基帶信號傳輸系統(tǒng)概述課件

5.1引言數(shù)字基帶信號、基帶傳輸以及頻帶傳輸數(shù)字基帶通信系統(tǒng)的模型以及基本結(jié)構(gòu)研究數(shù)字基帶傳輸?shù)哪康?.1引言數(shù)字基帶信號、基帶傳輸以及頻帶傳輸1基帶信號以及數(shù)字基帶傳輸和頻帶傳輸什么是數(shù)字基帶信號？－信號含豐富的低頻分量，甚至直流分量；什么是數(shù)字基帶傳輸？－數(shù)字基帶信號在信道中的直接傳輸,如在某些具有低通特性的有線信道中，特別是傳輸距離不太遠的情況下；什么是數(shù)字頻帶傳輸？－數(shù)字基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制，把頻譜搬移到高載波處在帶通型信道中的傳輸；也稱為調(diào)制或載波傳輸；基帶信號以及數(shù)字基帶傳輸和頻帶傳輸什么是數(shù)字基帶信號？2數(shù)字基帶通信系統(tǒng)模型基帶信號形成器信道接收濾波器信宿噪聲源信源數(shù)字基帶通信系統(tǒng)模型基帶信號信道接收濾波器信宿噪聲源信源3基帶傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)信道信號形成器信道接收濾波器抽樣判決器干擾基帶脈沖輸入基帶脈沖輸出基帶傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)信道信號信道接收濾波器抽樣判決器干擾基4研究數(shù)字基帶傳輸?shù)哪康臑槭裁匆芯繑?shù)字基帶傳輸系統(tǒng)？1在利用對稱電纜（頻率范圍12K-252k）構(gòu)成的近程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)廣泛采用了這種傳輸方式；2數(shù)字基帶傳輸中包含頻帶傳輸?shù)脑S多基本問題，也就是說，基帶傳輸系統(tǒng)的許多問題也是頻帶傳輸系統(tǒng)必須考慮的問題；3任何一個采用線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)可等效為基帶傳輸系統(tǒng)來研究；研究數(shù)字基帶傳輸?shù)哪康?5.2數(shù)字基帶信號及頻譜特性基本的數(shù)字基帶信號-電波形數(shù)字基帶信號的頻譜結(jié)構(gòu)5.2數(shù)字基帶信號及頻譜特性基本的數(shù)字基帶信號-電波形65.2.1數(shù)字基帶信號的電波形類型有很多，矩形脈沖組成的基帶信號有以下幾種：單極性不歸零碼（NRZNonReteurntoZero）雙極性不歸零碼(BNRZBipolarNRZ)單極性歸零碼(RZReturntoZero)雙極性歸零碼(BRZ)差分碼多進制（電平）碼5.2.1數(shù)字基帶信號的電波形類型有很多，矩形脈沖組成的基7(1)單極性不歸零碼(NRZ)

其特點是二進制代碼1、0分別用正電位以及0電位表示(1)單極性不歸零碼(NRZ)8(2)雙極性不歸零碼(BNRZ)

其特點是二進制代碼1、0分別用幅度相等的正負電平表示，因此當(dāng)1、0符號等概出現(xiàn)時無直流分量(2)雙極性不歸零碼(BNRZ)其特點是二進制代碼1、9(3)單極性歸零碼(RZ)單極性歸零碼與單極性不歸零碼的區(qū)別是歸零碼碼元寬度小于碼元間隔，每個碼元脈沖在下一個碼元到來之前回到零電平碼元寬度碼元間隔設(shè)碼元間隔為Tb，歸零碼寬度為

，則稱

/Tb為占空比，

/Tb=0.5稱為半占空碼。(3)單極性歸零碼(RZ)單極性歸零碼與單極性不歸零碼10(4)雙極性歸零碼（BRZ）10100110它是雙極性碼的歸零形式；每個碼元內(nèi)的脈沖都回到零點平，即相鄰脈沖之間必定留有零電位的間隔。(4)雙極性歸零碼（BRZ）1011(5)差分碼不是用碼元本身的電平表示消息代碼，而是用相鄰碼元的電平的跳變和不變來表示消息代碼；由于差分碼是以相鄰脈沖電平的相對變化來表示代碼，因此稱它為相對碼，而相應(yīng)地稱前面的單極性或雙極性碼為絕對碼。1010011(5)差分碼不是用碼元本身的電平表示消息代碼，而是用相鄰碼12(6)多進制碼這種波形的一個脈沖可以代表多個二進制符號，在碼元速率一定時可以提高信息速率，故在高速數(shù)字傳輸系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用；

(6)多進制碼這種波形的一個脈沖可以代表多個二進制符13練習(xí)

設(shè)二進制符號序列為110010，試以矩形脈沖為例，分別畫出相應(yīng)的單極性碼波形，單極性歸零碼波形，雙極性碼波形，雙極性歸零碼波形以及二進制差分碼波形及四電平波形練習(xí)設(shè)二進制符號序列為110010，試以矩形脈沖為例，分14基帶信號的頻譜特性研究對象：數(shù)字基帶信號的功率譜結(jié)構(gòu)研究目的：針對信號譜的特點來選擇相匹配的信道，確定是否可從信號中提取定時信號基帶信號的頻譜特性研究對象：數(shù)字基帶信號的功率譜結(jié)構(gòu)15二進制隨機序列示意圖

隨機脈沖序列示意圖

g1(t)－“0”碼，出現(xiàn)概率為p

Tb－碼元間隔g2(t)－“1”碼，出現(xiàn)概率為1-pfb－碼元速率二進制隨機序列示意圖隨機脈沖序列示意圖g1(t)－“016二進制隨機序列功率譜密度g1(t)~G1(f) g2(t)~G2(f)

一般G1(f)G2(f)連續(xù)譜－決定信號帶寬離散譜－決定信號是否有直流及定時分量由于代表數(shù)字信息的g1(t)及g2(t)一般不同，故G1(f)

G2(f)，因而連續(xù)譜總是存在的；而離散譜是否存在，取決于g1(t)和g2(t)的波形及其出現(xiàn)的概率P二進制隨機序列功率譜密度g1(t)~G1(f) g17單極性波形對于單極性波形：若設(shè)g1(t)=0，g2(t)=g(t)，則隨機脈沖序列的雙邊功率譜密度為P=1/2時討論2種情況：（1）若表示“1”碼的波形g2(t)=g(t)為不歸零矩形脈沖；（2）若表示“1”碼的波形為g2(t)=g(t)為半占空歸零矩形脈沖；單極性波形對于單極性波形：若設(shè)g1(t)=0，g2(t)=g18單極性不歸零矩形m=0時，G(mfb)=TbSa(0)

0，因此離散譜中有直流分量；m為不等于零的整數(shù)時，G(mfb)=TbSa(0)=0，離散譜均為零，因而無定時信號；

單極性不歸零矩形m=0時，G(mfb)=TbSa(0)019單極性不歸零矩形的功率譜圖單極性不歸零矩形的功率譜圖20單極性半占空歸零矩形m=0時，G(mfb)=(Tb/2)Sa(0)

0，因此離散譜中有直流分量；m為奇數(shù)時，G(mfb)=(Tb/2)Sa(m/2)0，此時有離散譜，其中m=1時，G(mfb)=(Tb/2)Sa(/2)0，因而有定時信號；m為偶數(shù)時，G(mfb)=(Tb/2)Sa(m/2)=0，此時無離散譜。

單極性半占空歸零矩形m=0時，G(mfb)=(Tb/2)21單極性歸零矩形的功率譜圖Tb是碼元間隔τ是碼元寬度單極性歸零矩形的功率譜圖Tb是碼元間隔τ是碼元寬度22不歸零碼和半占空碼兩者比較隨機序列的帶寬取決于連續(xù)譜，實際由單個碼元的頻譜函數(shù)G(f)決定，一般取該頻譜的第一個零點處單極不歸零矩形信號的帶寬為B=fb=1/Tb單極性半占空歸零信號的帶寬為B=2fb

=1/τ不歸零碼和半占空碼兩者比較隨機序列的帶寬取決于連續(xù)譜，實23雙極性波形對于雙極性波形：若設(shè)g1(t)=-g2(t)=g(t)，則隨機脈沖序列的雙邊功率譜密度為P=1/2時若則1、0等概時，雙極性波形無離散分量；帶寬為B=fb雙極性波形對于雙極性波形：若設(shè)g1(t)=-g2(t)=24結(jié)論隨機序列的帶寬主要依賴單個碼元波形的頻譜函數(shù)G1(f)或G2(f)，兩者之中應(yīng)取較大帶寬的一個作為序列帶寬；時間波形的占空比越小，頻帶越寬。通常以譜的第一個零點作為矩形脈沖的近似帶寬，它等于脈沖寬度

的倒數(shù)，即Bs=1/

。由圖可知，不歸零脈沖的

=Tb，則BS=fb；半占空歸零脈沖的

=Tb/2，則BS=1/

=2fb。其中fb=1/Tb，是位定時信號的頻率，在數(shù)值上與碼速率RB相等。單極性基帶信號是否存在離散線譜取決于矩形脈沖的占空比，單極性歸零信號中有定時分量，可直接提取。單極性不歸零信號中無定時分量，若想獲取定時分量，要進行波形變換。0、1等概的雙極性信號沒有離散譜，也就是說無直流分量和定時分量。結(jié)論隨機序列的帶寬主要依賴單個碼元波形的頻譜函數(shù)G1(f)255.3基帶傳輸常用碼型實際基帶傳輸系統(tǒng)中，并不是所有的基帶電波形都能在信道中傳輸5.3基帶傳輸常用碼型實際基帶傳輸系統(tǒng)中，并不是所有26對傳輸碼型的要求

相應(yīng)的基帶信號無直流分量，且低頻分量少；便于從信號中提取定時信息；信號中高頻分量盡量少，以節(jié)省傳輸頻帶并減少碼間串?dāng)_；不受信息源統(tǒng)計特性的影響，即能適應(yīng)于信息源的變化；具有內(nèi)在的檢錯能力；編譯碼設(shè)備要盡可能簡單；對傳輸碼型的要求相應(yīng)的基帶信號無直流分量，且低頻分量少；27幾種常見的基帶信號碼型極性交替反轉(zhuǎn)碼（AMI）三階高密度雙極性碼（HDB3）PST碼雙相碼（曼徹斯特碼）密勒碼傳號反轉(zhuǎn)碼（CMI）

nBmB碼4B/3T碼幾種常見的基帶信號碼型極性交替反轉(zhuǎn)碼（AMI）28極性交替轉(zhuǎn)換碼(AMI碼)編碼規(guī)則：將二進制消息代碼“1”（傳號）交替地變換為傳輸碼的“十1”和“一1”，而“0”（空號）保持不變；消息代碼：100110000000110011…AMI碼：+100-1+10000000-1+100-1+1…極性交替轉(zhuǎn)換碼(AMI碼)編碼規(guī)則：將二進制消息代碼29極性交替轉(zhuǎn)換碼(AMI碼)AMI碼對應(yīng)的基帶信號是正負極性交替的脈沖序列，而0電位保持不變。AMI碼的優(yōu)點：（1）由于+1與-1交替，AMI碼中不含直流成分，只有很小的低頻分量（2）AMI碼的編譯碼電路簡單，便于利用傳號極性交替規(guī)律觀察誤碼情況。AMI碼的缺點：當(dāng)原信碼出現(xiàn)連“0”串時，信號的電平長時間不跳變，造成提取定時信號的困難。解決方法：HDB3碼。

極性交替轉(zhuǎn)換碼(AMI碼)AMI碼對應(yīng)的基帶信號是正負極30三階高密度(HDB3)碼3階高密度雙極性碼－使連“0”個數(shù)不超過3個其編碼規(guī)則如下：（1）當(dāng)信碼的連“0”個數(shù)不超過3時，仍按AMI碼的規(guī)則編，即傳號極性交替；（2）當(dāng)連“0”個數(shù)超過3時，則將第4個“0”改為非“0”脈沖，記為V或-V，稱之為破壞脈沖。為了便于識別，V碼的極性應(yīng)與其前一個非“0”脈沖的極性相同（3）相鄰V碼的極性必須交替出現(xiàn)，以確保編好的碼中無直流；否則，將四連“0”的第一個“0”更改為與該破壞脈沖相同極性的脈沖，并記為+B或-B；（4）原來的信碼與B合起來要保持極性的交替；三階高密度(HDB3)碼3階高密度雙極性碼－使連“0”個數(shù)不31代碼：100001000011000011步驟1，編成AMI碼-10000+10000-1+10000-1+1步驟2：當(dāng)連“0”個數(shù)超過3時，則將第4個“0”改為非“0”脈沖，記為V或-V，為了便于識別，V碼的極性應(yīng)與其前一個非“0”脈沖的極性相同-1000–V+1000+V-1+1000+V-1+1步驟3：相鄰V碼的極性必須交替出現(xiàn),若是交替出現(xiàn),編碼結(jié)束.-1000–V+1000+V-1+1000-V-1+1否則，將四連“0”的第一個“0”更改為與該破壞脈沖相同極性的脈沖，并記為+B或-B，并且讓后面的非0符號從V符號開始再交替變化；-1000–V+1000+V-1+1-B00–V

+1-1HDB3碼：-1000–V+1000+V-1+1-B00–V+1-1碼字：-1000–1+1000+1-1+1-100–1+1-1代碼：1000010032PST碼全稱是成對選擇三進碼。其編碼過程：先將二進制的代碼劃分乘2個碼元為一組的碼組序列，然后再將每一碼組編碼成兩個三進制數(shù)字（+，-,0）,其組合有9種,選擇其中4種PST碼全稱是成對選擇三進碼。33代碼：01001110101100+模式0+-++--0+0+--+-模式0--++-+0-0+--+為了防止PST碼的直流漂移，當(dāng)在一個碼組中僅發(fā)送單個脈沖（如10或者01）時，兩個模式應(yīng)該交替變換代碼：0100111010110034數(shù)字雙相碼-1又稱Manchester碼編碼規(guī)則之一是：“0”碼用“01”兩位碼表示，“1”碼用“10”兩位碼表示代碼：1100101雙相碼：10100101100110

數(shù)字雙相碼-1又稱Manchester碼35數(shù)字雙相碼-1雙相碼只有極性相反的兩個電平，因為雙相碼在每個碼元周期的中心點都存在電平跳變，所以富含位定時信息；這種碼的正、負電平各半，所以無