第5章 数字信号的基带传输系统

本章要点常用码型数字基带信号传输系统的频谱分析数字基带传输系统眼图与均衡数字基带传输系统应用第五章数字信号的基带传输系统基带传输：将数字基带信号直接送入信道传输，就称之为基带传输(计算机局域网)。PCM、ΔM编码常用码型§5.1概述频带传输：为了适应信道传输而将基带信号进行调制，即将基带信号的频谱搬移到某一高频处，变为频带信号进行传输，这种传输频带信号的方式称为频带传输方式。

信源

信源编码

信道编码

调制器

信道

解调器

信道译码

信源译码

收信者噪声、干扰表示数字信息序列或码元序列的电脉冲形式称为码型，如单极性归零码、双极性非归零码等。在有线信道中传输的基带信号又称为线路传输码型，即传输码。一、码型设计的原则：（1）编码方案与信源的统计特性无关；（2）接收端能正确解码；（3）码型中直流成分、低、高频成分很少；（4）便于提取定时信息；（5）具有内在的检错能力；（6）变换设备简单、可靠。§5.2数字基带信号的常用码型二、常用码型：有单极性不归零码、双极性不归零码、单极性归零码、双极性归零码、差分码等。高电平+V“1”零电平“0”（占满一个码元周期Ts）

基本二元码1．单极性不归零码（NRZ）----通信系统内部二进制代码11101001000110码元周期Ts高电平+V规则：+V0接收端：由识别电路来完成接收，识别电路由放大、限幅、整形、抽样判决器等组成。限幅整形器是把接收信号整理成“近似的方波”，即把低于限幅门限的信号变成零电平，而把高于限幅门限的信号变成有电脉冲。特点：有直流分量；判决电平不稳定；难以提取位同步信息；传输时一端应接地。

信道抽样时刻判决电平2．单极性归零码（RZ）特点：同NRZ，但可提取位同步信息。（占空比<1

）高电平+V“1”零电平“0”规则：二进制代码11101001000110码元周期Ts持续时间τ+V特点：无直流分量；判决电平稳定；难以提取位同步信息；无接地问题。

正电平+V“1”负电平-V“0”（占空比＝1

）3．双极性不归零码规则：二进制代码11101001000110负电平-V正电平+V+V-V4．双极性归零码特点：同双极性不归零码，经整流可提取位同步信息。

正电平+V“1”负电平-V“0”（占空比＜1

）规则：二进制代码11101001000110+V-V以上四种信号只适用于设备内部及近距离传输利用前后码元电平的相对极性来传送信息，是一种相对码。5．差分码相邻码元电平变化“1”相邻码元电平不变“0”规则：特点：收端的码元极性与发送端完全相反也能正确判决

二进制代码11101001000110参考极性6．数字双相（分相、曼彻斯特－Manchester）码

规则：交替正、负脉冲(-V、+V)“0”交替负、正脉冲(+V、-V)“1”特点：无直流分量，定时信息丰富，编译码电路简单；但其码元速率比输入的信码速率要高一倍。二进制代码

11101001000110

1B/2B码

+V-V7．CMI（传号反转码）码

规则：交替正、负脉冲(-V、+V)“0”交替负、正脉冲(+V

+V、-V-V)“1”特点：无直流分量，定时信息丰富，编译码电路简单，可检错。二进制代码

11101001000110

+V-V

1B/2B码

8．密勒（延迟调制—Miller）码规则：“1”码用码元时隙的中点出现跳变来表示(即“10”、“01”)

码元起点电平极性与前码元末相相同

“0”码分两种情况处理(“00”、“11”)

对于单个“0”时，在码元持续时间内不出现电平跃变，电平与前相邻码元的末相相同对于连“0”时，在两个“0”码的边界处出现电平跃变特点：码流中出现最大宽度为2T、最小宽度为T的波形，故可检错。二进制代码111010010001109．交替双极性（AMI）码代码：10011000111…AMI码：＋100－1＋1000－1＋1－1…交替的正、负电平“1”（＋1、-1－归零)零电平“0”规则：二进制代码10110000101000011特点：无直流，低频少，可检错。但连“0”码多时丢失定时信息。

伪三元码

+V-V归零的AMI码10．三阶高密度双极性码（HDB3）是AMI码改进型，克服了连“0”码多时丢失定时信息的缺点，是CCITT推荐使用的码型之一。编码规则：1.先编成AMI码，检查代码连“0”情况，若连“0”数<4个，编码完毕2.若连“0”数≥

4个

①代码中的“1”称为信码B，并用B+、B-表示②将连“0”按4个分组，将“0000”用“000V”取代，且V的极性与前一个B码相同，称为破坏码③检查两个V之间B的个数

若为奇数，编码完毕若为偶数，将后一组“000V”用“B’00V”取代，B’称补码，极性与前一个B码相反，后一个V与B’极性相同④保证V、BB’两序列极性交替出现代码10110000101000011AMI+1

0-1

+1

000

0

-1

0+1

0

0

00-1

+1B码B+

0B-

B+

0

00

0

B-

0B+

0000

B-

B+

V码B+

0B-

B+

0

00

V+

B-

0

B+

000V+

B-

B+

B’码B+

0B-

B+

0

00

V+

B-

0

B+

B-’

0

0V-

B+

B-HDB3

+1

0-1

+1

0

00+1

-1

0+1

-1

0

0-1

+1

-1二进制代码10110000101000011特点：同AMI，且克服其缺点，译码简单。

译码：1.找出两相同极性的码，后一个即为V码；2.自V码向前数第三个码，若不是零即为B’码；3.去掉V码和B’码，余下的全是B码；4.经全波整流即为原单极性代码。

代码10110000101000011AMI+1

0-1

+1

0

00

0

-1

0+1

0

0

00-1

+1B码B+

0B-

B+

0

00

0

B-

0B+

0000

B-

B+

V码B+

0B-

B+

0

00

V+

B-

0B+

000V+

B-

B+

B’码B+

0B-

B+

0

00

V+

B-

0

B+

B-’

0

0V-

B+

B-HDB3

+1

0-1

+1

0

00+1

-1

0+1

-1

0

0-1

+1

-1译码1+1

0-1

+1

0

00+1

-1

0

+1

-1

0

0-1

+1

-1译码2+1

0-1

+1

0

00+1

-1

0

+1

-1

0

0-1

+1

-1译码3+1

0-1

+1

0

000

-1

0

+1

0

0

00+1

-1译码41

0

1

1

0

000

1

0

1

0

0

001

118数字基带信号是一个随机信号，通常用功率谱密度来描述,具有统计特性。功率谱密度与基带传输系统的带宽选择和位同步信号提取密切相关。5.3数字基带信号的功率谱密度一、任意波形的二进制随机序列的功率谱密度tf(t)g2(t)g1(t)TsTS:码元周期19g1(t)代表”1”概率:P设g2(t)代表”0”概率:1-P则单边功率谱密度可表示为:fS

(基波)－

1/TS单位:BaudG1(f)－g1(t)的频谱函数；G2(f)－g2(t)的频谱函数mfs－fs的各次谐波20结论:2.第二项表直流分量，不一定存在(等概的双极性码－不存在）①②③1.第一项表连续谱，永远存在，确定带宽（能量）3.第三项表离散谱，不一定存在，可分析是否有位同步信号二、举例1.单极性不归零码(NRZ)脉冲序列的功率谱密度。(等概）g1(t)=0其它At≤Tsg2(t)=01二、举例则7.3.3基带信号的功率谱计算单边功率谱密度为:结论:1.连续谱（能量）分布于整个f轴，主要在低频，B=fs2.有直流分量3.f＝kfs值为0，无离散谱，无同步信息单极性不归零码不可提取同步信息12.单极性归零码(RZ)脉冲序列的功率谱密度。（、等概）

g1(t)=0其它At≤Ts/2g2(t)=0Ts/2=t则单边功率谱密度为:(P=1/2)结论:1.连续谱（能量）分布于整个f轴，主要在低频，B=2fs2.有直流分量3.有谐波离散谱，出现于f＝(2k－1)fs处，

同步信息可从基波中提取单极性归零码可直接提取同步信息3.双极性不归零码和归零码码序列的功率谱密度。（P=1/2）g1(t)=－g2(t)G1(f)=－G2(f)双极性不归零码结论:1.B=fs

；

B=2fs双极性归零码2.无直流分量和离散谱，不可直接提取同步信息3.对于双极性归零码，可利用整流或前沿起动信号，得到定时信息275.4数字基带传输系统一、数字基带信号传输系统模型：如下图所示一个典型的数字基带信号传输系统模型

码型变换：将数字信息源产生的基带信号进行码型变换；发送滤波器：它限制发送信号频带，并进行波形转换；信道：电缆等狭义信道也可以是带调制器的广义信道，信道中的窄带高斯噪声会给传输波形造成随机畸变；接收滤波器：滤除混在接收信号中的带外噪声和由信道引入的噪声，对失真波形进行尽可能的补偿（均衡）；再生抽样判决器：是一个识别电路，将接收滤波器输出的信号波形放大、限幅、整形后再加以识别，进一步提高信噪比；码型译码：将抽样判决器送出的信号还原成原始信码。

系统各部分波形如下图所示TS

TS

TS

抽样值g抽样判决再生：由识别电路来完成接收，识别电路由放大、限幅、整形、抽样判决器等组成。限幅整形器是把接收信号整理成“近似的方波”，即把低于限幅门限的信号变成零电平，而把高于限幅门限的信号变成有电脉冲。信道抽样时刻判决电平1.定义：由于系统传输特性不良或加性噪声的影响，使信号波形发生畸变，造成收端判决上的困难，因而造成误码，这种现象称为码间串扰。

2．现象：时域脉冲会被展宽，甚至重迭（串扰）到邻近时隙中去成为干扰。

二、基带传输中的码间串扰：变形延时拖尾图中a1、a2和a3分别为前三个“1”码在t=3Tb+t1时刻产生的码间串扰值；a4为第四个码（“0”码）在t=3Tb＋t1时刻的值。当a1+a2＋a3+a4<0时，判决正确；反之，当a1+a2＋a3+a4>0时，判决错误。1110最佳判决时刻三、无码间串扰的基带传输特性

1.简化的基带传输系统

其中发送滤波器接收滤波器信道要求：输出在抽样判决点无码间串扰无码间串扰基带传输系统冲激函数即当前码元除了k=0时有抽样值，在其他抽样点上的取值应该均为02.理想基带传输系统

理想基带传输系统是典型基带传输系统的数学分析模型，它具有理想的低通滤波特性（即传输特性），传输函数为：式中，为低通滤波器的截止频率H(ω)=e–jωt00其它ωH(ω)10冲激响应为ωH(ω)1a）理想低通特性0TS

h(t’)b）理想低通特性的冲激响应0tBN＝1/2TSt’=0时出现最大值,有延时,有拖尾,t’=TS处出现零点2TS

3TS

4TS

-TS

-2TS

-4TS

-3TS

奈奎斯特(Nyquist)定理（奈奎斯特第一准则）当基带传输系统具有理想低通滤波器特性时，以截止频率两倍的速率传输数字信号，能消除码间串扰。RB＝1/TSRB=2BNTT2T3T3．理想低通滤波器基带传输的特征参量：（1）奈奎斯特带宽:BN

（2）奈奎斯特速率:RB

（3）奈奎斯特间隔:TS（4）无码间串扰的理想低通系统的频带利用率:

η=RB/

BN=2Bd/Hz4．理想低通滤波器的缺点：（1）工程不易实现，滤波器截止特性不会做得很陡。（2）接收时对判断要求很严。（3）冲激响应衰减慢，拖尾长。四、无码间串扰的滚降系统

无码间串扰的基带传输特性等效式0

若将该系统的传输特性按间隔分段,再搬回(,)区间叠加,若叠加后的幅度值为一常数,则此基带传输系统可实现无码间串扰。

*

升余弦滚降传输特性一种无码间串扰的系统是具有升余弦滚降特性，对处呈奇对称的传输系统。注意，“滚降”是指升余弦信号的频谱过渡特性，而不是指波形的形状。具有滚降系数α的升余弦传输函数的数学表达式为：

H(ω)=TS0≤

0

其时域函数

滚降因子α（α在0—1之间变化）BNB1频带利用率实际带宽=带宽的扩展量奈奎斯特带宽fH(f)例：已知RB=56kbit/s,求基带传输时取α=0.25，α=0.5，α=0.75，α=1时所需实际信道带宽。解：先求奈奎斯特带宽（频率）∵BN=RB/2=56×103/2=28KHz∴B=(1+α)BNB=(1+0.25)28=35KHzB=(1+0.5)28=42KHz§5.6眼图与均衡

一、眼图1.误码的来源:发送滤波器、信道、接收滤波器特性不理想，定时判断误差等2.评价方法—眼图(定性),