第5章数字基带传输-2

1第4章传输技术2主要内容

4.1概述

4.2基带传输技术4.3频带传输技术3目标要求

基本要求掌握基带数字信号的基本波形；

掌握基带数字信号的传输码型，熟悉传输码型的基本要求；

掌握基带数字信号的频率特性；

熟悉时域均衡器的作用与原理。4目标要求

重点、难点

重点是：基带数字信号的基本波形掌握；

AMI码和HDB3码的编码规则的理解和掌握；

54.1数字基带信号一、基带信号与频带信号

1.基带信号：频带分布在低频段（通常包含直流）且未经调制的信号。

2.基带传输：直接传输基带信号的通信方式。

3.频带信号（带通信号）：经过载波调制后的信号。

4.频带传输：直接传输频带信号的通信方式。6基带传输的基本特点数字基带信号含有大量的低频分量以及直流分量。基带传输是调制传输的基础。设计传输系统时，一个调制传输系统往往可以等效成一个基带传输系统来考虑。7数字信息数字序列——数据流{an}码元：an基本单元每个码元只能取离散的有限个值

0，1，…M–184.1.1数字基带信号的码型设计原则码型－数字信号的电脉冲结构称为码型码型编码（码型变换）－数字信息的电脉冲表示过程称为码型编码或码型变换码型译码－由码型还原为数字信息的过程称为码型译码码型的选择：－与传输信道相匹配－信号的抗噪声能力强－便于从信号中提取位定时信息－尽量减少基带信号频谱中的高频分量－编译码设备应尽量简单9

基带数字信号的波形－单极性波形（NRZ）－双极性波形－单极性归零波形（RZ）－双极性归零波形－差分波形－多电平波形

直流分量和同步104.1.2二元码（1）单极性非归零码－用高电平和低电平（常为零电平）两种取值分别表示二进制码1和0，在整个码元期间电平保持不变。常记为NRZ。有直流分量，用于终端设备。114.1.2二元码（2）双极性非归零码－用正电平和负电平分别表示1和0，在整个码元期间电平保持不变－无直流成分，可以在电缆等无接地的传输线上传输124.1.2二元码（3）单极性归零码－发送1时，高电平在整个码元期间（T）只持续一段时间（τ），在码元的其余时间内则返回零电平，发送0时，用零电平表示。常记为RZ。－τ/T称为占空比－可以直接提取位定时信号，是其它码型提取位定时信号时需要采用的一种过渡码型144.1.2二元码（4）双极性归零码－用正极性的归零码和负极性的归零码分别表示1和0－兼有双极性和归零的特点，虽然幅度取值存在三种电平，但是它用脉冲的正负极性表示两种信息，通常仍归入二元码功率谱中含有丰富的低频乃至直流分量，不能适应有交流耦合的传输信道当信息中出现长1串或长0串时，会呈现连续的固定电平，无电平跃变，也就没有定时信息信息1和0分别独立地对应于某个传输电平，相邻信号之间取值独立，不具有检测错误的能力16谱零点带宽174.1.2二元码（5）差分码－1和0分别用电平的跳变或不变来表示。－若用电平跳变表示1，则对应传号差分码，记为NRZ（M）－若用电平跳变表示0，则对应空号差分码，记为NRZ（S）－用电平的相对变化来传输信息，可以用来解决相移键控信号解调时的相位模糊问题－差分码中电平只具有相对意义，又称为相对码194.1.2二元码（6）数字双相码（分相码，曼彻斯特码）－用一个周期的方波表示1，用它的反相波表示0，并且都是双极性非归零脉冲。－每个码元间隔的中心都存在电平跳变，有丰富的位定时信息－正负电平各占一半，不存在直流分量－不会出现3个或更多的连码，可用来宏观检错－上述优点是用频带加倍来换取的，适用于数据终端设备在短距离上的传输。214.1.2二元码（7）密勒码（延迟调制）－1用码元间隔中心出现跃变表示，即用10或01表示0有两种情况：单0时，码元间隔内不出现电平跃变而且在与相邻码元的边界处也无跃变连0时，在两个0的边界处出现电平跃变，即00与11交替。－密勒码中出现的最大宽度为2T，即两个码元周期，因此不会出现多于4个连码的情况，此性质可用于宏观检错。－密勒码最初用于气象卫星和磁记录，现也用于低速基带数传机。224.1.2二元码（8）传号反转码－与数字双相码类似，也是一种双极性二电平非归零码常记为CMI码－1交替地用00和11两位码表示，0则固定地用01表示－CMI没有直流分量，频繁出现波形跳变，便于恢复定时信号－CMI不会出现3个以上的连码，可用来作宏观检错－CMI已纳入CCITT建议，作为PCM四次群的接口码型在数字双相码、密勒码和CMI中，原始的二元码在编码后都用一组2位的二元码来表示，因此，这类码又称为1B2B码型。234.1.3三元码三元码－用信号幅度的三种取值表示二进制码－三元码被广泛地用作PCM的线路传输码型242023年2月3日254.1.3三元（2）n阶高密度双极性码－常记作HDBn码，可看作AMI码的一种改进型－二进制码1交替地用＋1和－1的半占空归零码表示，连0的数目被限制为小于或等于n。当信息中出现n＋1个连0码时，就用特定码组来取代，这种特定的码组称为取代节。有两种取代节：B0…0V和00…0V

－为了在接收端识别出取代节，人为地在取代节中设置“破坏点”，在这些“破坏点”处传号的极性交替规律受到破坏（V为破坏点）。－两种取代节的选取原则：使任意两个相邻V脉冲间的B脉冲数目为奇数。（可利用此性质作线路差错的宏观检测）－相邻V脉冲和B脉冲都符合极性交替的规则，因此无直流分量－解决了AMI码遇连0串不能提取定时信号的问题－应用最广泛的是HDB3码，四次群以下的A律PCM终端设备的接口码型均为HDB3码n＋1位n＋1位26HDB3码的特点:特点1由HDB3码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量；

2HDB3中连0串的数目至多为3个，易于提取定时信号。

3编码规则复杂，但译码较简单。

4利用V脉冲的特点，可作宏观检错。

解码规则

1从收到的符号序列中找到破坏极性交替的点，可以断定符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连码；若3连“0”前后非零脉冲同极性，则三个零后面译为一个零；如+1000+1就应该译成“10000”，

若2连“0”前后非零脉冲极性相同，则两零前后都译为0;如-100-1，就应该译为“0000”。

2再将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。

274.1.4多元码多元码

——当数字信息具有M种符号时，称为M元码。（当M>2时称为多元码）

——多元码中，每个符号可以用来表示一个二进制码组，因而成倍地提高了频带利用率。当M＝2n时，与二元码传输相比，M元码传输时所需要的信道频带可降为1/n，即频带利用率提高为n倍。

——由于频带利用率高，多元码在频带受限的高速数字传输系统中得到广泛应用。28四元码与二元码相比29AMI码－传号交替反转码1.编码规则：“1”交替变成“＋1”和“－1”，

“0”仍保持为“0”。

例：消息码：010110001 AMI码：0+10-1+1000-12.优点：

没有直流分量、译码电路简单、能发现错码3.缺点：

出现长串连“0”时，将使接收端无法取得定时信息。4.又称：“1B/1T”码－1位二进制码变成1位三进制码。4.1.3三元码（1）B8ZS

替换规则

8个连0由000VB0VB来代替.V的极性与前导1的极性相同

B8ZS提供了一种8个连0的替代方案。

接收端的确认

例32HDB3码－3阶高密度双极性码

在HDB3中，如果出现连续4

个比特0，则根据前导1的极性和前一破坏点V

的极性，用000V

或B00V替换这4个0V

是破坏点；B

是符合极性交替规律的比特，和V配合替换规则:相邻V码极性正负交替.如果V码与前导1的极性相同，则用000V.如果V码与前导1的极性不同，则用B00V，B的极性与V相同，并且让后面的非“0”码元符号从V码元开始再交替变化。33HDB3替换算法:前一破坏点的极性+-+-前导1的极性+--+HDB3替代码组-00-+00+000-000+模式B00V000V342.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”。3.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。

35例：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+1-1 10000100001100001136CMI码－传号反转码

1.编码规则：

消息码“1”

交替用“11”和“00”表示；消息码“0”

用“01”表示。消息码：10110001CMI码：00011100 01010111tCMI码：3738特点:不存在直流分量。具有频繁出现的电平跳变，有利于接收端提取位定时信号。具有内检错能力应用:ＣＭＩ码除了在高次群作为接口码之外，还被推荐为速率低于8448kbps的光纤数字传输中的线路传输码型39裂（双）相码－曼彻斯特码1.编码规则：消息码“0”传输码“01”

消息码“1”

传输码“10”

例：

消息码：

1

1

0

0101 双相码：10

10

01

01

10

01

10

402.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。3.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。42mBnB码

1.这是一类分组码，它把消息码流的m位二进制码元编为一组，并变换成为n位二进制的码组，其中n>m。后者有2n种不同组合。由于n>m，所以后者多出(2n–2m)种组合。在2n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。2.双相码和CMI码等可以看作是1B2B码。在光纤通信系统中，常选用n=m+1，例如5B6B码等。3.除了mBnB码外，还可以有mBnT码等等。mBnT码表示将m个二进制码元变成n个三进制码元。43◆编码原则

码的数字和尽可能小

码的运行数字和尽可能小◆3B/4B为例“1”---+1,“0”----1data0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111DS-4-2-20-200+2-200+20+2+2+4△△△△○○44◆3B/4B码3B(input)0111100100011010010010114B(output)01101000010111101010000111100110group--++--+-DS0-20+20-2+203B(input)4B(output)“+”groupNextgroup“-”groupNextgroup0001011--0100-+0011110--0001-+0100101++0101--0110110++0110--1001001++1001--1011010++1010--1100111--1000-+1111101--0010-+5.3基带传输系统5.3.1基带传输系统的组成5.3.2带限传输系统对信号波形的影响带限传输系统对脉冲信号波形的影响带限传输系统对脉冲信号波形的影响是容易导致码间串扰理想传输特性的问题不能物理实现波形的“尾巴”振荡大，时间长，要求抽样时间准确。

实用无码间串扰传输特性：

奈奎斯特1928年给出了一条解决途径，他证明了为得到无码间串扰的传输特性，系统传输函数不必为矩形，而容许是具有缓慢下降边沿的任何形状。

要求：

传输函数是实函数，且在f=w处奇对称， －－称为奈奎斯特准则。码间串扰的数学分析数字基带信号的传输模型如图所示。图5-11消除码间串扰的原理

图5-12Heq(ω)的物理含义

5.3.3均衡原理一、概述

1、均衡器的用途－减小码间串扰

2、均衡器的种类：频域均衡器：从滤波器的频率特性考虑