第 6 章数字基带传输系统

第6章数字基带传输系统 本章教学要求： 1、掌握基带信号常用码型、码间干扰的原因和解决方法、无码间干扰的条件（时域和频域）。 2、理解数字基带信号的频谱特性和无码间干扰的基带传输系统的抗噪声性能。 3、了解均衡原理、部分响应原理和眼图原理。

主要外语词汇 数字基带传输 Digital Baseband Transmission码间干扰 ISI（Intersymbol Interference）不归零码 NRZ（Non-Return-to-Zero）归零码 RZ（Return-to-Zero）传号交替反转码 AMI（Alternate Mark Inversion Code）三阶高密度双极性码 HDB3（High Density Bipolar 3 Code）成对选择三进制码 PST（Paired Selected Ternary Code）眼图 Eye Patterns

本章主要内容 6.1　数字基带传输系统概述 6.2　数字基带信号码型 6.3　数字基带信号的频谱特性 6.4　滤波器的相关知识 6.5　数字基带传输系统的码间干扰 6.6　部分响应系统 6.7　均衡 6.8　基带传输系统的抗噪声性能

作业题 P134　 2（画出各码型波形，并画出8电平码波形） 3 （画出波形）， 6，　7，　10，　15 思考：　17，　18

§6.1和§6.2节课目的要求 1、掌握数字基带传输系统方框图； 2、理解数字基带传输系统各部分的功能及工作过程； 3、掌握数字基带信号常用码型；

数字基带传输系统 §6.1数字基带传输系统概述基带信号指频带分布在低频段（通常包含直流）且未经过调制的信号。数字基带传输系统指将数字基带信号不经调制直接传输的系统。

码型变换器－把原始基带信号变换成适合于信道传输的的各种码型，达到与信道匹配的目的；码型变换器－把原始基带信号变换成适合于信道传输的的各种码型，达到与信道匹配的目的； • 发送滤波器－码型变换器输出的各种码型是以矩形为基础的，发送滤波器的作用就是把它变换为比较平滑的波形，如升余弦波形等，这样利于压缩频带、便于传输； • 信道－它是允许基带信号通过的媒质，通常不满足无失真传输条件，甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。一般认为噪声为AWGN； • 接收滤波器－滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决； • 抽样判决器－传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号；

数字基带系统各点波形示意图 0

§6.2数字基带信号的码型 首先我们介绍几个新概念：码型——数字基带信号可以以不同形式的电脉冲　　　　出现，电脉冲的表达形式称为码型。码型编码——通常把数字信号的电脉冲表示过程　　　　　　称为码型编码或码型变换，由码型　　　　　　还原为原来数字信号的过程称为码　　　　　　型译码。

1 0 1 0 0 1 1 ＋ E 0 Tb 一、几种基本码型1. 单极性不归零码 ———UNRZ (Unipolar Non-Return-to-Zero) （1）有脉冲为“1”，无脉冲为“0”；（单极性）（2）脉冲宽度τ= 码元周期 Tb 。（不归零）

τ 1 0 1 0 0 1 1 ＋ E 0 Tb 2. 单极性归零码 ———URZ (Unipolar Return-to-Zero) （1）有脉冲为“1”，无脉冲为“0”；（单极性）（2）脉冲宽度τ＜码元周期 Tb 。（归零）

1 0 1 0 0 1 1 ＋ E 0 － E 3. 双极性不归零码 ———BNRZ (Bipolar Non-Return-to-Zero) （1）正脉冲为“1”，负脉冲为“0”；（双极性）（2）脉冲宽度τ = 码元周期 Tb 。（不归零）

1 0 1 0 0 1 1 ＋ E 0 － E 4. 双极性归零码 ———BRZ (Bipolar Return-to-Zero) （1）正脉冲为“1”，负脉冲为“0”；（双极性）（2）脉冲宽度τ＜码元周期 Tb 。（归零）

参考电平 1 0 1 0 0 1 1 ＋ E 0 － E 5. 差分码波形用脉冲极性的变化与否表示 “1”和 “0”。极性变————“1”，见 “1”就改变极性。极性不变———“0”，见 “0”就不变极性。

＋ 3 E 0 0 0 0 1 0 0 1 ＋ E 0 1 1 0 0 1 1 － E 1 1 － 3 E 6. 多电平码波形（多元码波形）多个二进制符号对应一个脉冲。如图，两个二进制符号对应一个脉冲，01对应+E，00对应+3E……，所得波形为4元码波形。

00 3 01 2 10 10 1 11 t 0 Tb 2Tb 4Tb 5Tb 3Tb 00 3 01 01 1 t 0 2Tb Tb 4Tb 5Tb -1 10 -3 11

1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 ＋ E ＋ E 0 － E 0 1 0 1 0 0 1 1 ＋ E 0 1 0 1 0 0 1 1 ＋ E 0 － E 　四种基本码型的对比单极性不归零码单极性归零码双极性不归零码双极性归零码

什么码型好？ 一般要求是：（1）无平均直流成份，以便顺利通过变压器，　　且节省能量。（2）便于提取同步信息（定时脉冲）（3）不受信源统计性质影响，不论何种数字序列，均无直流成份，均易提取同步。根据以上要求，上述基本码型中以双极性归零码较好。但它仍受信源统计影响。经改进，提出以下码型：

＋ E 0 － E 二、一些目前广泛应用的重要码型 • AMI 码——— Alternate Mark Inversion • （传号交替反转码） • 规则：（1）无脉冲为“0”； • （2）用极性交替的正负脉冲表示“1”。例如：消息代码 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 … AMI码 +1 0 0 –1 +1 0 0 0 0 0 0 0 -1 +1 0 0 -1 +1…

2. HDB3码 ———High Density Bipolar 3 code（三阶高密度双极性码） 编码规则：(1) 当信码中连“0”个数不超过3时，AMI码即为HDB3码； (2)当连“0”个数超过3时，则将第4个“0”改为“1”码，记作V码，为与真正“1”码区别，V码的极性应与其前一个非“0”脉冲的极性相同； (3)为确保编好的码中直流成份为零，V码与信码，需各自保持极性交替；例如：信息代码： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 l 1 AMI码： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1 HDB3码： -1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V - 1 +1 0 0 0 +V -1 +1 发现：若两V码间有奇数个“1”，满足极性交替。　若两V码间有偶数个“1”，不满足极性交替。

＋ E 0 － E （4）当两个V码之间有偶数个“1”时，将4连“0”的第一个“0”更改为与该V码极性相同的脉冲，并记为B。此时，信码和B码（补信码）合起来保持条件（3）中信码极性交替的规律。其中的V脉冲和B脉冲与“1”脉冲波形相同，用V或B符号的目的是为了示意将原信码的“0”变换成“1”码。信息代码： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 l 1 AMI码： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1 HDB3码： -1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V - 1+1 -B 0 0 -V +1 -1

＋ E 0 ＋ E 0 － E ＋ E 0 － E 　已知信息代码如下，试画出相应的单极性不归零码、AMI码以及HDB3码的波形。例1：信息代码： 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 单极性不归零码 AMI码： 1 0 -1 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 1 -1 HDB3码： 1 0 -1 0 0 0 -V 0 1 -1 B 0 0 V -1 +1

3. PST 码（成对选择三进码） 其编码过程是：先将二进制代码两两分组，然后再把每一码组编码成两个三进制数字( + 、－、 0 )。下面列出了其中一种使用最广的格式。

为防止PST码的直流漂移，当在一个码组中仅发送单个脉冲时，两个模式应交替变换。例如：二进制代码 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 PST码(取+模式) 0 + - + + - - 0 + 0 + - 0 - PST码(取- 模式) 0 - - + + - + 0 - 0 + - 0 +

4. 数字双相码(曼彻斯特（Manchester）码 ) 它用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。编码规则之一是： “0”码用“01”两位码表示， “1”码用“10 ”两位码表示。例如：二进制代码： 1 1 0 0 1 0 1 双相码： 10 10 01 01 10 01 10

5. 密勒码（Miller）码（又称延迟调制码） • 密勒（Miller）码是双相码的一种变形。 • 编码规则如下： • “1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示。 • “0”码有两种情况：单个“0”时，在码元间隔内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变；连“0”时，在两个“0”码的边界处出现电平跃变，即“00”与“11”交替。

6. CMI码（传号反转码）  与数字双相码类似，它也是一种双极性二电平码。编码规则是：“1”码交替用“11”和“00”两位码表示； “0”码固定地用“01”表示。  CMI码有较多的电平跃变，因此含有丰富的定时信息。此外，由于10为禁用码组，不会出现3个以上的连码，这个规律可用来宏观检错。  在数字双相码、密勒码和CMI码中，每个原二进制信码都用一组2位的二进码表示，因此这类码又称为1B2B码。

双相码 • (b) 密勒码 • (c)CMI码

　已知信息代码为1010000011000011，试确定相应的CMI码、数字双相码、AMI码以及HDB3码，并分别画出它们的波形。例2：

　　有4个连1和4个连0交替出现的序列，画出单极性　非归零码、AMI码、HDB3码所对应的波形图。　　有4个连1和4个连0交替出现的序列，画出单极性　非归零码、AMI码、HDB3码所对应的波形图。例3：

§6.3　数字基带信号的频谱特性本节课目的要求§6.3　数字基带信号的频谱特性本节课目的要求 1、了解分析数字基带信号频谱的方法； 2、掌握常用数字基带信号频谱特点； 3、了解数字基带信号的功率计算；

为什么要分析数字基带信号频谱？ 1 、有无直流成份； 2 、有无可供提取的同步信号； 3 、信号带宽； 4 、信号频谱分布规律；

Pv() v(t) 稳态波 + Ps()=Pv()+Pu() Pu() u(t) 交变波数字基带信号 S(t) 怎样分析数字基带信号频谱？　数字基带信号是随机脉冲序列，故其频谱用其功率谱密度描述. 其分析过程如下：

g2(t) g1(t) t t 0 0 Ts Ts Ts Ts 2 2 2 2 一、随机数字脉冲序列的表示： g ( t - n Ts ) 以概率p出现 sn(t) = g ( t - n Ts) 以概率(1-p)出现 1 2

0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 s(t) t v(t) t 0 u(t)=s(t)-v(t) 0 t

二、功率谱密度公式的推导： 1、稳态波v(t)的功率谱密度稳态波是随机序列S(t)的统计平均分量。 V(t)为周期函数，则

其中

得到

2、交变波u(t)的功率谱密度 交变波u(t)的功率谱密度为

其中UT()是u(t)的截短函数UT(t)的付氏变换: 其中

当 m=n 时， • 当m≠n 时，

所以，交变波的功率谱为

3、随机脉冲数字序列s(t)的功率谱密度： PS(f)由连续谱Pu(f)和离散谱Pv(f)组成：

三、结论 ⑴ 在数值上等于码速率RB。 (2) 为交变项的各种连续谱，一定存在。是稳态项中的直流分量，零频离散谱，不一定存在。是稳态项非直流频率，为mfs的离散谱。

S(t) 窄带带通整形，移相位同步信号 ⑶ 离散谱不存在的条件：　　　　　　　　　　　　　即稳态项等于零。 ⑷ 离散谱存在的条件：　　　　且G1(mfs)和G2(mfs)中至少一个不为零。 ⑸ 离散谱的作用：存在离散谱时，可用窄带滤波器得到位同步信号。

四、常见码型的功率谱密度： 1、单极性不归零码若设 g1(t)=0，G1( f )=0； g2(t)=Gτ(t)，τ=TS，则单极性不归零码的功率谱密度为信源等概 p=1/2,

2、双极性不归零码 若设 g1(t)= － Gτ(t) ， g2(t)=Gτ(t)，，G1(f)=－ G2(f)　。则双极性不归零码的功率谱密度为（信源等概 p=1/2）

3、单极性归零码 若设　g1(t)=0，G1(ω)=0； g2(t)=Gτ(t)，τ=TS /2，则单极性归零码的功率谱密度为（信源等概 p=1/2）

4、双极性归零码 若设 g1(t)= － Gτ(t) ， g2(t)=Gτ(t)，τ=TS /2，，G1(f)=－ G2(f) 则双极性归零码的功率谱密度为

2．0 双极性不归零 P= 0．5 1．5 0．6 单极性不归零 P= 0．5 0．4 1．0 0．25 0．5 0．2 0 0．4 0．8 1．2 1．6 2．0 0 0．4 0．8 1．2 1．6 2．0 f/fb f/fb 单极性归零半占空P= 0．5 0．12 0．6 双极性归零半占空P= 0．5 0．08 0．4 0．0507 0．0625 0．2 0．04 0．00422 0 0．8 1．6 2．4 3．2 4．0 0．8 1．6 2．4 3．2 4．0 f/fb f/fb • 凡是信源“0”、“1”等概的双极性码均无离散谱。 • 单极性归零码的离散谱中有丰富位定时分量。

第 6 章 数字基带传输系统