通信原理教程6-数字基带传输系统

通信系统原理第6章 数字基带传输系统 主讲：杨春萍

学习目标

基带数字信号的波形 基带数字信号的传输码型 基带数字信号的频率特性 码间串扰 奈奎斯特第一准则 奈奎斯特第二准则 眼图 时域均衡器

本章内容概述 基带数字信号的波形 基带数字信号的传输码型 基带数字信号的频率特性 基带数字信号传输与码间串扰 无码间串扰基带传输特性 基带传输系统的抗噪声性能 眼图 部分响应和时域均衡

概述 引入在数字通信系统中,如何用二进制符号表示数字信号有不同的方法

另外,无论是数字信源的信号,还是模拟信源输入信号经过编 码后形成的数字信号,一般说来都不一定适合于信道传输. 数字信号传输时为什么需要不同的表示方法？

为了除去直流分量和频率很低的分量； 为了在接收端得到每个码元的起止时刻信息； 为了使信号的频谱和信道的传输特性相匹配 。

为了达到上述某一种目的,可以采用不同的信号波形和不同的

信号码型.所以,二进制信号在原理上可以用”0”和”1”代表, 但是,在实际传输中,可能采用不同的传输波形和码型来表示 ”0”和”1”.因此,经过编码的信号在传输前还要进行各种处 理.

基带数字信号的波形 引入

上面将二进制信号用数字”0”和”1” 表示.这些数 字在电路中是用电压表示出来的.现在以用矩形脉冲 表示为例,给出几种基本的表示方法

单极性波形

+V

0 1 0 1 1

0 0 0 1

双极性波形 单极性归零波形

(a)

0+V

二 进 制(b)

-V+V

双极性归零波形 差分波形

(c)

0

+V (d) 0 -V

多电平波形(e) +3V 0 +V -V -3V

(a) 单极性波形 (b)双极性波形 (c)单极性归零波形 (d)双极性归零波形 (e)差分波形

多电平波形

基带信号的基本波形

1.单极性码波形 表示方法:用0电位和正(或)负电位V分别表示二进制数字”1”和 ”0”. 脉冲宽度τ等于码元宽度Ts. 特点：占空比 100%;简单；直流分量大； 对长串的连“0”,连“1”信号，难以提取同步信号。

一般只用于非常近距离(如电路板内或板间)信号传输。1 时钟 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0

信号

2.双极性码波形 τ=Ts, 有正负电平。特点：当数字信号中”0”和”1”等概时,不含直流分量， 其余特性与单极性非归零码相同； 不能直接提取位同步信号

1 时钟

1

1

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

信号

3.单极性归零码波形 τ< Ts 可用来提取位同步信号，NRZ波形的其他缺点存在。 特点：占空比 ( /T)%,通常为50%。有利于提取位同步信号。1 时钟 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0

信号

4.双极性归零码波形 NRZ码的缺点都不存在，整流后可提取位同

步信号 。

5.差分码(相对码);数字”0”和”1”不是用电压值表示,而是用电压的变化 表示.

传号差分码(“1”差分法则):“0” – 信号电平不变；NRZ(M) “1” – 信号电平改变。

空号差分码(“0”差分法则):“0” – 信号电平改变；NRZ(S)1时钟传号差 分码 空号差 分码

1

1

0

1

“1” – 信号电平不变。0 0 1 0 0 0 1 1 0

差分码的优点：解决信号解调时信号的“0”“1”倒换问题； (相位模糊问题) 差分码的编码与解码

编码(异或运算):设输入为 an,编码输出为bn: bn=an bn-1 解码，因为： bn bn-1= (an bn-1) bn-1= = an (bn-1 bn-1) = an 0 = an 解码输出 an = bn bn-1

6.多电平波形 用于表示多 进制信号. 多电平波形的每个码元携带的信息量多,所以适合用于高 速数字通信系统中. 右图中表示的是一个4电平波形.

+3V 0

+V-V -3V

多电平波形

基带数字信号的传输码型为了适合信道传输,编码后的数字信号要经过一些处理,除了采用 上节中讨论的各种波形外,还要进行码型变换,将编码后的消息码 变成适合传输的码型. 对于传输码型，有如下一些要求：

无直流分量和只有很小的低频分量； 含有码元的定时信息； 传输效率高； 最好有一定的检错能力； 适用于各种信源，即要求以上性能和信源的统计特性无关

AMI码

-传号交替反转码

编码规则：“1” 交替变成“+1”和“-1”, “0” 仍保持为“0”, 例：消息码： 0 1 0 1 1 0 0 0 1 AMI码：0 +1 0 -1 +1 0 0 0 -1 优点：没有直流分量 、译码电路简单 、能发现错码 缺点：出现长串连“0”时，将使接收端无法取得定时信息 。 又称：“1B/1T‖码 - 1位二进制码变成1位三进制码。用电压表示时+1即代表电 压”+V”,-1即”-V”,0即0电压

HDB3码

- 3阶高密度双极性码

编码规则：首先，将消息码变换成AMI码， 然后，检查AMI码中连“0”的情况：

当没有发现4个以上(包括4个)连“0”时，则不作改变， AMI码就是HDB3码。 当发现4个或4个以上连“0”的码元串时，就将第4个“0”变 成与其前一个非“0”码元(“+1”或“-1”)同极性的码 元。 将这个码元称为“破坏码元”,并用符号“V‖表示，即用 “+V‖表示“+1”,用“-V‖表示“-1”。

为了保证相邻“V‖的符号也是极性交替：* 当相邻“V‖之间有奇数个非“0”码元时，这是能够保证 的。 * 当相邻“V‖之间有偶数个非“0”码元时，不符合此“极 性交替”要求。这时，需将这个连“0”码元串的第1个“0”

例： 消息码: 1000 0 1000 0 1 1 0 0 0 0 1 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 -1 0 0 0 -1 +1 0 0 0 +1 -1 +1 -1 0 0 -1 +1 -1 译 码： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 +1 -1 1000 0 1000 0 1 1 0 0 0 0 1 1

译码：

发现相连的两个同符号的“1”时，后面的“1”及其前面的3个符号都译 为“0”。 然后，将“+1”和“-1”都译为“1”,其它为“0”。

优点：除了具有AMI码的优点外，还可以使连“0”码元串中“0”的 数目不多于3个，而且与信源的统计特性无关。