数据通信-数字信号的基带传输5

计算机学院1数据通信基础第5章数字信号的基带传输（1）数据通信基础计算机学院2第4章复习1、采样

定义、物理过程、采样信号的数学表示2、采样的分类理想采样、自然采样和平定采样3、采样定理

4、量化的定义数据通信基础计算机学院3第4章复习5、量化过程

确定量化范围，确定量化级数，确定量化电平、确定量化间隔6、量化误差理想采样、自然采样和平定采样7、量化的分类

均匀量化和非均匀量化

8、非均匀量化

压缩、扩展数据通信基础计算机学院4第4章复习9、A律压缩和律压缩特性

10、A律13折线压缩特性11、PCM通信系统

12、二进制PCM编码

自然码、格雷码、折叠码13、线性编码器：级联逐次比较型编码器原理14、非线性编码器：逐次反馈型编码原理15、增量调制的概念16、增量调制的调制和解调原理17、增量调制的噪声数据通信基础计算机学院5第4章复习18、自适应的增量调制19、增量调制和PCM的性能比较20、差分脉冲编码系统数据通信基础6第10次课要求数据通信基础内容：5.1数字基带信号4.6常用基带信号传输码型掌握：1、数字基带信号的波形2、常用基带信号传输码型理解：1、常用基带信号传输码型。

计算机学院75.1数字基带信号原始模拟信号通过采样、量化和编码等A/D转换，得到的数字信号有较低频率范围，而且可以经过D/A转换直接还原为声音和图像，这种信号称为数字基带信号。数字基带信号的传输主要研究二进制0、1数字序列用什么样的波形表示才更容易通过基带信道。数据通信系统对信号的处理有两种变换：消息和数字脉冲之间的变换；数字脉冲信号和已调信号之间的变换。数据通信基础消息和数字脉冲信号之间的变换：

终端机把消息变换成二进制的脉冲序列即基带信号，这种数字基带信号一般占带较宽，从0频或者低频开始，直到某一频率fm，这个过程叫基带变换。5.1数字基带信号5.1.1数字基带信号的波形

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。数字基带信号的类型有很多，常见的有矩形脉冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。最常用的是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换。5.1数字基带信号单极性不归零波形（NRZ）

单极性不归零波形脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码0和1.特点极性单一，容易产生；有直流分量，要求信道具有直流传输能力。5.1数字基带信号

2.单极性归零波形（RZ）

单极性归零波形电脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平。+E00101011是脉冲窄，有利于减小码间干扰。特点5.1数字基带信号3.双极性不归零波形

双极性不归零波形的正、负电平分别对应于二进制代码1、0。当0、1符号等可能出现时无直流分量，有利于在信道中传输；不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强。特点5.1数字基带信号

4.双极性归零波形

它是双极性波形的归零形式。每个码元内的脉冲都回到零点平。接收端容易识别出每个码元的起止时刻，有利于同步脉冲的提取。特点有三种电平，称伪三元码有三种电平，称伪三元码有三种电平，称伪三元码有三种电平，称伪三元码5.1数字基带信号

特点：利用前后码元电平相对极性变化来传送信息,是一种相对码；差分波形

参考电平为“1”编码规则：“1”变“0”不变或“0”变“1”不变000100001100000101t码元极性相反时亦可正确输出。优点:用电平的跳变或不变来表示“1”和“0”，也称为相对码。可以解决起始相位的不确定问题。5.1数字基带信号6.多电平波形

多电平波形是指多于一个二进制符号对应一个脉冲的情形。若令两个二进制符号00对应+3E，01对应+E，10对应-E，11对应+3E，则所得波形为4电平波形：5.1数字基带信号5.1.2数字基带信号的编码原则

1、有利于提高系统的频带利用率2、基带数字信号应该具有尽量少的直流、甚低频和高频分量3、基带信号中应该具有足够大的供提取码元同步信号用的信号分量4、基带传输的码型应基本上不受信号源统计特性的影响5、基带传输码型最好对噪声和码间串扰具有较强的抵抗力和自检能力6、尽量降低译码过程引起的误码扩散，提高传输性能5.1数字基带信号若一个变换器把数字基带信号变换成适合于基带信道传输的基带信号，则称此变换器为数字基带调制器；相反，把信道基带信号变换成原始数字基带信号的变换器，称之为基带解调器。以上两者，合称为“基带调解器”。5.2常用基带信号传输码型

传输码的结构应具有下列主要特性：

1)

能从其相应的基带信号中获取定时信息；

2)

相应的基带信号无直流成分和只有很小的低频成分；

3)

不受源统计特性的影响，即能适应于信源的变化；

4)

尽可能地提高传输码型的传输效率；

5)

具有内在的检错能力。满足或部分满足以上特性的传输码型种类很多5.2常用基带信号传输码型

1.极性交替反转码（AMI码）

AMI码的全称是信号交替反转码，按如下规则进行编码：代码“0”仍为0；代码“1”交替变换为+1、-1、+1、-1、┅。例如：

消息代码100011101AMI码+1000-1+1-10+15.2常用基带信号传输码型

AMI码的优点：是不含直流成分，低频分量小，编译码电路简单。不足：当原信码出现连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。10110000111000010-110000-11-100005.2常用基带信号传输码型

2、三阶高密度双极性码（HDB3玛）HDB3码中的连“0”数被限制为小于或等于3个。10110000000111000000编码原则：1、没有4个以上连0串时，则为AMI码；2、有4个或以上连0串时，将每4个0划为一小节，定义为“B00V”或“000V”；3、“V”与前一非0符号的极性相同，并且相邻V的极性交替变化；4、通过设置B为0或1，使得任意两个V之间的1的个数为奇数个；10110000000111000000+1-10+1000+V000-1+1-B00-V00+15.2常用基带信号传输码型

HDB3编码举例：(a)输入二进制码元序列01000011000001010(e)HDB3码0+1000+1-1+1-100-10+10-10(d)引入补码B0+1000V–1+1-B00-V0+10-100+1000V-1+1000-V0-10+10(1表示正脉冲，-1表示负脉冲）(b)AMI码0+10000–1+100000-10+10注意：任意两个相邻的V脉冲之间信息码和B脉冲的个数之和应为奇数。(c)信码和加上的破坏脉冲V极性关系不能满足，需引入B信息码极性从B开始继续交替

01000011000001010t01.无直流且低频少,频带窄；2.可提出位同步信息；特点:

HDB3码0+1000+1-1+1-100-10+10-10（1）-11-11-11-11-11-11-11-11（2）-B00-vB00v-B00-vB00v特例：全“1”和全“0”的HDB3码：

任意两个相邻的V脉冲之间信息码和B脉冲的个数之和应为奇数。

一个简单的方法：任意两个相邻的V脉冲之间的信息码个数为偶数时，加入一个B脉冲，为奇数则不加。HDB3码的译码方法：

由相邻极性相同码找出V码，根据向前数第三个是否为零找出B码，去掉V、B后其余都是信码。

HDB3码0+1000+1-1+1-100-10+10-10

AMI码

0+10000–1+100000-10+10VBV

HDB3码0+1000+1-1+1-100-10+10-10HDB3是CCITT建议欧洲系列一、二、三次群的接口码型。

解:(1)编码过程:原码：

100001000000000110100000001标记V和B：

B000VB000V000V0BB0B000V000B加入B′：B000VB000VB′00V0BB0B000V000B极性交替:B000V-B000-VB′00V0-BB0-B000-V000BHDB3码:

10001-1000-110010-110-1000-10001(2)解码过程HDB3码:10001-1000-1

10010-110-1000-10001课堂练习：将原码“100001000000000110100000001”编成HDB3码#原码:1000010000

000001101000000013、裂相码（曼彻斯特码）曼彻斯特码编码原理是：“0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10”两位码表示。消息码：１１００１０１曼彻斯特码：１０１００１０１１００１１０曼彻斯特码每一个码元的正中间都出现一次电平的转换，使它可以实现自同步。5.2常用基带信号传输码型

3、裂相码（差分曼彻斯特码）曼彻斯特码编码原理是：比特中间位置上的电平的跳变作为同步信息，以比特开始时刻是否出现电平跳变作为数据信息，比特开始出现跳变，则该比特为0，否则为1.消息码：１１００１０１差分曼彻斯特码：１０01０１０１１０10

01

5.2常用基带信号传输码型

4、Miller（密勒）码编码规则如下：1码用10或01表示0码分两种情况处理：对于单个0时，在码元持续间内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变；对于连0时，在两个0码的边界处出现电平跃变，即00与11交替。11101001０１1００1１１1０0０１１1０5.2常用基带信号传输码型

5、信号反转码（CMI码）CMI码是信号反转码的简称

其编码规则为：1码交替用11和00表示(信号带宽不变)；0码用固定用01表示。这种码型有较多的电平跃变，因此含有丰富的定时信息，已被CITT推荐为PCM四次群的接口码型。在光缆传输系统中有时也用作线路传输码型。11101001１１００１1０１００0１０１1１5.2常用基带信号传输码型

5、信号反转码（CMI码）

特点：不存在直流分量具有频繁出现的电平跳变，有利于接收端取位定时。具有内检错能力，正常情况下，无“10”码，也无“00”或“11”连续出现。5.2常用基带信号传输码型

6、块编码

为了提高线路编码性能，需要某种冗余来确保码型的同步和检错能力，引入块编码可以在某种程度达到上述目的。

nBmB码是一类块编码，其原理是把输入码流中每n比特码分为一组，然后变换为m比特分为一组，且m＞n，即变换后码组的比特数比变换前大。在nBmB类码型中，最常用的是5B6B码。5.2常用基带信号传输码型

前面介绍的双相码、CMI码、DMI码等属于1B2B码。1B2B码还可以有其他变换规则，但功率谱有所不同。用2个比特代表1个二元码，线路传输速率增高一倍，所需信道带宽也要增大，但却换来了便于提取定时,低频分量小,迅速同步等优点。可把1B2B码推广到一般的mBnB码，即m个二元码按一定规则变换为n个二元码，m＜n。

在光纤数字传输系统中，通常选择n＝m+1，有1B2B码、2B3B、3B4B码以及5B6B码等，其中，5B6B码型已实用化，用作三次群和四次群以上的线路传输码型。5.2常用基带信号传输码型

以3B4B码为例，输入的原始码流3B码，共有(23)8个码字，变换为4B码时，共有(24)16个码字，见表：5.2常用基带信号传输码型

为保证信息的完整传输，必须从4B码的16个码字中挑选8个码字来代替3B码。设计者应根据最佳线路码特性的原则来选择码表。例如：在3B码中有2个“0”，变为4B码时补1个“１”；在3B码中有2个“1”，变为4B码时补1个“0”。而000用0001和1110交替使用；111用0111和1000交替使用。同时，规定一些禁止使用的码字，称为禁字，例如0000和1111。3B4B码5.2常用基带信号传输码型

作为普遍规则，引入“码字数字和”(WDS)来描述码字的均匀性，并以WDS的最佳选择来保证线路码的传输特性。所谓“码字数字和”，是在nB码的码字中，用“-1”代表“0”码，用“+1”代表“１”码，整个码字的代数和即为WDS。如果整个码字“１”码的数目多于“0”码，则WDS为正；如果“0”码的数目多于“1”码，则WDS为负；如果“0”码和“1”码的数目相等，则WDS为0。3B4B码例如：对于0111，WDS=+2；对于0001，WDS=-2；对于0011，WDS=0。5.2常用基带信号传输码型

nB码的选择原则是：尽可能选择|WDS|最小的码字，禁止使用|WDS|最大的码字。以3B4B为例，应选择WDS=0和WDS=±2的码字，禁止使用WDS=±4的码字。5.2常用基带信号传输码型

表4.3一种3B4B码表

我国3次群和4次群光纤通信系统最常用的线路码型是5B6B码，编码规则如下：

5B码共有(25)32个码字，变换6B码时共有(26)64个码字，其中WDS=0有20个，WDS=+2有15个，WDS=-2有15个，共有50个|WDS|最小的码字可供选择。由于变换为6B码时只需32个码字，为减少连“１”和连“0”的数目，删去：000011、110000、001111和111100。当然禁用WDS=±4和±6的码字。根据这个规则编制的一种5B6B码表，正组和负组交替使用。正组选用20个WDS=0和12个WDS=+2，负组选用20个WDS=0和12个WDS=-2。