3数据通信基础-第三章3.1-3.2解析

第三章基带传输与频带传输

上一章：消息⇒模拟信号的数字化本章内容：信号如何传输基带信号如何编码传送基带信号⇒频带信号传送（频带变换）8/17/20241经电缆传输后的脉冲波形示意图8/17/20242码间干扰示意图8/17/20243第三章基带传输与频带传输

3.1数字基带信号及传输码型3.2基带传输系统与测量工具3.3频带传输与数字振幅调制3.4频率调制与相位调制8/17/202443.1

数字基带信号及传输码型3.1.1数字基带信号的码型设计要求3.1.2常用数字基带信号传输码型基带传输系统8/17/202453.1.1数字基带信号的码型设计要求尽量减少信号的高频分量（带宽、串音干扰）尽量减少信号的低频分量、消除直流分量（双线平衡传输时的耦合需要、降低能耗的需要）码型中应包含定时信息——同步信息提取\码型对信源无限制；1和0的出现概率各占1/2，避免出现长连1或0（避免直流分量、同步信息提取）码型具有一定检错纠错能力（抗噪声与码间串扰）码型变换设备简单可靠8/17/20246单极性不（非）归零码（NRZ码，NotReturnZero）脉冲宽度等于码元间隔，有脉冲表示“1”，无脉冲表示“0”。有直流分量。占空比τ/T=1；不能直接提取同步信号。定义占空比为脉冲宽度τ和码元宽度T之比0频、低频分量大且难以提取同步信息，只能短距离传输。3.1.2常用数字基带信号传输码型8/17/20247双极性非归零码脉冲宽度等于码元间隔，正脉冲表示“1”，负脉冲表示“0”，通常数字信息“0”、“1”近似等概出现，因此，这种信号的直流分量近似为零。占空比τ/T=1；判决电平稳定为0，抗干扰，不能直接提取同步信号3.1.2常用数字基带信号传输码型8/17/20248单极性归零码（RZ码，ReturnZero）占空比τ/T<1可提取同步信号占带宽高3.1.2常用数字基带信号传输码型双极性归零码

占空比τ/T<1每个脉冲都有零电平可提取同步信号8/17/20249差分码---用相邻码元的极性变化表示0、1，消除设备初始状态的影响，解决相位模糊电平跳变与否表示1、0缺点：传送连续0则缺少同步信号3.1.2常用数字基带信号传输码型8/17/202410数字基带信号波形8/17/202411曼彻斯特码Manchester（1）曼彻斯特码Manchester“1”---高电平到低电平的脉冲“0”---低到高的脉冲优点：无直流分量、定时信息丰富、编译码电路简单（2）差分曼彻斯特码“1”---比特开始时刻无跳变“0”---比特开始时刻有跳变比特中点位置电平跳变→提取定时同步信息信号占用带宽比原码大1倍适于近距低速传输---10Mb/s，同轴电缆局域网8/17/202412曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码8/17/202413传号交替反转码（AMI）三种电平（1）传号交替反转码（AMI）

AMI码，“0”码与零电平对应，而“1”码对应发送极性交替的正、负电平。直流分量为零。

1传号0空号发送端发现极性不交替出现，出现误码。检错缺点：传送连续0则缺少同步信号8/17/202414（AMI的改进）连“0”数≤3，仍按AMI规则编码，传号极性交替连“0”数>3，第4个“0”改为非“0”，V或-V破坏脉冲V极性与前非“0”脉冲极性相同相邻V码的极性须交替，以保无直流V极性与前非“0”脉冲极性相同，否则，将四连“0”的第一个“0”更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，并记为+B或-B(调节脉冲)原来的信码与B合起来要保持极性的交替三阶高密度双极性码(HDB3码)8/17/202415三阶高密度双极性码(HDB3码)编码举例：代码：100001000011000011AMI码：

-10000+10000-1+10000-1+1步骤1：-1000–V+1000+V-1+10

00+V-1+1步骤2：-1000–V+1000+V-1+10

00-V-1+1HDB3：-1000–V+1000+V-1+1-B00–V+1-1码字：-1000–1+1000+1-1+1-100–1+1-18/17/202416译码规则：相邻两同极码→V码，后码为破坏脉冲VV前数第三个码如不是零→

B码把V码和B码还原为0HDB3码字：-1000–1+1000+1-1+1-100–1+1-1译码1：-1000–V+1000+V-1+1-B00–V+1-1译码2：-10000+10000-1+10000+1-1代码：100001000011000011

优点：无直流、含定时信息、检错能力

三阶高密度双极性码(HDB3码)8/17/202417mBnB码Manchester码与CMI码——1B2B码冗余检错m个比特一组→n比特码元（二元码）输出m<

n——从2n状态中选择2m种状态来代替选优5B6B码：光纤中继线64种组合中选32种“优”——0、1个数平衡检错8/17/2024185B6B码六位码中含有三个“1”、三个“0”的平衡码组共有20个。含有四个“1”、两个“0”或四个“0”、两个“1”的不平衡码组各有15个。0和1的差别数量不大，各选12个。一般将这24个码组分成正、负两种模式，正模式中1的个数多，负模式中0的个数多。当码流中出现上述某种模式后，则后一码组应选用另一种模式。另外20个码组由于0和1的个数悬殊太大，不利于稳定码流中的直流分量，因此不选用。8/17/2024195B6B码型(一种方案)输入二元码组输出二元码组正模式数字和负模式数字和000000000100010000110001110111001100011010010000与正模工相同与正模工相同与正模工相同与正模工相同000000100001010011000111011010010011101100111001000＋2与正模工相同与正模工相同与正模工相同000110000－28/17/2024200100001001010100101110011001010101011110011100＋2＋2与正模工相同与正模工相同10100001100000－2－201100011010111001111101011011110101110001011＋2＋2＋20010100100001010001与正模工相同－2－2－20100001000110010100110010110111010110110010100＋2＋2＋2与正模工相同1000101001000010100－2－2－28/17/20242110100101011011010111110110111010101010011001＋2＋200001001000101与正模工相同与正模工相同－2－200110001100111010110111011010011011100100101102000010010与正模工相同与正模工相同与正模工相同－2000111001110111110111111001011000110011101110000000与正模工相同与正模工相同与正模工相同与正模工相同00008/17/2024223.2基带传输系统与测量工具3.2.1基带传输系统基带传输系统的组成理想低通网络波形形成幅度滚降特性的低通网络波形形成部分响应形成系统数据传输系统中的均衡技术3.2.2实用的基带系统工程测量工具——眼图8/17/202423一、基带数据信号g1(t)➡“0”，g2(t)➡“1”，码元间隔为T 单极性不归零g1(t)=0g2(t)是幅度A、宽T的矩形脉冲8/17/202424

二、基带传输系统的组成发送滤波器➡限制信号频带并起波形形成作用接收滤波器➡滤除带外噪声和干扰、波形形成均衡器➡用来均衡信道畸变取样判决电路➡排除噪声干扰、提取有用信号、恢复发端数码

{ak}是发送数据序列，冲激脉冲代表，送入发送滤波器的波形8/17/202425三、理想低通网络波形形成

（0）无失真传输输入信号s(t)→r(t)相应地：S(ω

)→R(ω

)

该信道的单位冲击响应：δ(t)→h(t)H(ω)无失真传输：r(t)=K·s(t-td)td为固定时延上式两边变换：R(ω

)=K·S(ω

)·e-jωtd由卷积定理：R(ω

)=S(ω

)·H(ω)所以：H(ω

)=K·e-jωtd或写为：|H(ω)|=K，θ(ω)=-ωtd幅频特性为常数；相频特性与频率成正比。8/17/202426三、理想低通网络波形形成

（1）理想低通传输特性的冲激响应假定从1点到2点的系统传输特性是理想低通传输特性，其传输函数（fN为截止频率，td为固定时延）

据信号与传输理论：网络对单位冲激脉冲

(t)的响应，就是网络传递函数的付立叶反变换(此时R(ω

)=S(ω

)·H(ω)=H(ω))

其响应h(t)的波形如图≤8/17/202427三、理想低通网络波形形成

理想低通的冲激响应8/17/202428三、理想低通网络波形形成

理想低通冲激响应特点：

①在t=td处有最大值（2fN），通常可令td=0；②在最大值两边作均匀间隔的衰减波动，以t=td为中心，每隔1/2fN秒有一个过零点。数据序列冲激脉冲输入，按叠加定理，每个冲激脉冲

(t)在滤波器输出都产生一个如上的响应波形。滤波器的输出响应为8/17/202429三、理想低通网络波形形成

取样时刻t=td+mT，am码元的取样判决值达到最大值，即

am2fN是取样值，第二项为前后码元干扰，码间干扰或符号间干扰。如在发端按T=1/2fN间隔传送数据序列，上式第二项为零sin2

fN

(m−k)T=sin

(m−k)=0，取样值y(t)|t=td+mT=

am2fN

8/17/2024308/17/202431三、理想低通网络波形形成

（2）奈氏准则如系统等效网络具有理想低通特性，且截止频率为fN

时，则该系统中允许的最高码元（符号）速率为2fN

，这时系统输出波形在峰值点上不产生前后符号间干扰。fN称为奈奎斯特频带，2fN

波特称为奈奎斯特速率，称为奈奎斯特间隔。以2fN

波特的速率传输，抽样时刻上的码间干扰是不存在的以高于2fN波特的码元速率传送，将存在码间干扰。2fN

波特是极限速率，所以系统的最高频带利用率为2Bd/Hz。8/17/202432四、幅度滚降特性的低通网络波形形成

理想的低通滤波特性无法实现。

即使获得了相当逼近理想的特性，波形h(t)的“尾巴”——衰减振荡幅度较大，对接收端时钟信号准确度要求极高。寻求一个传输系统，它既可物理实现，又能满足奈氏准则的基本要求：速率为2fN的数据信号通过系统后能在所有按间隔的取样点处不产生码间干扰。滚降特性：对不可实现的理想低通特性的幅频特性加以修改，使它在fN

处不是垂直截止特性，而是有一定的缓变过渡特性（或圆滑），这种缓变过渡特性称为滚降特性。8/17/202433

满足奈氏准则、形成滚降特性：过理想低通特性的点处作奇对称四、幅度滚降特性的低通网络波形形成8/17/202434

滚降系数：由于奇对称的滚降条件，截止频率fN具体展宽的数值与所实现的滚降特性有关。引入滚降系数

的概念。

式中，

为滚降系数，f

为截止频率所增加的频带。f

的取值应在0～fN

内，则

的取值应是在0～1的范围内。

滚降低通网络的频带为

B=(1+a)fN

四、幅度滚降特性的低通网络波形形成8/17/202435

升余弦幅频滚降特性多种幅频特性可以满足滚降的条件，采用较多的是升余弦形状的幅频特性

值越大，其冲激响应的尾巴衰减越快，因此允许取样定时相位有较大的偏移。然而，

值越大，频带利用率就越小，因为这时频带利用率为

（Bd/Hz）

四、幅度滚降特性的低通网络波形形成8/17/202436

升余弦幅频滚降特性（

=1

）8/17/202437

升余弦滚降低通的响应

图中

为滚降系数。

=0表示没有滚降，即理想低通情况；

=1表示最大滚降，其冲激响应的尾巴衰减很快。8/17/202438五、数据传输系统中的均衡技术

在基带系统中插入可调滤波器以减小码间干扰影响，这种起补偿作用的滤波器称为均衡滤波器。频域均衡利用可调滤波器的频率特性（包括幅度特性和相位特性）来补偿基带传输系统频率特性的不理想，使基带系统总特性满足实际要求，消除码间干扰。

时域均衡消除接收的时域信号波形的取样点处的码间干扰，用波形补偿的方法对失真的波形进行校正。波形补偿法---失真波形直接校正：