第五章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)

第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)編碼方法將數(shù)字消息或模擬消息轉(zhuǎn)換成通信硬件能夠接受和易于傳輸?shù)男盘?hào)，共要經(jīng)過(guò)四個(gè)過(guò)程：（1）第一，把各種信息用二進(jìn)制表示。包括字符編碼、PCM編碼、PAM編碼等。（2）第二，把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)（電信號(hào)），即碼型編碼。（3）第三，差錯(cuò)控制編碼。（4）第四，基帶信號(hào)變成頻帶信號(hào)。本章主要講述第一、二次過(guò)程，第三次過(guò)程將在第八章講述，第四次過(guò)程將在第五章講述。

字符編碼由于計(jì)算機(jī)只能識(shí)別、存儲(chǔ)、和處理二進(jìn)制的信息，而字符信息又是最重要的數(shù)據(jù)信息。這樣為了使計(jì)算機(jī)能處理字符，規(guī)定了字符和二進(jìn)制數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，稱字符編碼。它涉及到信息的表示，交換，處理，傳輸和存儲(chǔ)以國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的形式來(lái)實(shí)施。字符編碼：將字符用二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示的編碼。

字符的編碼方法何謂字符？－漢字、數(shù)字和英文字母…，統(tǒng)稱為字符。漢字的編碼方法：4位十進(jìn)制數(shù)字表示一個(gè)漢字。 例如，電報(bào)編碼：“中”

“0022”，“國(guó)”

“0948”。 區(qū)位碼：“中”

“5448”，“國(guó)”

“2590”。英文字母編碼方法：ASCII碼－7位二進(jìn)制數(shù)字表示一個(gè)字符。再加上一位的奇偶校驗(yàn)位構(gòu)成8位碼組。字符編碼：將字符用二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示的編碼。

預(yù)備知識(shí)5.1基帶傳輸和頻帶傳輸當(dāng)二進(jìn)制編碼的“0”、“1”符號(hào)用電脈沖的“正”、“負(fù)”表示時(shí)，形成的是數(shù)字基帶信號(hào)。將基帶信號(hào)直接在信道中傳輸?shù)姆绞椒Q為基帶傳輸方式。把數(shù)字信號(hào)調(diào)制成不同頻率的信號(hào)，再進(jìn)行傳輸?shù)姆椒ǚQ為頻帶傳輸。第4次編碼。

5.2數(shù)字基帶信號(hào)碼型編碼

碼型：表示二進(jìn)制數(shù)中0和1的信號(hào)形式被稱為碼形。在數(shù)字通信中，用直流信號(hào)表示二進(jìn)制數(shù)中的0和1。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)基帶信號(hào)常用碼型有二電平碼，差分碼，交替反轉(zhuǎn)碼（AMI），曼徹斯特碼，差分曼徹斯特碼，密勒碼，多電平碼，和二進(jìn)制編碼等。

01011101DigitaltoDigitalEncoding碼型編碼數(shù)字信息數(shù)字信號(hào)碼型變換基帶整形LPF數(shù)字基帶信號(hào)碼常用波形1、單極性不歸零碼波形（單極性NRZ）2、雙極性不歸零碼波形（雙極性NRZ）3、單極性歸零碼波形（單極性RZ）4、雙極性歸零碼波形（雙極性RZ）5、差分波形6、多電平波形1-單極性非歸零碼（NRZ碼）NotReturnZerocode在整個(gè)碼元期間電平保持不變。2-雙極性非歸零碼（NRZ碼）正電平為1，負(fù)電平為0，若線路上的電壓為0，則說(shuō)明當(dāng)前線路上沒(méi)有信號(hào)正在傳輸。優(yōu)點(diǎn)：平均電壓接近0，基本不含DC成分；缺點(diǎn)：不易提取同步信息，特別是在長(zhǎng)0長(zhǎng)1串時(shí)。

“歸零碼”（因?yàn)楹茈y確定一個(gè)比特的起止時(shí)刻）3-單極性歸零編碼τTs占空比說(shuō)明占空比

為脈沖寬度τ與碼元寬度Ts之比(τ/Ts),如下圖所示。

二進(jìn)制基帶信號(hào)的功率譜密度

4-雙極性歸零碼圖雙極性歸零編碼使用正、負(fù)二個(gè)電平。歸零碼是自同步編碼。什么是自同步？

既可以從信號(hào)中提取同步信息。通過(guò)歸零，使每個(gè)比特位（碼元）都發(fā)生信號(hào)變化，接收端可利用信號(hào)跳變建立與發(fā)送端之間的同步。缺陷是每個(gè)比特位發(fā)生兩次信號(hào)變化，多占用了帶寬。一個(gè)編碼良好的數(shù)字信號(hào)必須攜帶同步信息。如果傳輸一個(gè)比特的起始時(shí)刻發(fā)生了電平跳變，那么這個(gè)比特就是二進(jìn)制1，如果此刻沒(méi)有發(fā)生電平跳變，那么這個(gè)比特就代表二制的0。5-差分編碼6-多電平碼000011111010010110100000四電平傳二電平傳數(shù)字基帶傳輸常用碼型1、AMI碼2、HDB3碼3、曼徹斯特編碼（雙相碼）4、密勒碼5、CMI碼

雙極性信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼（AMI）(1)零電平代表二進(jìn)制0，交替出現(xiàn)的正負(fù)電壓表示1。(2)信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼用交替變換的正、負(fù)電平表示比特1的方法使其所含的直流分量為零(3)AMI實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)目標(biāo)：一是直流分量為零；二是可對(duì)連續(xù)的比特1可進(jìn)行同步。(4)但對(duì)一連串的比特0并無(wú)同步確保機(jī)制。(5)為解決比特0的同步，兩種AMI的變型B8ZS和HDB3被研究出來(lái)，前者在北美使用，后者用于日本和歐洲。B8ZS、HDB3都是在ＡＭＩ的基礎(chǔ)上變化的

高密度雙極性3零碼（HDB3）

雖然名稱是3零編碼，實(shí)際是當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)4個(gè)比特0時(shí)，就在AMI編碼中引入變動(dòng)。A.自上次替換以來(lái)傳輸?shù)谋忍?個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，用000D代替0000，否則，用100D；(D為破壞點(diǎn))B.0—0電平;1—正或負(fù),與前邊最近的1相反

D—正或負(fù),與前邊最近的1相同C.接收端通過(guò)比較最近的兩個(gè)比特1的極性來(lái)確定需還原的序列的位置.

編碼方法:例2.4：試寫出將數(shù)據(jù)100000000010000編制成HDB3碼的過(guò)程，假設(shè)位于這段數(shù)據(jù)序列首部的比特1極性為正，且其前繼數(shù)據(jù)是4個(gè)連續(xù)的比特0。高密度雙極性3零碼AMI碼和HDB3碼的功率譜：不含直流分量注：AMIHDB3可以用歸零、非歸零碼非歸零碼：能量集中在直流低頻部分

曼徹斯特編碼1一比特中點(diǎn)位置上從負(fù)電平到正電平的跳變0一比特中點(diǎn)位置上從正電平到負(fù)電平的跳變

差分曼徹斯特編碼比特中點(diǎn)位置上出現(xiàn)跳變，但這不表示數(shù)據(jù)信息1一比特起始時(shí)刻不出現(xiàn)電平跳變0一比特起始時(shí)刻出現(xiàn)電平跳變

密勒碼

密勒碼也是一種利用電平的跳變表示數(shù)據(jù)信息的碼型，用來(lái)解決裂相碼帶寬太寬的問(wèn)題。1--比特中點(diǎn)的電平跳轉(zhuǎn)(起始時(shí)刻不跳變)0--比特中點(diǎn)、起始時(shí)刻沒(méi)有出現(xiàn)電平跳轉(zhuǎn)連續(xù)兩個(gè)0時(shí)，后邊的0改變極性。密勒碼

曼徹斯特編碼中，比特位中的信號(hào)跳變同時(shí)是同步信息和比特編碼。差分曼徹斯特編碼中，比特間隙中的信號(hào)跳變只表示同步信息，不同比特通過(guò)在比特開(kāi)始位置有無(wú)電平反轉(zhuǎn)來(lái)表示。在比特開(kāi)始位置電平躍遷代表0，否則為1。密勒碼較好地解決了帶寬問(wèn)題。三種雙相位編碼的比較CMI（CodedMarkInversion）碼編碼規(guī)則是：消息碼“1”交替用正和負(fù)電壓表示，或者說(shuō)交替用“11”和“00”表示；信息碼“0”用“01”表示4、常用數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜密度采用升余弦脈沖代替矩形脈沖---基帶成型基帶成型后不歸零碼的功率譜密度，帶外能量很少，不易失真5.5.1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型碼型編碼+基帶成型（LPF）基帶成形：帶外能量少，不易失真；減小帶寬，提高頻帶利用率5.5.2碼間干擾產(chǎn)生原因：信號(hào)將有延遲和失真現(xiàn)象：接收端接收到前一個(gè)碼元的波形串到后一個(gè)碼元抽樣判決的時(shí)刻，影響后一個(gè)碼元的抽樣判決。（前后碼元波形部分重疊在一起）圖5.5.2-1碼間干擾示意圖105.5.2兩種無(wú)碼間干擾的基帶傳輸系統(tǒng)

1、理想低通系統(tǒng)5.5.2兩種無(wú)碼間干