數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)方案

通

信

原

理第

6

章

數(shù)

字

基

帶

傳

輸

系

統(tǒng)1第

6

章

數(shù)

字

基

帶

傳

輸

系

統(tǒng)內(nèi)蒙古大學(xué)電子信息工程學(xué)院6.1數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性6.2基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型6.3數(shù)字基帶信號(hào)傳輸與碼間串?dāng)_6.4無(wú)碼間串?dāng)_的基帶傳輸特性6.5基帶傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能6

.

6

眼

圍6.7部分響應(yīng)和時(shí)域均衡《通信原理》2前

言?xún)?nèi)蒙古大學(xué)電子信息工程學(xué)院

《通信原理》本

章

主

要

內(nèi)

容◆了解數(shù)字基帶信號(hào)的特性，包括波形、碼型和頻譜特性，

重

點(diǎn)研究如何設(shè)計(jì)基帶傳輸?shù)目偺匦?，以消除碼間干擾；◆研究如何有效地減小信道加性噪聲的影響，以提高系統(tǒng)抗噪

聲

性

能

?！艚榻B一種利用實(shí)驗(yàn)手段，方便地估計(jì)系統(tǒng)性能的方法：眼圖◆提出改善數(shù)字基帶傳輸性能的兩個(gè)措施：1.

時(shí)

域

均

衡2.

部分響應(yīng)3前

言數(shù)

字

基

帶

信

號(hào)

與

數(shù)

字

基

帶

傳

輸

系

統(tǒng)◆數(shù)字基帶信號(hào)：未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)，所占據(jù)的頻譜是從零頻或很低的頻率開(kāi)始的。◆數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)：

在某些具有低通特性的有線信道中，特

別是在傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，基帶信號(hào)可以不經(jīng)過(guò)載波調(diào)

制而直接進(jìn)行傳輸?！魯?shù)字帶通(頻帶)傳輸系統(tǒng)：

包括調(diào)制和解調(diào)過(guò)程的傳輸系統(tǒng)。在無(wú)線或光纖信道等具有帶通特性的信道中，數(shù)字基帶信號(hào)必

須經(jīng)過(guò)載波調(diào)制才能傳輸。4①在利用對(duì)稱(chēng)電纜構(gòu)成的近程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中廣泛

采用了數(shù)字基帶傳輸?shù)姆绞健?

隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，基帶傳輸方式也有迅

速發(fā)展的趨勢(shì)，它不僅用于低速數(shù)據(jù)傳輸，而且

還用于高速數(shù)據(jù)傳輸；3

基帶傳輸系統(tǒng)的許多問(wèn)題也是帶通傳輸系統(tǒng)必須

考

慮

的

問(wèn)

題

；④

任何一個(gè)采用線性調(diào)制的帶通傳輸系統(tǒng)，

可以等

效

為

一

個(gè)

基

帶

傳

輸

系

統(tǒng)

來(lái)

研

究

；內(nèi)蒙古大學(xué)電子信息工程學(xué)院研

究

數(shù)

字

基

帶

傳

輸

系

統(tǒng)

的

意

義前

言《通信原理》56.1

數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性?xún)?nèi)蒙古大學(xué)電子信息工程學(xué)院

《通信原理》6.1.1

數(shù)

字

基

帶

信

號(hào)消息代碼的電波形。對(duì)于二進(jìn)制，指符號(hào)“0”和“1”的具體波形表示1.

單

極

性

波

形最

簡(jiǎn)

單

，

最

常

用

的

基

帶

信

號(hào)

形

式

，

用

正

電

平

和

零

電

平

分

別表示二進(jìn)制代碼“1”和“0”。>優(yōu)點(diǎn)：

脈沖之間無(wú)間隔，極性單一，易于用TTL

或

CMOS

電路產(chǎn)生；一缺點(diǎn)

：有直流分量，要求傳輸線路具有直流傳輸能力，因而

不適應(yīng)有交流耦合的遠(yuǎn)距離傳輸。十E

圖6-1(a)單極性波形101

11

0

72.又極性波形用正、負(fù)電平的脈沖分別表示二進(jìn)制代碼“1”和“0”。>

特

點(diǎn)

：當(dāng)“1”和“0”等概出現(xiàn)時(shí)無(wú)直流分量，有利于在信

道中傳輸，并且在接收端恢復(fù)信號(hào)時(shí)的判決電平為零，因而不

受信道特性變化的影響，抗干擾能力也較強(qiáng)。+

]

圖6-1(6)叔極性波形0E一E

3.

單

極

性

歸

零

波

形>歸零(RZ)波形：有電脈沖寬度T

小于碼元寬度T,即信號(hào)電壓在一個(gè)碼元終止時(shí)刻前總要回到零電平。>歸零波形通常使用半占空碼，即占空比(x/T、)

為50%,從單

極

性

歸

零

波

形

可

以

直

接

提

取

定

時(shí)

信

息，它

是

其他碼

型

提

取位同

步

信

息

時(shí)常

采

用的一

種

過(guò)

渡

波

形

。>

與

歸

零

波

形

相

對(duì)

應(yīng)，

上

面

的

單

極

性

波

形

和

雙

極

性

波

形

屬

于非歸零(NRZ)波形，其

占空比等于

1

0

0%。

0

1

1

0

0

十E

圖

6

-

1(c)單

極性歸零

波形4.

雙

極

性

歸

零

波

形它是雙極性波形的歸零形式。每個(gè)碼元內(nèi)，脈沖都回到零

電平，即相鄰脈沖之間必定留有零電位的間隔。它

除

了

具

有

雙

極

性

和

歸

零

波

形

的

特

點(diǎn)

外

，

還

有

利

于

同

步

脈

沖的提取，接收端很容易識(shí)別出每個(gè)碼元的起止時(shí)刻，便于收

發(fā)保持正確的位同步。圖6-1(d)雙極性歸零波形105.

差

分

波

形差

分

波

形

是

用

相

鄰

碼

元

的

電

平

的

跳

變

和

不

變

來(lái)

表

示

消

息代碼。以電平

跳

變

表

示1,電平

不

變

表

示0,

也

可反

過(guò)

來(lái)。>由

于

差

分

波

形

是以

相

鄰

脈

沖電

平

的

相

對(duì)

變

化

來(lái)

表

示

代

碼

，因

此

稱(chēng)它

為

相

對(duì)

碼

波

形，

而

相

應(yīng)

地

稱(chēng)

前

面

的

單

極

性

或

雙

極

性

波

形

為

絕

對(duì)

碼

波

形

。>用差分波形傳送代碼可以消除設(shè)備初始狀態(tài)的影響。特別是在相位調(diào)制系統(tǒng)中可用

于解決相位模糊問(wèn)題。

1

0

1

1

0

0

1圖6

-1(e)差

分

波形+E0-E116.

多

電

平

波

形上

述

信

號(hào)

都

是

一

個(gè)

二

進(jìn)

制

符

號(hào)

對(duì)

應(yīng)

一

個(gè)

脈

沖

。實(shí)

際

還

存

在

多

于

一

個(gè)

二

進(jìn)

制

符

號(hào)

對(duì)

應(yīng)

一

個(gè)

脈

沖

的

情

形

。

這種波形

統(tǒng)稱(chēng)為多電

平

波形或多值波形。若

令

兩

個(gè)二

進(jìn)

制

符

號(hào)0

0

對(duì)

應(yīng)

-E,01對(duì)應(yīng)-3E,10

對(duì)應(yīng)

+E,11對(duì)應(yīng)

+

3E

,則

所得波形

為

4電

平

波

形

。廣泛應(yīng)用于頻帶受限的高數(shù)據(jù)速率傳輸系統(tǒng)中

，

可以提高圖6-

1(6)多電平波形率

藍(lán)|01|10|11|須

帶

利

用

0001111210-3·g(t)——任

意脈沖波形，Ts——

碼元間隔，

a,-—符

號(hào)電

平(

0

,1

或

+1

,

-1)·sn(t)可

以有N種不同的脈沖波形

。>表示信

息

碼

元

的

單

個(gè)

脈

沖

的

波

形

并

非

一

定

是

矩

形

的

，

可

以

是■

數(shù)

字

基帶

信

號(hào)的

表

示

式

：>

若

表

示

各

碼

元

的

波

形

相

同

而

電

平

取

值

不

同

，

則

數(shù)

字

基

帶

信

號(hào)任

意

形

狀

的

?？?/p>

表

示為

：2

2g?(t)13T,

2·g(t)——任

意脈沖波形，Ts——

碼元間隔，

a,-—符

號(hào)電

平(

0

,1

或

+1

,

-1)·sn(t)可

以有N種不同的脈沖波形

。>表示信

息

碼

元

的

單

個(gè)

脈

沖

的

波

形

并

非

一

定

是

矩

形

的

，

可

以

是■

數(shù)

字

基帶

信

號(hào)的

表

示

式

：>

若

表

示

各

碼

元

的

波

形

相

同

而

電

平

取

值

不

同

，

則

數(shù)

字

基

帶

信

號(hào)圖6

-

2隨機(jī)脈沖序列示意波形

14可

表

示為

：6.1數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性?xún)?nèi)蒙古大學(xué)電子信息工程學(xué)院

《通信原理》6.1.

2

基

帶

信

號(hào)

的

頻

譜

特

性

——

隨機(jī)序列的功率譜■研究隨機(jī)序列頻譜的目的：>

了解信號(hào)頻譜特性：頻帶寬度，頻譜分量，有無(wú)直流分量等。>合理選擇匹配信道或根據(jù)信道特性選擇合適的碼型；>確定是否包含位定時(shí)(位同步)信息。■研究隨機(jī)序列頻譜的方法：>數(shù)字基帶信號(hào)是隨機(jī)的脈沖序列，沒(méi)有確定的頻譜函數(shù)，所以只能用功率譜來(lái)描述它的頻譜特性。>由隨機(jī)過(guò)程的相關(guān)函數(shù)去求功率(或能量)譜密度比較復(fù)雜。>

一種比較簡(jiǎn)單的方法是以隨機(jī)過(guò)程功率譜的原始定義為出發(fā)

點(diǎn)，求出數(shù)字隨機(jī)序列的功率譜公式。

15圖6-2隨機(jī)脈沖序列示意波形假設(shè)g?(I)表示“0”碼

，g?(t)表示“1”碼。且g?(I)和

g?()出現(xiàn)

的概率分別為P

和

1

-P,

且統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，則：g?(t-T)Sf)g,(t)

g?(t-2T)雪工

2■

為

了

使

頻

譜

分

析

的

物

理

概

念

清

楚

，

推

導(dǎo)

過(guò)

程

簡(jiǎn)

化

，

把

s(t)分

解

成

穩(wěn)

態(tài)

波

v(t)

和

交

變

波

u(t)。↑s(t)u(t)tv(t)

為

周

期

信

號(hào)

，

具

有

離

散

譜

。u(t)

為

隨

機(jī)

信

號(hào)

，

具

有

連

續(xù)

譜

。s(t)=v(t)+u(t)(t)17顯然，v(t)

在每個(gè)碼元內(nèi)的統(tǒng)計(jì)平均波形相同，故v(t)是一個(gè)以T,

為周期的周期函數(shù)，具有離散譜?！黺(t)va)=

LP·g,(-nT)+(1-P)·g?C-nT,)1=Z,t)n=—00

n=—00穩(wěn)

態(tài)

波——隨機(jī)序列s(t)的統(tǒng)計(jì)平均分量，取決于每個(gè)碼

元內(nèi)出現(xiàn)g?(t)

和g?(t)的概率加權(quán)平均：v,(t)=Pg?(t-nTs)+(1-P)g?(t-nTs)穩(wěn)態(tài)波波形示意18交

變

波

—

—s(t)與

v(t)之

差u(t)=s(t)-v(t)其

中

第

n

個(gè)

碼

元

為

：

u(t)=s,(t)-v,,(t)以概率為g?(L-n7?)-pg?(t-nT?)-(I-p)g?(t-nT?)=-p[g,(t-nTs)-g?(t-nTs)]

以

概

率

(

1

-

P)T.)-pg.(t-nT.)-(1-n)g,(t-nT.)以概率=(1-p)g,(-m75)-B?(t-n7s)7u(c)=≥u,t)v(t)=Pg?(t-nTs)+(1-P)g?(t-nTs)u,(t)=a,[g?(t-nT)-g?(t-nT,)]

n=-00

交變波——s(t)與v(t)之差

u(t)=s(t)-v(t)其

中

第

n

個(gè)

碼

元

為

：

u,(t)=s,(t)-v,(t)

0uo)=2,()u(t)=a,[g?(t-nT)-g?(t-nT,)]顯然，

u(t)是隨機(jī)脈沖序列，具有周期譜。交變波波形示意20Ts

12)(1-P)g?(t)=f.[PG?(mf)+(1-P由于v(t)是以T,為周期的周期信號(hào)，可以展成傅里葉級(jí)數(shù)：1.穩(wěn)態(tài)波v(t)的功率譜密度

P(f)P

[Pg,(t)+(1-P)g,(t)]e-i2xmf

sd-2.只存在(-Ts

/2,Ts

/2)

范圍內(nèi)，所以積分限可以

改

為

-

0

到

o2(s式中h穩(wěn)態(tài)波的功率譜P,(f)是沖擊強(qiáng)度取決于|C,2的離散線譜；根

據(jù)

離

散

譜

可

以

確

定

隨

機(jī)

序

列

是

否

包

含

直

流

分

量(m=0)和

定

時(shí)

分

量(m=1)

。

22R(f)=Z

f|?[PG?(mfs)+(1-P)G?(mfs)l2-δ(f-mfs)m=-○再根據(jù)

周期

信

號(hào)

功

率

譜密度與傅氏系數(shù)C,,的關(guān)系，

有：2.

交變波u(t)的功率譜密度P,(f)由于隨機(jī)脈沖序列為功率型，因此u(t)的功率譜密度P,(f)可采

用截短函數(shù)和統(tǒng)計(jì)平均的方法來(lái)確定：r.G)=1im

=[

U?(f)

→u?(t)U?(f)

為u(t)的截短函數(shù)u?(t)的頻譜函數(shù)取截取時(shí)間T

為(2N+1)

個(gè)碼元長(zhǎng)度，即

T=(2N+1

)T,

N

為一個(gè)足夠大的整數(shù)，且當(dāng)T→0

時(shí)

，意味著N→0。r,(f)=!in

23由式24|U?(f)2=U?(f)·U;(f)一之

，mmG

)-GJ)HG)-G,)T其統(tǒng)計(jì)平均為：r[u?(o)]-之Eaa,)v,(F)=≥α,[G(J)-G?()])-G?(r)2E(aa)=?25可見(jiàn)U,(f)

的統(tǒng)計(jì)平均值

僅

在m=n時(shí)存在，即r[u?(r)]=≥F[a]|G,C)-G?(p)=(2N+1)·P(1-P)·|G?(f)-G?(f)2當(dāng)

m=n

時(shí)

a?A?=a;=·

以概

概(1

P)

E[a:]=P(1-P)2+(1-P)P2=P(1-P)(1-P)2,E[a,a,]=P2(1-P)2+(1-P)2P2+2P(1-P)(P-1)P=0率

p2率

1

-P)2率

2PQ-P)(1-P)2,P2-PQ-P),以

概以

概以

概E(ama)=?m≠n時(shí)當(dāng)26aar[u?(D)]-≥F[i]GJ)-G?(D)2=(2N+1)·P1-P)·|G,(f)-G?(f)2根據(jù)式

-

[],

可求

文的動(dòng)*增：P.(F)=1im(

2N+DPd-)|GN

(1f)-G?(f)(ZIV+1)·I=fs·P(1-P)·|G?(f)-G?(f)2交變波u

(t)的

功

率

譜

是

連

續(xù)

譜

，

它

與g?(t)

和

g?(t)

的

頻

譜

以

及出現(xiàn)概率P

有關(guān)。27Ps(f)=P,(f)+

P,(f)=f·P(1-P)·|G?(f)-G?(f)2+2

f|.[PG,(mf)+(1-P)G?(mf.)]{28(f-mf.)如果寫(xiě)成單邊的，

f≥0

,

則有：P(f)=2f··P(1-P)·|G?(f)-G?(f)|2

+f2·|PG?(0)+(1-P)G?(O)2·δ(f)3.s(t)=u(t)+v(t)的功率譜密度Ps(f)■

總

結(jié)

：>

隨機(jī)序列的功率譜一般有兩部分組成：連續(xù)譜P。(f)

和離散譜P,

(f)。>

連續(xù)譜總是存在的。由于代表數(shù)字信息的g?(I)

及g?(t)

不能離散譜是否存在取決g?(t)和g?(t)的波形及其出現(xiàn)的概率。>離散譜P、(f)對(duì)接收端提取定時(shí)分量有十分重要的意義。Ps(f)=P,(f)+

P,(f)=f·P(1-P)·|G,(f)-G?(f)|2+之|f.[PG,(mf.)+(1-P)G?(mf.)]2δ(f-mf.)3.s(t)=u(t)+v(t)的功率譜密度Ps(f)完全相同，故G?

(f)≠G?

(f)?！纠?-1】求單極性NRZ

和RZ

矩形脈沖序列的功率譜。對(duì)于單極性波形，若設(shè)

g?(t)=0,g?(t)=g(t)

,

則隨機(jī)脈沖序

列的雙邊功率譜密度為：P?(f)=f·P(1-P)·G?(f)-G?(f)2等概(P=1/2)

時(shí)，上式簡(jiǎn)化為：當(dāng)

f=mfs,G(mfs)的

取

值

情

況

：t·m=0

時(shí)，G(mfs)=Ts·Sa(O)=Ts≠0離

散

譜

中

有

直

流

分

量·m為

不

等

于

零

的

整

數(shù)時(shí)，G(mfs)=Ts·Sa(m·π)=0離散譜均為零

，

故無(wú)定時(shí)信號(hào)

。須

譜

函

數(shù)

：G(f)=T?·Sa(πfT?)=T;

·(1)若表示“1”的波形g?(t)=g(t)

為NRZ

不

歸

零

矩

形

脈

沖[

]31單

極

性NRZ序

列

的

功

率

譜

密

度B?=1/t=fs單

極

性

(

不

歸

零

)

信

號(hào)單極性NRZ序列的離

散

譜

只

有

直

流分

量

，

其

帶

寬

取決于連續(xù)譜，

第零

點(diǎn)

在f=f??！黀(f)這

時(shí)f?3f.O當(dāng)f=mfs,G(mfs)

的取值情況：

離散譜中有直流分量；·m

為奇數(shù)時(shí)，,

,

此時(shí)有離散譜；

…其中m

=1時(shí)，

因

此

不

定

時(shí)

信

號(hào)

·m

為偶數(shù)時(shí)，

,

因此無(wú)高散增。

33(2)若表示“1”碼的波形g?(t)=g(t)

為半占空歸零矩形脈沖，

良即脈沖寬度t=T,/2

時(shí)，其頻譜函數(shù)為：↑P(f)單

極

性

歸

零

信

號(hào)f?r.(D=16sa(2)+16s(2

)-m)R(f)=÷f?

|G()2+

(mf)2s(f-mf)單

極

性RZ

序

列

有直

流

分

量

，也

有

定時(shí)分量，

且?guī)?/p>

寬

大

于NRZ

碼，第一

個(gè)

零

點(diǎn)

在

Bf=性

RZ

序

列

的

功

率

譜

密

度3fsf0【例6-1】求雙極性NRZ

和RZ

矩形脈沖序列的功率譜。對(duì)

于

雙

極

性

波

形：

若

設(shè)g(t)=-g?(t)=g(t)

則G?(f)=-G?(f)=G(f)G?(mfs)=-G?(mfs)=G(mfs)等概(P=1/2

)時(shí)，上式變?yōu)镻(f)=f.|G(f)2P?(f)=f.·P(1-P)·|G?(f)-G?(f)2P(f)=4f,P(1-P)|G(f)2代入：35tP、(f)雙

極

性

(

不

歸

零

)

信

號(hào)雙

極

性

歸

零

信

號(hào)f?

3f.

f●那么上式可寫(xiě)成：P(f)=T,·Sa2(πfT

)●若g(t)是高為1、脈寬等于1/2碼元周期●若g(t)是高為1、脈寬等于碼元周期的

NRZ矩形脈沖，則：G(f)=Ts·Sa(πfT?)P(f)=f.|g(f)2B6(1)隨機(jī)序列的帶寬取G?(f)

和

G?(f)之中較大帶寬，且主要依

賴(lài)單個(gè)碼元波形的頻譜函數(shù)，時(shí)間波形的占空比越小，頻帶越寬，矩形脈沖脈寬為T(mén),

則

B

。=1/t。(2)單極性基帶信號(hào)是否存在離散譜取決于矩形脈沖的占空比。單

極性NRZ序列(占空比為100o)

的離散譜只有直流分量，單極性RZ

序列(占空比為50%)有直流分量，也有定時(shí)分量。(3)0,1等概的雙極性信號(hào)沒(méi)有離散譜。(4)可根據(jù)連續(xù)譜來(lái)確定序列的帶寬；可根據(jù)離散譜，確定能否從脈

沖

序

列

中

直

接

提

取

定

時(shí)

分

量

。

37↑P(f)單

極

性

(

不

歸

零

)

信

號(hào)單

極

性

歸

零

信

號(hào)Of、

3.f、總

結(jié)

：雙極性(不歸零)信號(hào)雙

極

性

歸

零

信

號(hào)3f.↑P(f)Of、f信

道

中

傳

輸。

例

如

：>含有豐富直流和低頻分量的單極性基帶波形就不適宜在低頻傳輸

特性差的信道中傳輸；>當(dāng)消息代碼中包含長(zhǎng)串的連續(xù)“1”或“0”符號(hào)時(shí)，非歸零波形星現(xiàn)出連續(xù)的固定電平，

因而無(wú)法獲取定時(shí)信息。■

對(duì)傳輸用的基帶信號(hào)主要有兩個(gè)方面的要求：(1)對(duì)代碼的要求：原始消息代碼必須編成適合于傳輸用的碼型；傳輸碼型(線路碼)的選擇問(wèn)題。(2)對(duì)所選碼型的電波形要求：

電波形應(yīng)適合于基帶系統(tǒng)的傳輸。屬

于基帶脈沖(傳輸波形)的選擇問(wèn)題。

基

帶

傳

輸

的

常

用

碼

型內(nèi)蒙古大學(xué)電子信息工程學(xué)院《通信原理》不

是

F要

續(xù)hm?38m

基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型

內(nèi)蒙古大學(xué)電子信息工程學(xué)院

《通信原理》6.2.1

傳輸碼型選擇原則(1)相應(yīng)的基帶信號(hào)無(wú)直流分量，且低頻分量少(2)便于從信號(hào)中提取定時(shí)信息；(

3

)

信

號(hào)

中

高

頻

分

量

盡

量

少

，

以

節(jié)

省

傳

輸

頻

帶

并

減

少

碼

間

串

擾

；(4)不受信息源統(tǒng)計(jì)特性的影響，即能適應(yīng)于信息源的變化；(5)具有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力，即碼型應(yīng)具有一定規(guī)律性，以便利用這

一

規(guī)

律

性

進(jìn)

行

宏

觀

監(jiān)

測(cè)

。(6)編譯碼設(shè)備要盡可能簡(jiǎn)單，以降低通信延時(shí)和成本。

基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型內(nèi)蒙古大學(xué)電子信息工程學(xué)院

《通信原理》6.2.2

幾種常用的傳輸碼型1.AMI碼

傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼■

編

碼

規(guī)

則

：將

二

進(jìn)

制

消

息

代

碼“1”(

傳

號(hào)

)

交

替

地

變

換為

傳

輸

碼

的

“

+

1

”

和

“

-

1

”

,

而

“

0

”

(

空

號(hào)

)

保

持

不變。

將一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)變換成一個(gè)偽三進(jìn)制符號(hào).消

息

代

碼：

1

00

110000000

1100

1

1...AMI

碼：+100-1+10000000-1+100-1+1...401-11十

10000■

例：消息碼AMI

碼1

1

1-1

+1

-11十

10O00■

AMI碼

的

優(yōu)

點(diǎn)

：>

不含直流成分，高、低頻分量少；能量集中在1/2碼速處。>

位定時(shí)頻率分量為0

,但只要將基帶信號(hào)經(jīng)全波整流

變?yōu)?/p>

單極性歸零波形，便可提取位定時(shí)信號(hào)。>

AMI碼的編譯碼電路簡(jiǎn)單，且便于利用傳號(hào)極性交替規(guī)律觀

寨誤碼情況。■

AMI

碼

的

不

足

：>

其性能與信源統(tǒng)計(jì)特性有關(guān)>

當(dāng)原信碼出現(xiàn)連“0”串時(shí)，信號(hào)電平長(zhǎng)時(shí)間不跳變，造成提

取定時(shí)信號(hào)的困難。

解決連“0”碼問(wèn)題的有效方法之一是采用HDB3碼。410.5圖6

-

4

AM1碼

和HDB,

碼

的

功

率

譜非

歸

零

碼1.0A歸一化功率譜f?42HDBAMI0.51.002.HDB3碼

—-

3階高密度雙極性碼編碼規(guī)則：(1)

檢查消息碼中“0”的個(gè)數(shù)。當(dāng)連“0”數(shù)目小于等于3時(shí)，仍按

AMI

碼

編

碼(2)替

時(shí)作，其中V

稱(chēng)為破壞脈沖，而B(niǎo)稱(chēng)為調(diào)節(jié)脈沖。

，(3)V與前一個(gè)相鄰的非“0”脈沖的極性相同(破壞了AMI的規(guī)則，所以V稱(chēng)為破壞脈沖),且要求相鄰的V

碼之間極性必須交替。(4)B

的取值可選0、+1或-

1

,

以

使V同時(shí)滿(mǎn)足(3)中的兩個(gè)要求；(5)V

碼后面的傳號(hào)碼(“1”)的極性也要交替。(6)相鄰V脈沖之間，

B

脈沖的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。節(jié)V)破壞V或-稱(chēng)沖V0定義為B00個(gè)0用一非一小節(jié)將第”過(guò)“0超每4個(gè)連0”個(gè)數(shù)將“換當(dāng)■

:消息

碼

：

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1100000000

1AMI碼

：

+

1

0

0

0

0

-

1

0

0

0

0

+

1

-

1

0

0

0

0

0

0

0

0

+

1+1B00V-1B00V+1-1B00VB00V+1+1B00+V-1B0O-V+1-1B0O+VB0O-V+1HDB3碼：+

1

0

0

0

+V-1000-V+1-1+B0O+V-B0O-V+1或者

：+10

0

0

+1

-1

0

0

0

-1+1-1+100+1-10

0

-1+1(4)B的取值可

選

0

、

+

1

或

-

1

,

以

使V

同時(shí)滿(mǎn)足

(3)中(5)V

碼后

面

的傳號(hào)碼(“1”)的極性也要交替。

的

兩

個(gè)

要

求

；44I'

:消息碼:a

100001000011000000001AMI

碼：+

1

0

0

0

0-

1

0

0

0

0

+

1

-

1

0

0

0

0

0

0

0

0

+

1+1

B00

V-1

B00

V

+1-1

B00

V

B00

V

+1B+1

B0O+V-1

B0

O-V

+1-1

B

0

O+V

B

0

O-V

+1HDB3碼

：+100

O+V-100O-V+1-1+B0O+V-B0

O-V+1或者：+1000+1-1000

-1+1-1+100+1-100

-1

+1◆其中的±V

脈沖和±B

脈沖與±1脈沖波形相同，用V

或

B符號(hào)的目的是為了示意：將原信碼的“0”變換成

“±1”碼。45碼0

0

0

0

1

0

00

0

00

0

0

1

1例

1

:

HDB3消息碼

HDB3碼例

2

:

HDB31

0

1碼0

-V

+B

O

0

+V-B0-10

+1

0

0

0

+1

-10

00

-1

+100

+1

-1

+1例

3

:

直

流

低

電

平

的HDB3+B

0

0

+V-B

011碼1-V150送

收0100

000

00

O00]B.0BB.000VBBB00V00BB_01

0B11B.000B_UT_D+pz

ou

-)HDB?碼的優(yōu)點(diǎn)：>具有一定檢錯(cuò)能力>無(wú)直流分量，低頻分量較小

>將連“0”碼限制在3個(gè)以?xún)?nèi)，■

HDB3

碼

應(yīng)

用

廣

泛

，

目

前A

律

PCM

四

次

群

以

下

接

口

碼

型

均

為

HDB3

碼

。HDB?

碼的不足：>接收端有時(shí)會(huì)造成誤碼增殖。于位定時(shí)信號(hào)的提取。發(fā)

接473.

雙

相

碼

一一曼徹斯特(Manchester)

碼■

它用一個(gè)周期的正負(fù)對(duì)稱(chēng)方波表示

“0”,而用其反相波形

表示

“1”。編碼規(guī)則之一：

“0”碼用“01”兩位碼表示

，

“

1

”

碼

用

“

1

0

”

兩位碼表示。■

雙相碼是一種自同步碼，其定時(shí)信息隱藏在數(shù)據(jù)波形之中，接收端可以根據(jù)電平的跳變抽取出時(shí)鐘，從而實(shí)現(xiàn)位同步。011001011001例：

代碼：雙相碼1101104.

密

勒

碼

一一延遲調(diào)制碼，雙相碼的一種變形■

編碼規(guī)則：逢“1”碼，碼元中心點(diǎn)出現(xiàn)躍變，即用“10”或“01”表示?！?/p>

0

”

碼

有

兩

種

情

況

：>單個(gè)“0”時(shí)，在碼元內(nèi)不出現(xiàn)電平躍變，且與相鄰碼元的

邊界處也不躍變；>連“0”時(shí)，在兩個(gè)

“0”碼的邊界處出現(xiàn)電平躍變,即“

0

0

”

與

“

1

1

”

交

替

。。

口

■

………■1

1

1

■□■■■■t/T* ■ 50?！?/p>

…■■■■■■■■■■A?！?/p>

……………士>若

兩

個(gè)

“

1

”

碼

中

間

有

一

個(gè)

“

0

”

碼

時(shí)

，

密

勒

碼

流

中

出

現(xiàn)

最大寬

度

為

2Ts

的

波

形

，即

兩

個(gè)

個(gè)

碼

元

周

期

。>這

一

性

質(zhì)

可

用

來(lái)

進(jìn)

行

宏

觀

檢

錯(cuò)

。

若

兩

個(gè)

“

1

”

碼

中

間

持

續(xù)

不變

的

電

平

超

過(guò)

2Ts,

則

說(shuō)

明

出

錯(cuò)

。>

密

勒

碼

最

初

用

于

氣

象

衛(wèi)

星

和

磁

記

錄

，

現(xiàn)

在

也

用

于

低

速

基

帶

數(shù)

傳

機(jī)

中

。:■■■…

…■建■

■

■■■■■■1■

1t/To……………。■■■51■■■■■自■

■■■■■

■■

量■■■■…■1CMI碼有較多

的

電平

躍

變

，

因

此

有

豐

富

的

定

時(shí)

信

息

。由

于

1

0

為

禁

用

碼

組

，

不

會(huì)

出

現(xiàn)

3

個(gè)

以

上

的

連

碼

，

該

規(guī)

律

可用

來(lái)

宏

觀

檢

錯(cuò)

。CMI

碼

易

于

實(shí)

現(xiàn)

。CCITT

推薦作為高次群的接

口

碼

型，在低速光

纖

傳

輸

系

統(tǒng)

中

有

時(shí)

也

采

用。5.CMI

碼

—

—傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼，

一種

雙

極性二電平碼■

編

碼

規(guī)

則

：

“1”碼交替用“11”

和“00”兩位碼表示；“0”

碼固定地用“01”表示

。52:>雙相碼的下降沿正好對(duì)

應(yīng)于密勒碼的躍變沿。>

因

此，用雙相碼的下降

沿去觸發(fā)雙穩(wěn)電路，即可

輸

出

密

勒

碼

。>

在數(shù)字雙相碼、密勒碼和CMI

碼中，每個(gè)原二進(jìn)制信碼都

用一組2位的二進(jìn)制碼表示，因此這類(lèi)碼又稱(chēng)為1B2B

碼。(a)雙相碼(1—10;0—01)(c)CMI碼(1—00/11;0—01)t/T(b)

密勒碼(1

—01/10;0

—00/11)圖6-5雙相碼、密勒碼、CMI

碼波形的比較0

053(c)VI6.

塊

編

碼

nBmB,nBmT

碼■

nBmB

編碼規(guī)則：把原信息碼流的n位二進(jìn)制碼分為一組，

并置換成m

位二進(jìn)制碼的新碼組，其中m>n。

新碼組可能有

2m種組合，故多出(2m-2n)種組合。在2m種組合中，以某種

方

式

選

擇

有

利

碼

組

作

為

可

用

碼

組

，

其

余

作

為

禁

用

碼

組

，■例：4B5B

碼，把4個(gè)二進(jìn)制碼變換成5個(gè)二進(jìn)制碼。對(duì)于4

位分組，只有24

=16種不同的組合，對(duì)于5位分組，則有25=

32種不同的組合?！鰊BmB

可

獲

得

良

好

的

編

碼

性

能

，

提

供

了

良

好

的

同

步

和

檢

錯(cuò)

功能。但所解帶寬也隨之增加。■

在

光

纖

通

信

系

統(tǒng)

中

，

常

選m=n+1,5B6B

碼

型

已

經(jīng)

實(shí)

用

化

，用作三次群和四次群以上的線路傳輸碼型。346.

塊

編

碼

nBmB,nBmT

碼

nBmT

編碼規(guī)則：將n個(gè)二進(jìn)制碼變換成m個(gè)三進(jìn)制碼的新

碼

組

，

且m<n。>

在相同的碼速率下，4B3T碼的信息容量大于1B1T,

因而可

提高頻帶利用率。>例：4B3T

碼，把4個(gè)二進(jìn)制碼變換成3個(gè)三進(jìn)制碼。分成正

負(fù)模式兩類(lèi)，并交替選用。55輸

入輸

出

三

元

碼

組二

·

元碼

組正

模

式數(shù)

字

和負(fù)

模

式數(shù)

字

和000000))1110)111101011110100101一

+

o0十

+0

一o++++0

U

+000000十1十1十1十1十1十1十2+2+2+300十十

00十0+

o

+

-十0十000十000000\0-1-1-1-1-1-1-2-2-2-36.

塊

編

碼

nBmB,nBmT

碼例

：

4B3T

碼0

十

0

十

十

0

十

十

十一

+

0

十

十+

o

+

-+

+

0

十o

+

o十0

十o

-o

-一o---01>基帶信號(hào)形成器(發(fā)送濾波器)

:

壓縮輸入信號(hào)頻帶，把傳輸碼變換成適宜于信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào)波形。>信道：傳輸特性一般不滿(mǎn)足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，會(huì)引起傳輸波形的失真。還會(huì)3引入噪聲n(t),

并假設(shè)它是均值為零的高斯白噪聲。>接收濾波器；接收信號(hào)，濾除信道噪聲和其他干擾，對(duì)信道特性進(jìn)行均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。>

抽樣判決器：對(duì)接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號(hào)。

>同步提?。河猛教崛‰娐窂慕邮招盘?hào)中提取定時(shí)脈沖。

576.3

數(shù)

字

基

帶

信

號(hào)

傳

輸

與

碼

間串

擾內(nèi)蒙古大學(xué)電子信息工程學(xué)院6.3.1

數(shù)

字

基

帶

信基帶脈沖

基

帶

信

導(dǎo)

形成

器《通信原理》號(hào)

傳

輸

系

統(tǒng)

的

組

成由終端設(shè)備或編碼

器產(chǎn)生的麻形質(zhì)到，

往

往

不

適

合

直

接

送到

信

道

中

傳

輸圖6-6數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)方框圖基帶脈沖輸

出抽

樣

判決器接

收濾波器信道步

取同

提哚了輸

入

基

帶

信

號(hào)

0:

0

0碼

型

變

換(

雙

極

性

碼

)波

形

變

換

→t信

道

輸

出濾

波

器

輸

出位

定

時(shí)

同

步

脈

沖

誤

碼’恢

復(fù)

出

的

信

息

0

0

0圖

6

-

7

基

帶

系

統(tǒng)

各

點(diǎn)

波

形

示

意

國(guó)

58同

步

提

取圖

6

-

6

數(shù)

字

基

帶

傳

輸

系

統(tǒng)

方

框

圖基

帶

信

號(hào)

形成

器基帶

脈

沖

。輸

入基

帶

脈

沖輸

出抽

樣判

決

器接

收濾

波

器信

道■

碼

間串?dāng)_：是由于系統(tǒng)傳輸總特性(包括收、發(fā)濾波器和信

道的特性)不理想，導(dǎo)致前后碼元的波形畸變、展寬，并使前面

波形出現(xiàn)很長(zhǎng)的拖尾，蔓延到當(dāng)前碼元的抽樣時(shí)刻上，從而對(duì)當(dāng)

前碼元的判決造成干擾。此時(shí)，實(shí)際抽樣判決值不僅有本碼元的

值，還有其他碼元在該碼元抽樣時(shí)刻的串?dāng)_值及噪聲。■

碼間串?dāng)_嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成錯(cuò)誤判決。■接收端能否有效恢復(fù)信息，在于能否有效地抑制噪聲和減

小碼間串?dāng)_。造

成

誤

碼

的

原

因：>

碼間串?dāng)_

·信道加性噪聲。圖6-9

數(shù)字基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)模型◆{a,}:

輸入符號(hào)序列，在二進(jìn)制的情況下，

a,取

值

為

0

、

1

或

-1,+1?！艏僭O(shè){a,}對(duì)應(yīng)的基帶信母為：◆設(shè)線越減玻器的單位沖激響應(yīng)為Br():則發(fā)送濾波器的輸出為

6

.

3數(shù)字基帶信號(hào)傳輸與碼間串?dāng)_6.3.2

數(shù)

字

基

帶

信

號(hào)

的

定

量

分

析G(o)發(fā)送濾波器GR(?)接收

濾波器C(o)傳輸信

道{a,

d(t)抽樣判

決n(t){a60——ng(1)是加性噪

聲n(1)

經(jīng)過(guò)接收濾波器后輸出

的

噪

聲如果對(duì)第k個(gè)碼元a,進(jìn)行判決，應(yīng)在t=kT+t?時(shí)刻對(duì)r(t)抽樣，to

是

信

道

和

接

收

濾

波

器

所

造

成

的

延

遲基

帶

傳

輸

系

統(tǒng)

的

總

傳

輸

特

性

：

H(o)=G,(o)-C(o)·GR(o)其

單

位

沖

擊

響

應(yīng)

為

：接

收

濾

波

器

輸

出

信

號(hào)

為

：G?(o)

(t)

C(o)

Gg(o)發(fā)

送

傳

輸接

收濾波

器信道

濾

波

器圖6-9

數(shù)字基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)模型抽

樣

判

決Ld(t){7e<+()≤V

-研究基帶脈沖傳輸?shù)幕境霭l(fā)

■

只有當(dāng)碼間干擾和噪聲足夠小判ak為1

時(shí)，判決才正確，否則可能發(fā)生錯(cuò)判ak為0

判，造成誤碼。■為了使誤碼率盡可能的小，必須最大限度地減小碼間串?dāng)_和隨機(jī)噪聲的影響。r(kT,+t?)=a?h(t?)+Za,h[(k-n)T、+t?]+ng(kT+t?)n≠k(t)

C(o)

G(o)傳

輸

接

收信

道

(t)

濾

波

器圖6-9

數(shù)字基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)模型除

第k

個(gè)

碼

元

以

外

的

其

它碼

元

波

形

在

第k

個(gè)

抽

樣

時(shí)刻上的總和，

對(duì)當(dāng)前碼元

a?的判決起著干擾作用，所

以

稱(chēng)

為

碼

間

串

擾

值輸

出

噪

聲

在

抽

樣

瞬

間的

值

，

它

是

一

種

隨

機(jī)

干

擾

，也

要

影

響

對(duì)

第k

個(gè)

碼

元

的

正

確

判

決

。第

k個(gè)

碼

元

波

形

的抽樣值，

是

確定ax

的依據(jù)G?(?)發(fā)

送濾

波

器判決準(zhǔn)則：抽樣

判決Ld(t){a,6

.

4

無(wú)

碼

間

串

擾

的

基

帶

傳

輸

特

性?xún)?nèi)蒙古大學(xué)電子信息工程學(xué)院

《通信原理》6.4.1

消

除

碼

間

串

擾

的

基

本

思

想h(t)圖6-10(a)to

to+Ts

6.1>

如

果

相

鄰

碼

元

的

前

一

個(gè)

碼

元

的

波形

，

到達(dá)后一個(gè)碼元抽樣判

決時(shí)刻已經(jīng)表減到0,則能滿(mǎn)

足要求。>a

是隨機(jī)的，通過(guò)各項(xiàng)相互抵消使碼間率擾為0是不行的。Za,h[(k-n)T.+t?]+nx(kT+t?)n≠k若想消除碼間串?dāng)_，應(yīng)有：r(kT、+t?)=a?h(t?)+■實(shí)際中的h(t)波形有很長(zhǎng)的“拖

尾”,圖6-10(a)

中波形不易實(shí)現(xiàn)，但只要在

t?+T

。,t?+2T,等后面

碼

元

抽

樣

判

決

時(shí)

刻

上

，

使

它

正

好

為

0,就能消除碼間串?dāng)_，如圖6-10(b)

所示。這就是消除碼間串?dāng)_的基本

思

想

，to

to+Ts

to

+2Ts

t圖6-10(b)消除碼間串?dāng)_基本思想原理圖0h(t)圖6-10(b)to+Ts

七圖6-10(a)h(t)to即：若h(t)的抽樣值

除

了

在t

=0時(shí)

不

為

零

外

，

在

其

他

所

有

抽

樣

點(diǎn)

上

均

為

零

，

就

不

存

在

碼

間

串

擾

。內(nèi)蒙古大學(xué)電子信息工程學(xué)院6.4.2

無(wú)

碼

間

串

擾

的

條

件◆

無(wú)

碼

間

串

擾

的

時(shí)

域

條

件6

.

4

無(wú)

碼

間

串

擾

的

基

帶

傳

輸

特

性《通信原理》不

必

一

定

為

1常

數(shù)

既

可根據(jù)上面的分析，假設(shè)延遲如=0,則無(wú)碼間串?dāng)_的基帶系統(tǒng)沖擊響應(yīng)應(yīng)滿(mǎn)足下式：h(kT、)=k

=0

),k為

其

他

整

數(shù)

h(t)loT,抽

樣

時(shí)

刻

無(wú)

串

擾

65∠T,2T,-2T,T,所以，在1=kT,時(shí)，有上式的積分區(qū)間用分段積分代替，每段長(zhǎng)為2π/T,,

則可寫(xiě)成：=1H(o)·elokTsdo

則：

(2i±1)πT、無(wú)碼間干擾頻域條件因?yàn)镋xtJ

E

dL當(dāng)上式之和一致收斂時(shí)，求和與積分的次序可以互換，則有：

(6.4-8)

由傅里葉級(jí)數(shù)可知，若F(

0)是周期為

2π/T,的頻率函數(shù)，則可用指數(shù)型傅里葉級(jí)數(shù)表示：

,r=2(ed或再根據(jù)無(wú)碼間率擾的時(shí)城條件：

h(kT,)=.{0;

k=0,

k

為

其

他

整

數(shù)

得到無(wú)碼間串?dāng)_的頻域條件(奈奎斯特第一準(zhǔn)則):=2rJ!

(o)·e'"ot

do,CCOCSCCODDOCCCCOEDOCCSOCSZ

f+i·f.)=THRR◆

奈奎斯特(Nyquist)

第一準(zhǔn)則：

。

碼了

T

特統(tǒng)的傳輸函數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足：,給為1一在提

供的方>

為

我◆

物

理

意

義

理

解

1

:H(o)

以2π/Ts為間隔左右平移，在(-π/Ts,+π/Ts)

內(nèi)迭加后為常數(shù)不必一定為T(mén)。常

數(shù)

既

可聲擾系H(o)

→①2πT3πT2πTπTπT◆

物

理

意

義

理

解

2

:按o=±(2n-1)π/Ts,將

H(w)以

2π/T,為間隔切開(kāi)；然后分段沿0軸平移到(-π/Ts,π/Ts)x間內(nèi)，進(jìn)行魚(yú)加，其結(jié)果應(yīng)

當(dāng)為常數(shù)。一

個(gè)

實(shí)

際

的H(o)特性若能等效成一個(gè)理想(矩形)低

通

濾

波

器

，

則

可

實(shí)

現(xiàn)無(wú)碼間串?dāng)_。奈奎斯特(Nyquist)

第一準(zhǔn)則：禁

-

六

°ol≤T①702πT?(a)H(o)ri=+1

的

一

項(xiàng)

為

：除這三項(xiàng)外，

i為其它

值時(shí)的各項(xiàng)均為0

。例如：設(shè)

H(o)

具有如下特性，如圖(b);如圖(c);的

一

項(xiàng)

為

：的

一

項(xiàng)

為：式

中

i=0i=-1如圖(d);0—rnH(o)πT?H(o)2πTI

s(a)①722πN努

一

系0

東

努

OH(o)

的

構(gòu)

成H(o)5

.

5

元

碼

尚

串

攏

的

基

帶

傳

輸

特

性2πS(d)

Oi=+1兀(c)OT、二

2πTsH(?)(e)兀Ts73TOπ06

.

4

無(wú)

碼

間

串

擾

的

基

帶

傳

輸

特

性6

.

4

.

3

無(wú)

碼

間

串

擾

的

傳

輸

特

性

設(shè)

計(jì)滿(mǎn)足奈奎斯特第一準(zhǔn)則并不是唯一的要求，滿(mǎn)足奈奎斯

特第一準(zhǔn)則的H(o)也有很多種，容易想到的一種極限情況，就是H(O)為理想低通型(相當(dāng)于6.4-11中只有i=0)。1.

理

想

低

通

特

性它的沖激響應(yīng)為：h(t)=

sin

x.

=Sa(πtlT?)74◆h(t)在t=kT,(k≠0)

時(shí)有周期性零點(diǎn)，當(dāng)發(fā)送序列的時(shí)間

間隔為T(mén),

時(shí)，正好利用了這些零點(diǎn)，見(jiàn)圖(b)中虛線，實(shí)現(xiàn)了無(wú)

碼間串?dāng)_傳輸。◆若輸入數(shù)據(jù)以R;=1/T,

波特的速率