第二章数字传输原理张

第二章数字传输原理张第1页，课件共130页，创作于2023年2月第二章数字传输原理2.1数字通信系统概述2.2模拟信号数字化2.3时分复用技术2.4差错控制编码2.5数字信号的基带传输2.6数字信号的频带传输2.7数字系统同步技术2第2页，课件共130页，创作于2023年2月数字通信系统模型如图2-1所示。图2-1数字通信系统模型2.1数字通信系统概述第3页，课件共130页，创作于2023年2月2.1数字通信系统概述信源：完成非电信号/电信号的变换信源编码器：一是将信源发出的模拟信号变换为数字信号，称为数字信源码（模数变换）；二是实现压缩编码，使数字信源码占用的信道带宽尽量小。信道编码器：主要完成两个功能：一是码型变换，把数字信源码变换为数字信道码；二是差错控制。第4页，课件共130页，创作于2023年2月调制器：其作用是频谱搬移，将信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输的已调信号。信道：信号的传输媒质。一般可分为：有线信道和无线信道恒参信道和随参信道2.1数字通信系统概述第5页，课件共130页，创作于2023年2月解调器、信道译码器和信源译码器：基本功能是完成发端的反变换，它们的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息。2.1数字通信系统概述第6页，课件共130页，创作于2023年2月第二章数字传输原理2.1数字通信系统概述2.2模拟信号数字化2.3时分复用技术2.4差错控制编码2.5数字信号的基带传输2.6数字信号的频带传输2.7数字系统同步技术7第7页，课件共130页，创作于2023年2月2.2模拟信号数字化图2-2模拟信号的数字传输系统模型模拟信息源信宿数字通信系统m(t)模拟随机信号{sk}数字随机序列{}A/DD/A第8页，课件共130页，创作于2023年2月A/D：D/A：抽样量化编码m(t){sk}译码低通滤波mk(t){sk}2.2模拟信号数字化图2-3A/D和D/A变换第9页，课件共130页，创作于2023年2月2.2.1A/D变换实现A/D变换的方法很多，这里主要介绍应用最普遍的脉冲编码调制（PCM）。抽样-----时间域数字化量化-----幅度域数字化编码-----将量化后的信号电平转换成二进制码组2.2模拟信号数字化第10页，课件共130页，创作于2023年2月1、抽样

语音信号是模拟信号，它不仅在幅度取值上是连续的，而且在时间轴上也是连续的，要使语音信号数字化并实现时分多路复用，首先要在时间上对语音信号进行离散化处理，这一过程叫抽样。抽样是把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号。2.2模拟信号数字化第11页，课件共130页，创作于2023年2月2.2模拟信号数字化抽样过程的实现原理：fs(t)=f(t)p(t)×f(t)fs(t)p(t)第12页，课件共130页，创作于2023年2月1、抽样

抽样实现：每隔一定的时间间隔Ts，抽取语音信号的一个瞬时幅度值（抽样值）来代替原来的连续信号进行传输。抽样后所得的一系列在时间上离散的抽样值称为样值序列。2.2模拟信号数字化图2-4抽样后的波形第13页，课件共130页，创作于2023年2月时间离散化；Ts如何选取，保证信号的不失真？抽样定理：对于低通型（0,fm）信号，只要抽样频率fs（fs=1/Ts）满足

则可以从样值序列不失真地恢复出原来的模拟信号。其中fm为信号的最高频率。2.2模拟信号数字化第14页，课件共130页，创作于2023年2月最低允许的采样频率fs=2fm称为奈奎斯特(Nyquist)频率。最大允许的采样间隔Ts=1/(2fm)称为奈奎斯特间隔。抽样定理全过程如右图所示：2.2模拟信号数字化图2-6抽样定理全过程第15页，课件共130页，创作于2023年2月2、量化样值序列在时间上是离散的，但它的幅度取值在信号幅度的变化范围内（通常称动态范围）可以取任意值。因此，幅度的取值仍是连续的（有无限多个取值）。

所谓量化：就是将幅度取值为无穷多个的样值序列，变换为幅度取值为有限个的样值序列。（幅度离散化）2.2模拟信号数字化第16页，课件共130页，创作于2023年2月2、量化实现量化的方法：把信号变化的动态范围划分为有限个区间，只要信号落在某个区间，就取该区间内预先规定的某个参考电平（比如量化区间的中间值）作为信号值。量化区间在专业术语上称为量化级；量化级中间的电平称为量化电平；2.2模拟信号数字化第17页，课件共130页，创作于2023年2月图2-7量化过程示意图2.2模拟信号数字化第18页，课件共130页，创作于2023年2月2.2模拟信号数字化量化噪声由于量阶的有限性，在量化过程中就不可避免地会造成实际信号值与量化信号值之间的误差。这种由于量阶的有限性造成的误差被称为量化误差，记为e(t)。由量化误差产生的噪声叫量化噪声。性能衡量：信号平均功率与量化噪声平均功率之比为量化信噪比。第19页，课件共130页，创作于2023年2月2、量化根据各量化级大小是否相等，量化分为：均匀量化和非均匀量化。（1）均匀量化把输入信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。均匀量化亦称线性量化。在均匀量化中，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点。设输入信号的幅度范围是a~b，量化级数为M，则量化间隔为：Δv=(b-a)/M2.2模拟信号数字化第20页，课件共130页，创作于2023年2月2.2模拟信号数字化由此可见：当量化电平分别取各层的中间值时，量化过程所形成的量化误差不超过±Δv／2。量化误差与实际输入的样值有关，样值越小，信噪比越小；反之，样值越大，信噪比越大。均匀量化存在的问题：信号动态范围受限（小信号信噪比低，大信号信噪比高）。第21页，课件共130页，创作于2023年2月2.2模拟信号数字化语音信号的幅度概率分布：解决方法：（1）M增大，n增大，一路信号的数码率提高；（2）采用“非均匀量化”。图2-8语音信号的幅度概率分布第22页，课件共130页，创作于2023年2月2、量化（2）非均匀量化每个量化级大小不相等；信号小时，量化级小；而信号大时，量化级大。较均匀量化的优点是：量化噪声功率基本与信号抽样值成比例，因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号的信号量噪比。2.2模拟信号数字化第23页，课件共130页，创作于2023年2月2、量化（2）非均匀量化非均匀量化的实现方法通常是采用压缩、扩张的方法，即在发送端对输入采样信号先进行压缩处理，再进行均匀量化；其效果就相当于对信号进行非均匀量化。在接收端进行相反的扩张处理。2.2模拟信号数字化第24页，课件共130页，创作于2023年2月压缩电路是一个非线性放大器，它对大信号的放大倍数小，而对小信号的放大倍数大，从而使大信号受到压缩。即：y=f(x)扩张电路的作用正好与压缩相反。即：x=f-1(y)常采用“对数压缩”。2.2模拟信号数字化第25页，课件共130页，创作于2023年2月图2-9压扩特性曲线图2.2模拟信号数字化第26页，课件共130页，创作于2023年2月2、量化（2）非均匀量化国际上有两种标准化的非均匀量化特性：

A律13折线压缩特性（中国和欧洲）μ律15折线压缩特性（美国）2.2模拟信号数字化第27页，课件共130页，创作于2023年2月13折线的取得：先对x轴上的输入信号归一化取值范围，按1／2递减规律分为8段，分段点依次为1／2、1／4、1／8、1／16、1／32、1／64、1／128，再把y轴上压缩输出的归一化取值范围均匀地分成8段，即每段长为1／8，然后把x轴和y轴的相应分段线的交点连接起来得到。2.2模拟信号数字化第28页，课件共130页，创作于2023年2月A律13折线压缩特性图2-10A律13折线压缩特性第29页，课件共130页，创作于2023年2月13折线及与A律压缩特性的比较：段落12345678斜率161684211/21/4x01/1281/641/321/161/81/41/21y13折线01/82/83/84/85/86/87/81yA/87.601/821087632187643287654387665487676587612.2模拟信号数字化第30页，课件共130页，创作于2023年2月13折线的量化方案对x轴上的8段，每段再均匀分为16个，共128个量化间隔;各段的量化间隔互不相同，分别用Δ1、Δ2、…、Δ8表示。对y轴上的8段，各段再分成16层，共被均匀分为128层，分别与x轴上的128个量化间隔相对应。这样就相当于对输入信号进行不均匀量化，即小信号时量阶小，大信号时量阶大。最小量阶Δ1=1/(128×16)=1/2048;最大量阶Δ8=1/(2×16)=1/32=64Δ1。2.2模拟信号数字化第31页，课件共130页，创作于2023年2月3、编码

所谓编码就是将量化后的信号电平转换成二进制码组的过程；在接收端实施相反的过程称为译码。采用二进制编码，则编码所需的位数取决于量化级数的大小。量化级数越多，量化误差越小，但所需的编码位数越多。2.2模拟信号数字化第32页，课件共130页，创作于2023年2月3、编码

A律13折线编码的实现：由于正负极性信号共有16×16=256个量化级，每个量化值需编成8位（28=256）二进制码组。8位二进制代码的256种组合与256种不同的量化电平一一对应。2.2模拟信号数字化第33页，课件共130页，创作于2023年2月2.2.2PCM通信系统方框图

模拟信号经过抽样、量化、编码完成A/D变换，这样的系统称为PCM（脉冲编码调制）系统。抽样量化编码m(t)A/D译码低通滤波msq(t)D/A信道msq(t)^m(t)ms(t)干扰2.2模拟信号数字化图2-11PCM原理图第34页，课件共130页，创作于2023年2月第二章数字传输原理2.1数字通信系统概述2.2模拟信号数字化2.3时分复用技术2.4差错控制编码2.5数字信号的基带传输2.6数字信号的频带传输2.7数字系统同步技术35第35页，课件共130页，创作于2023年2月2.3.1时分复用（TDM）的概念

在数字通信中，一般采用时分复用（Time-DivisionMultiplexing，TDM）技术来提高信道的传输效率。所谓“复用”是多路信号（语音、数据和图像等信号）利用同一个信道进行独立的传输。如利用同一根同轴电缆传输1920路电话，且各路电话之间的传送是相互独立的，互不干扰。2.3时分复用技术第36页，课件共130页，创作于2023年2月2.3.1时分复用（TDM）的概念时分复用（TDM）：抽样后的样值序列在时间上离散，即两个样点信号在时间上有间隔，可以利用这一时间间隔传送其他语音信号的样点信号，这就称为“时分复用”。对于语音信号而言，两相邻样值之间的时间间隔是125μs（1/8KHz），称为“一帧”。2.3时分复用技术第37页，课件共130页，创作于2023年2月2.3.2PCM30/32系统帧结构 采用TDM制的数字通信系统，在国际上已逐步建立其标准。典型的时分多路复用设备是PCM30/32系统（基群）。

PCM30/32的帧结构如下图所示。2.3时分复用技术第38页，课件共130页，创作于2023年2月图2-12PCM30/32系统帧结构第39页，课件共130页，创作于2023年2月时隙：将一帧的时间均匀分为32个等分，每一等分称为一个时隙，传送一路语音信号的8位二进制编码；32个时隙依次表示为；其中：为话路时隙，共30个话路；传送帧同步信号；传送信令信号；由16帧（编号为）组成一个复帧。2.3时分复用技术第40页，课件共130页，创作于2023年2月2.3时分复用技术第41页，课件共130页，创作于2023年2月2.3时分复用技术2.3.3数字复接系列PCM30/32系统采用的是时分复用技术，将30路语音信号复接成速率为2.048Mbit/s的群路信号，称为基群或一次群。为了提高传输效率，再把一次群信号采用同步或准同步数字复接（DigitalMultiplexer）技术，复接成更高速率的数字信号。数字复接系列按传输速率不同，分别称为基群、二次群、三次群、四次群等（我国分别称为E1、E2、E3、E4，其速率为2Mbit/s、8Mbit/s、32Mbit/s、140Mbit/s。第42页，课件共130页，创作于2023年2月图2-13PDH中分插支路信号的过程2.3时分复用技术2.3.3数字复接系列第43页，课件共130页，创作于2023年2月第二章数字传输原理2.1数字通信系统概述2.2模拟信号数字化2.3时分复用技术2.4差错控制编码2.5数字信号的基带传输2.6数字信号的频带传输2.7数字系统同步技术44第44页，课件共130页，创作于2023年2月2.4差错控制编码信息编码：信源编码：在分析信源统计特性的基础上，设法通过信源的压缩编码去掉这些统计多余成分。（去除冗余，提高有效性）信道编码：目的是为了改善数字通信系统的传输质量，就是构造出以最小多余度代价换取最大抗干扰性能的“好码”。（添加冗余，提高可靠性）第45页，课件共130页，创作于2023年2月2.4差错控制编码2.4.1信道分类按照加性干扰引起的错码分布规律的不同，信道分为以下三类：随机信道突发信道混合信道第46页，课件共130页，创作于2023年2月2.4差错控制编码2.4.1信道分类1、随机信道（无记忆信道）由随机噪声引起；差错的出现随机，且错码之间是统计独立的；例如由正态分布白噪声引起的错码；第47页，课件共130页，创作于2023年2月2、突发信道（有记忆信道）因脉冲噪声、信道中的衰落现象引起；差错在短时间成串出现，而在其他时间又存在较长的无差错区间，且差错之间相关；3、混合信道既存在随机错码，又存在突发错码；结论：对于不同类型的信道，应采用不同的差错控制技术。2.4差错控制编码第48页，课件共130页，创作于2023年2月例、设发送数据序列为：00000000001111111111接收数据序列为：01101001001111001001则差错序列为：01101001000000110110错误图样（差错序列）：发送数据序列与接收序列对应码位的模２和。可见：发生了两个长度分别为７和５的突发差错，其错误图样分别为1101001和11011。2.4差错控制编码第49页，课件共130页，创作于2023年2月2.4.2差错控制方式常用的差错控制方式主要有三种：检错重发法前向纠错法混合纠错法2.4差错控制编码第50页，课件共130页，创作于2023年2月2.4.2差错控制方式1、检错重发法（ARQ）发送端经编码后发出能够发现错误的码，接收端按一定规则对收到的码组进行有无错误的判别。若发现有错，则通知发送端重发，直到正确接收为止。2.4差错控制编码第51页，课件共130页，创作于2023年2月ARQ示意图特点：具备双向信道；时延大；能够发现错误的码反馈信号发收图2-14检错重发示意图2.4差错控制编码第52页，课件共130页，创作于2023年2月2、前向纠错法（FEC）发端经编码后发出能够纠正错误的码，接收端收到码组后，通过译码自动发现并纠正传输中的错误；FEC示意图可以纠正错误的码发收图2-15前向纠错示意图2.4差错控制编码第53页，课件共130页，创作于2023年2月特点不需要反馈信道，特别适合只能提供单向信道的场合；自动纠错，不要求检错重发，延时小，实时性好；编、译码设备复杂，传输效率低；2.4差错控制编码第54页，课件共130页，创作于2023年2月3、混合纠错法

是前向纠错方式和检错重发方式的结合。在这种系统中发送端不但有纠正错误的能力，而且对超出纠错能力的错误有检测能力。在纠错能力内，则纠错；超出纠错能力，但能检测错误，则通过反馈信道要求发端重发一遍；2.4差错控制编码可以发现和纠正错误的码反馈信号发收图2-16混合纠错法示意图第55页，课件共130页，创作于2023年2月2.4.3差错控制编码（纠错编码）1、基本思想2、信道编码中的几个概念3、码距与检纠错能力的关系4、差错控制编码的效果5、举例说明2.4差错控制编码第56页，课件共130页，创作于2023年2月1、差错控制编码的基本思想发送端被传输的信息序列上附加一些监督码元，这些监督码元与信息码元之间按照某种确定的规则相互关联（约束）。接收端按照同一规则检查两者间关系，一旦关系遭破坏，即可发现错误，乃至根据错误图样纠正错误。码的检错和纠错能力是用信息量的冗余来换取的。一般说来，添加的冗余越多，码的检错、纠错能力越强，但信道的传输效率下降也越多。差错控制编码原则上以降低信息传输速率为代价，换取信息传输可靠性提高。2.4差错控制编码第57页，课件共130页，创作于2023年2月举例说明：假如要传送A、B两个消息编码一：消息A----“0”；消息B----“1”若传输中产生错码（“0”错成“1”或“1”错成“0”）收端无法发现，该编码无检错、纠错能力。编码二：消息A----“00”；消息B----“11”若传输中产生一位错码，则变成“01”或“10”，收端判决为有错（因“01”“10”为禁用码组），但无法确定错码位置，不能纠正，该编码具有检出一位错码的能力。这表明增加一位冗余码元后码具有检出一位错码的能力。2.4差错控制编码第58页，课件共130页，创作于2023年2月

编码三：消息A----“000”；消息B----“111”传输中产生一位或两位错码，都将变成禁用码组，收端判决传输有错。该编码具有检出两位错码的能力。在产生一位错码情况下，收端可根据“大数”法则进行正确判决，能够纠正这一位错码。该编码具有纠正一位错码的能力。这表明增加两位冗余码元后码具有检出两位错码及纠正一位错码的能力。

可见纠错编码之所以具有检错和纠错能力，确实是因为在信息码元外添加了冗余码元（监督码元）。2.4差错控制编码第59页，课件共130页，创作于2023年2月2、信道编码中的几个概念码组重量（码重）：码字中非零码元的数目。如“10011”码字的码重为3。码组距离（码距或汉明距离）：两个码字中对应码位上具有不同二进制码元的位数。如两码字“10011”与“11010”间码距为2。最小码距：码字集合中任意两码字间的最小距离，记为d0。2.4差错控制编码第60页，课件共130页，创作于2023年2月3、码距与检纠错能力的关系在一个码组中，为检测e个错码，要求最小码距：Ce1d02.4差错控制编码图2-17码距与检错能力的关系第61页，课件共130页，创作于2023年2月3、码距与检纠错能力的关系在一个码组中，为纠正t个错码，要求最小码距：tC1C2td02.4差错控制编码图2-18码距与纠错能力的关系第62页，课件共130页，创作于2023年2月3、码距与检纠错能力的关系在一个码组中，纠正t个错码，同时检测e（e>t）个错码，要求最小码距：C1C2ted0t2.4差错控制编码图2-19码距与检纠错能力的关系第63页，课件共130页，创作于2023年2月4、差错控制编码的效果假设在随机信道中发送“0”和“1”的错误概率相等，都等于p，且p<<1，则，在码长为n的码组中，恰好发生r个错码的概率为：2.4差错控制编码例如：当码长n=7，p=10-3时，则有：第64页，课件共130页，创作于2023年2月5、举例说明（1）奇偶监督码编码原理（发端）：无论信息位有多少，监督位只有一位，使码组中“1”的个数为偶数或奇数。即满足下列关系式：

译码原理（收端）：接收到的码组按上式模2加，若结果为0，则无错，否则，有错。2.4差错控制编码第65页，课件共130页，创作于2023年2月特点：只能检测出奇数个错误，不能纠错。主要应用于以随机错误为主的计算机通信系统，难于对付突发错误。传码效率：R=(n-1)/n。2.4差错控制编码第66页，课件共130页，创作于2023年2月5、举例说明（2）恒比码每个码组中含“1”和“0”的个数的比例恒定，又称等重码。典型应用国际无线电报通信，广泛采用“7中取3”恒比码，即码组中总有3个1。我国电传机广泛采用5单位数字保护电码。一个汉字用4个阿拉伯数字表示，每个数字用“5中取3”恒比码构成。2.4差错控制编码第67页，课件共130页，创作于2023年2月检测能力能检测出所有单个和奇数个错误，并能部分检测出偶数个错误（成对交换错则检测不出）特点简单，适应于对字母或符号进行编码。但不适合传输信源来的二进制数字序列。2.4差错控制编码第68页，课件共130页，创作于2023年2月第二章数字传输原理2.1数字通信系统概述2.2模拟信号数字化2.3时分复用技术2.4差错控制编码2.5数字信号的基带传输2.6数字信号的频带传输2.7数字系统同步技术69第69页，课件共130页，创作于2023年2月2.5数字信号的基带传输数字信号的传输分为两种形式：数字信号基带传输：是指不使用调制和解调装置而直接传输数字基带信号的系统；数字信号频带传输：包括了调制和解调过程的传输系统称为频带传输系统。第70页，课件共130页，创作于2023年2月数字基带传输系统信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号；信道可以是允许基带信号通过的媒质；接收滤波器是用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰的；抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。信道信号形成器信道接收滤波器抽样判决器基带脉冲输入干扰基带脉冲输出图2-20基带传输系统的基本结构2.5数字信号的基带传输第71页，课件共130页，创作于2023年2月

数字频带传输系统

简单说，包括了调制和解调过程的传输系统称为频带传输系统。调制器基带脉冲输入信道解调器干扰基带脉冲输出2.5数字信号的基带传输图2-21频带传输系统的基本结构第72页，课件共130页，创作于2023年2月2.5.1数字基带信号及其频谱特性

1．数字基带信号所谓数字基带信号（简称基带信号），就是消息代码的电波形。基带脉冲波形的选择：对所选码型的电波形要求，期望电波形适宜于在信道中传输。根据实际需要，组成基带信号的单个码元波形可以是矩形，升余弦形，高斯形以及半余弦脉冲等多种。2.5数字信号的基带传输第73页，课件共130页，创作于2023年2月几种最基本的基带信号码波形（以矩形为例）

单极性NRZ（NonReturnZero）码、双极性（BNRZ）码、单极性归零（RZ）码、双极性归零（BRZ）码、差分码、多电平码。

+E00001111（a）单极性波形+E-E0001111（b）双极性波形+E00001111（c）单极性归零波形+E-E0001111（d）双极性归零波形+E-E0001111（e）差分波形1+E-E01（f）多电平波形+3E-3E010100111011002.5数字信号的基带传输图2-22几种最基本的基带信号波形第74页，课件共130页，创作于2023年2月2、基带信号的时域表示（二进制）若an表示第n个信息符号对应的电平值（0、1或-1、1），对应二进制符号的“0”，对应“1”，码元间隔为，则数字基带信号可表示为：2.5数字信号的基带传输第75页，课件共130页，创作于2023年2月式中，为的稳态波，它是以为周期的周期信号；为的交变波，它是随机信号。

3、基带信号的频谱特性数字基带随机脉冲序列又可表示为：2.5数字信号的基带传输第76页，课件共130页，创作于2023年2月

u(t)

tg2(t)t

-Ts/2

Ts/2

g1(t)

t-Ts/2Ts/2V(t)ts(t)

1001011t2.5数字信号的基带传输图2-23基带信号的时域表示（二进制）第77页，课件共130页，创作于2023年2月3、基带信号的频谱特性随机脉冲序列的功率谱密度可能包括两个部分：连续谱（由交变波形成）和离散谱（由稳态波形成）。2.5数字信号的基带传输图2-24几种典型数字基带信号的频谱图第78页，课件共130页，创作于2023年2月2.5.2基带传输的常用码型

最典型的波形通常是“单极性不归零码”。这种单极性信号含有直流分量和丰富的低频分量，对传输信道的直流和低频特性要求较高。

一般信道中往往存在隔直流电容或耦合变压器，使直流分量不能通过，且高频分量的衰减随传输距离的增加而增大。

因此，必须经过码型变换，变为适于信道传输的信道码。2.5数字信号的基带传输第79页，课件共130页，创作于2023年2月基带信号传输码型的选取原则传输的码型不应含有直流分量，且低频成分和过高的频率成分也不易太多（通过分析频谱图即可看出信号含有的频率成分）为使收发同步，传输的码型中应含有时钟信息传输的码型与信息源的统计特性无关传输码应具有一定的检错、纠错能力码型的转换设备应简单易于实现2.5数字信号的基带传输第80页，课件共130页，创作于2023年2月常用的传输码型有：传号交替反转码（AMI码）三阶高密度双极性码（HDB3码）传号反转码（CMI码）曼彻斯特码（又称分相码、数字双相码）2.5数字信号的基带传输第81页，课件共130页，创作于2023年2月

1、AMI码（传号交替反转码）

编码规则：代码0（空号）仍变换为传输码的0，而把代码中的1（传号）交替变换成传输码的+1、-1、+1、-1、…。

举例：消息代码：10011000111…AMI码：＋100–l＋1000-1+1-1…

2.5数字信号的基带传输

10011第82页，课件共130页，创作于2023年2月1、AMI码（传号交替反转码）它为三电平序列（三元码），伪三进制，1B/1T码。优点：（1）无直流成分，且只有很小的低频成分；（2）整流后即为RZ码。缺点：连0码多时，不利于提取高质量的位同步信号。

2.5数字信号的基带传输第83页，课件共130页，创作于2023年2月2、HDB3码（三阶高密度双极性码）编码规则：HDB3码是在AMI码基础上加以改进的码型，当AMI码没有出现4个或4个以上的连0码时，仍按AMI码编码。

当出现4个连0码时，要将4个连0码“0000”以取代节“000V”或“B00V”取代。V码和B码都是+1码或-1码；2.5数字信号的基带传输第84页，课件共130页，创作于2023年2月2、HDB3码（三阶高密度双极性码）

取代节的安排原则如下：①V码的插入不应使传输码流产生附加的直流成分，为此，规定V码之间应满足极性交替反转的要求。②为了在接收端识别出V码，以便将其恢复成原来的0码，规定V码应与前一位相邻的1码保持同极性。

为使上述两条件满足，取代节的选取原则是：两个相邻V码之间，1码的个数为奇数时，选用“000V”；两个相邻V码之间，1码的个数为偶数时，选用“B00V”；

2.5数字信号的基带传输第85页，课件共130页，创作于2023年2月HDB3码编码举例例1：代码：100001000011000011AMI码：-10000+10000–l＋l0000-1+1HDB3码：-1000-V+1000+V-1＋l-B00-V＋1-1例2：

100000110000100000HDB3：1000V0-11–B00–V1000V02.5数字信号的基带传输第86页，课件共130页，创作于2023年2月译码规则：每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性（包括B在内）。从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连0码，再将所有-1变成+1后便得到原消息代码。特点：保留了AMI码的优点，克服了AMI连0多的缺点，这对于定时信号的恢复是十分有利的。它是一、二、三次群的接口码型，是CCITT推荐使用的码型之一。2.5数字信号的基带传输第87页，课件共130页，创作于2023年2月3、传号反转码（CMI）CMI码是把普通二进制码序列中的0码变换为01，而把1码交替变为00和11。特点：有较多的电平跃变，因此含有丰富的定时信息；该码被CCITT推荐为PCM四次群的接口码型；2.5数字信号的基带传输第88页，课件共130页，创作于2023年2月4、曼彻斯特码曼彻斯特码，又称为双相码，其变换规则是把普通二进制序列码中的“1”码变换为10，把“0”变为01。特点：能提供足够的定时；无直流漂移；编码过程简单；带宽要宽些；2.5数字信号的基带传输第89页，课件共130页，创作于2023年2月第二章数字传输原理2.1数字通信系统概述2.2模拟信号数字化2.3时分复用技术2.4差错控制编码2.5数字信号的基带传输2.6数字信号的频带传输2.7数字系统同步技术90第90页，课件共130页，创作于2023年2月由于从消息变换过来的原始信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不适宜直接进行传输。因此，在通信系统的发送端需要有调制过程，而在接收端需要有解调过程。------频带传输系统调制器信道解调器干扰图2-25频带传输系统2.6数字信号的频带传输第91页，课件共130页，创作于2023年2月2.6.1调制/解调的定义按调制信号（基带信号）的变化规律去改变高频载波某些参数的过程。一般常采用正弦信号作为载波；根据改变正弦信号的参数A、f、φ之一，调制分为调幅、调频和调相；根据调制信号取值连续或离散，调制分为模拟调制或数字调制；解调：在接收端和“调制”相反的过程，即从已调信号中恢复原基带信号的过程。2.6数字信号的频带传输第92页，课件共130页，创作于2023年2月2.6.1调制/解调的定义完成调制与解调任务的设备称为调制解调器（Modem）。频带传输的目的：将基带调制信号变换成适合在信道中传输的已调信号；实现信道的多路复用；改善系统的抗噪声性能；2.6数字信号的频带传输第93页，课件共130页，创作于2023年2月2.6.2模拟幅度调制模拟调制是指基带信号的取值是连续的（模拟信号），而幅度调制是指高频正弦载波的幅度随基带信号作线性变化的过程。2.6数字信号的频带传输图2-26模拟幅度调制解调示意图第94页，课件共130页，创作于2023年2月

其波形和频谱如下所示：2.6数字信号的频带传输图2-27模拟幅度调制波形和频谱示意图第95页，课件共130页，创作于2023年2月

调制的优点：通过调制，可以进行频谱搬移，即把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，例如移动通信。通过调制，将基带信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，例如频分复用（FDM）。2.6数字信号的频带传输图2-28频分复用信号的频谱结构第96页，课件共130页，创作于2023年2月FDM的优缺点：FDM最大的优点是信道复用率高、复用路数多、分路方便（在接收端利用相应的带通滤波器可恢复各路调制信号）；其主要缺点是设备复杂、且因滤波器特性不够理想和信道内存在非线性而产生路间干扰。2.6数字信号的频带传输第97页，课件共130页，创作于2023年2月

2.6.2数字调制

数字调制是指基带信号的取值是离散的（数字信号），即用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端只需对载波信号的离散调制参量进行检测就可以实现信号的解调。二进制数字调制有振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK）三种基本形式。2.6数字信号的频带传输第98页，课件共130页，创作于2023年2月1、2ASK（二进制振幅键控）用待传递的数字信号（两种状态）改变载波的幅度。（1）实现2.6数字信号的频带传输×

BPFcosωcts(t)e0(t)

~载波开关电路s(t)e0(t)K图2-292ASK信号的产生（左图：模拟幅度调制方法；右图：数字键控方法）第99页，课件共130页，创作于2023年2月由于其中一个信号状态始终为零，相当于断开状态，故2ASK信号又称为通断键控（OOK）信号。1、2ASK（二进制振幅键控）（2）波形示例2.6数字信号的频带传输s(t)e0(t)1001第100页，课件共130页，创作于2023年2月1、2ASK（二进制振幅键控）（3）解调------相干方式解调2.6数字信号的频带传输

BPF

LPF抽样判决定时脉冲Cos(ωct)输出输入图2-302ASK信号相干方式解调器第101页，课件共130页，创作于2023年2月6.2二进制数字调制原理2、2FSK（二进制频移键控）用待传递的数字信号（两种状态）改变载波的频率，即用两种不同频率的载波分别代表数字信号“1”和“0”。（1）实现2.6数字信号的频带传输

~f1载波开关电路s(t)e0(t)K

~f2载波图2-312FSK信号的产生（键控法）第102页，课件共130页，创作于2023年2月6.2二进制数字调制原理2、2FSK（二进制频移键控）（2）波形示例2.6数字信号的频带传输s(t)e0(t)1001其中：0符号对应于载频ω1，1符号对应于载频ω2，而且ω1和ω2之间的改变是瞬间完成的。第103页，课件共130页，创作于2023年2月例：2FSK信号的波形及分解。Tsf2f2f1f1f1t(a)f1f1f1t(b)f2f2t(c)2.6数字信号的频带传输第104页，课件共130页，创作于2023年2月6.2二进制数字调制原理2、2FSK（二进制频移键控）（3）解调------相干方式2.6数字信号的频带传输图2-322FSK信号相干方式解调器

BPF

LPF抽样判决定时脉冲cosω1t输出输入

BPF

LPFcosω2t第105页，课件共130页，创作于2023年2月3、2PSK和2DPSK（1）2PSK（二进制绝对相移键控）用待传递的数字信号（两种状态）改变载波的初相角。1）实现2.6数字信号的频带传输×

BPFcosωcts(t)e0(t)电平变换双极性不归零信号单极性不归零信号图2-33（a）2PSK信号模拟调制法框图第106页，课件共130页，创作于2023年2月3、2PSK和2DPSK（1）2PSK（二进制绝对相移键控）用待传递的数字信号（两种状态）改变载波的初相角。1）实现2.6数字信号的频带传输图2-33（b）2PSK信号键控法框图

~载波开关电路s(t)e0(t)K

φ移相0π第107页，课件共130页，创作于2023年2月3、2PSK和2DPSK（1）2PSK（二进制绝对相移键控）2）波形示例2.6数字信号的频带传输第108页，课件共130页，创作于2023年2月这种以载波的不同相位直接表示相应数字信息的相位键控，通常称为绝对移相方式；由于在发送端是以某一个相位作基准的，因而在接收系统中也必须有一个固定的基准相位作参考；若参考相位发生随机跳变（从00变成1800），则必然导致接收错误，此即2PSK信号的“反向工作”现象；为避免2PSK信号的“反向工作”现象，特引入“相对移相”方式——2DPSK信号。2.6数字信号的频带传输第109页，课件共130页，创作于2023年2月3、2PSK和2DPSK（2）2DPSK（二进制相对相移键控）2DPSK信号是利用前后相邻码元的相对载波相位值表示二进制数字信号。2.6数字信号的频带传输第110页，课件共130页，创作于2023年2月由此可见，2DPSK信号表示相应的数字信息，并不依赖于某一固定的参考相位，只要前后相邻码元的相对相位关系不被破坏，就不会造成错误接收；2.6数字信号的频带传输第111页，课件共130页，创作于2023年2月3、2PSK和2DPSK（2）2DPSK（二进制相对相移键控）1）实现2.6数字信号的频带传输

~载波开关电路s(t)e0(t)K

φ移相0π码变换图2-34

2DPSK信号键控法框图第112页，课件共130页，创作于2023年2月2）2PSK和2DPSK信号的相干解调2.6数字信号的频带传输图2-35

2PSK信号相干解调器（极性比较法）

BPF

LPF抽样判决定时脉冲cosωct输出输入鉴相器鉴相器

BPF

LPF抽样判决定时脉冲cosωct输出输入码反变换器图2-36

2DPSK信号相干解调器（极性比较法）第113页，课件共130页，创作于2023年2月第二章数字传输原理2.1数字通信系统概述2.2模拟信号数字化2.3时分复用技术2.4差错控制编码2.5数字信号的基带传输2.6数字信号的频带传输2.7数字系统同步技术114第114页，课件共130页，创作于2023年2月2.7数字系统同步技术

同步是数字通信的基本要求之一。如果收端和发端不能很好的同步，数字通信是无法进行的。数字通信中，同步主要包括载波同步、位同步、帧同步和网同步。第115页，课件共130页，创作于2023年2月按照获取和传输同步信息的方式分为：外同步法由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频）；接收端把这个导频提取出来，作为同步信号的方法。（一般用于帧同步）自同步法发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信号中提取同步信息的方法。（多用于载波同步和位同步）2.7数字系统同步技术第116页，课件共130页，创作于2023年2月2.7.1载波同步当采用相干解调时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波。这个相干载波的获取就称为载波提取或载波同步。提取载波的方法：插入导频法：在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上，插入一个或多个称为导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波。直接法：不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波。2.7数字系统同步技术第117页，课件共130页，创作于2023年2月2.7.2位同步位（码元）同步：在接收端产生与接收码元的重复频率和相位一致的定时脉冲序列的过程；而称这个定时脉冲序列为码元同步脉冲或位同步脉冲。如图2-37所示。所谓同频，就是要求发送端发送了多少个码元，接收端必须产生同样多的判决脉冲，既不多一个，也不少一个。所谓同相，即判决脉冲应该对准码元的中心，此时对码元的正确识别率最高。2.7数字系统同步技术第118页，课件共130页，创作于2023年2月图2-37位同步示意图2.7数字系统同步技术第119页，课件共130页，创作于2023年2月