且当TT时时,

58、,意意味着味着N.N. 现先求出频谱函数现先求出频谱函数U UT T(f(f).).由式由式(5.5-9),(5.5-9),有有 uT(t)= un(t)= ang1(t-nTs)-g2(t-nTs)nn则 UT(f)= dtenTtgnTtgaftjSSnn221)()(dtetuftjT2)()()(212fGfGeasnTjnnSTNTNfUE)12()(2limPu(f)= 第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输63式中式中G1(f)=dtetgftj21)(dtetgftj22)(G2(f)=于是于是)()()(*2fUfUfUTTT)()()()(2121)

59、(2fGfGfGfGeaaSTmnfjnNNnmNNm其统计平均为其统计平均为E|UE|UT T(f)|(f)|2 2 )()()()()(2121)(2fGfGfGfGeaaESTmnfjnNNnmNNm)()(212fGfGeaUsnTjnnT-5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输64 aman=a2n =（1-P)1-P)2 2 以概率以概率P P P P2 2 以概率（以概率（1-P)1-P) 所以所以 EaEa2 2n n=P(1-P)=P(1-P)2 2+(1-P)P+(1-P)P2 2 =P(

60、1-P)1-P+P= P(1-P) =P(1-P)1-P+P= P(1-P)当当m=nm=n时时 )()()()()(|)(|2121)(2fGfGfGfGeaaEfUESTmnfjnNNnmNNmT-5.5 -5.5 基带数字信号的频率特性基带数字信号的频率特性第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输65当当mnmn时时 aman=(1-p)2,P2,-p(1-p),以概率以概率P P2 2以概率以概率(1-P)(1-P)2 2以概率以概率2P(1-P)2P(1-P) 所以所以 EaEam ma an n=P=P2 2(1-P)(1-P)2 2+(1-P)+(1-P)2