数字基带调制与传输学习教案.pptx

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1、数字基带调制数字基带调制(tiozh)与传输与传输第一页，共41页。3.1 数字基带信号数字基带信号(xnho)的码型及的码型及其功率谱其功率谱数字数字(shz)基带信号基带信号数字基带信号，就是数字消息代码的电脉冲表示（电波形）数字基带信号，就是数字消息代码的电脉冲表示（电波形）数字基带信号，就是数字消息代码的电脉冲表示（电波形）数字基带信号，就是数字消息代码的电脉冲表示（电波形）。同一组数字信息，根据不同的选择。同一组数字信息，根据不同的选择。同一组数字信息，根据不同的选择。同一组数字信息，根据不同的选择,可以可以可以可以(ky)(ky)得出得出得出得出不同的对应基带信号，其频谱结构也将因

2、此而不同。不同的对应基带信号，其频谱结构也将因此而不同。不同的对应基带信号，其频谱结构也将因此而不同。不同的对应基带信号，其频谱结构也将因此而不同。数字信息的电脉冲表示过程也叫码型变换数字信息的电脉冲表示过程也叫码型变换,长距离有长距离有线传输数字信号时，会造成低频分量和高频分量的衰减，线传输数字信号时，会造成低频分量和高频分量的衰减，为使基带信号在信道中传输时获得良好的传输性能，一为使基带信号在信道中传输时获得良好的传输性能，一般需要对原始基带信号进行适当的码型变换，使其适应般需要对原始基带信号进行适当的码型变换，使其适应信道传输特性的要求。信道传输特性的要求。第1页/共41页第二页，共41

3、页。传输码的码型选择(xunz)码型中低频和高频分量应尽量少，尤其频谱中不能含有直流分量。码型中应包含定时信息，不能有长的连0串或连1串。码型变换设备简单而可靠。码型应具有一定的检错能力(nngl)码型变换应与信源的统计特性无关第2页/共41页第三页，共41页。1010011+E0单极性单极性波形波形+E0单极性归单极性归零波形零波形1010011+E-E双极性归双极性归零波形零波形010100111010011+E-E双极性双极性波形波形0第3页/共41页第四页，共41页。1 1单极性不归零编码（单极性不归零编码（单极性不归零编码（单极性不归零编码（NRZNRZ）单极性不归零编码是最简单、最

4、基本的单极性不归零编码是最简单、最基本的单极性不归零编码是最简单、最基本的单极性不归零编码是最简单、最基本的编码，它使用正电压和零电位（编码，它使用正电压和零电位（编码，它使用正电压和零电位（编码，它使用正电压和零电位（+E +E 和和和和0 0）或负电压和零电位或负电压和零电位或负电压和零电位或负电压和零电位 表示数字信息表示数字信息表示数字信息表示数字信息“1”“1”和和和和“0”“0”。当出现连当出现连当出现连当出现连0 0或连或连或连或连1 1时，不利于接收端提取时，不利于接收端提取时，不利于接收端提取时，不利于接收端提取定时信息。定时信息。定时信息。定时信息。含有直流分量含有直流分量

5、含有直流分量含有直流分量波形波形波形波形(b xn)(b xn)的振幅和宽度容易受信道的振幅和宽度容易受信道的振幅和宽度容易受信道的振幅和宽度容易受信道衰减等多种因素的影响，不利于接收端衰减等多种因素的影响，不利于接收端衰减等多种因素的影响，不利于接收端衰减等多种因素的影响，不利于接收端判决电路的工作。判决电路的工作。判决电路的工作。判决电路的工作。传输时需要信道的一端接地。传输时需要信道的一端接地。传输时需要信道的一端接地。传输时需要信道的一端接地。3.1.1二元码第4页/共41页第五页，共41页。2 2单极性归零编码（单极性归零编码（单极性归零编码（单极性归零编码（RZRZ）单极性归零编码

6、对于数据单极性归零编码对于数据单极性归零编码对于数据单极性归零编码对于数据“1”“1”，对应一个，对应一个，对应一个，对应一个+脉冲或脉冲或脉冲或脉冲或 脉冲，脉冲脉冲，脉冲脉冲，脉冲脉冲，脉冲宽度比每位传输周期宽度比每位传输周期宽度比每位传输周期宽度比每位传输周期(zhuq)(zhuq)要要要要短，每个正电位或负电位持续时短，每个正电位或负电位持续时短，每个正电位或负电位持续时短，每个正电位或负电位持续时间间间间 小于码元周期小于码元周期小于码元周期小于码元周期(zhuq)T,(zhuq)T,即每即每即每即每个脉冲都要提前回到零电位；对个脉冲都要提前回到零电位；对个脉冲都要提前回到零电位；对

7、个脉冲都要提前回到零电位；对于数据于数据于数据于数据“0”“0”则不对应脉冲，仍按则不对应脉冲，仍按则不对应脉冲，仍按则不对应脉冲，仍按0 0电平传输。电平传输。电平传输。电平传输。可以直接提取位定时信号。可以直接提取位定时信号。可以直接提取位定时信号。可以直接提取位定时信号。第5页/共41页第六页，共41页。3 3双极性不归零编码双极性不归零编码双极性不归零编码双极性不归零编码（NRZNRZ）双极性不归零编码用双极性不归零编码用双极性不归零编码用双极性不归零编码用+E+E和和和和EE电平分别表示数字信息电平分别表示数字信息电平分别表示数字信息电平分别表示数字信息1 1和和和和0 0，整个码元

8、期间，整个码元期间，整个码元期间，整个码元期间(qjin)(qjin)电平保持不变。电平保持不变。电平保持不变。电平保持不变。0 0和和和和1 1等概出现时无直流成分，等概出现时无直流成分，等概出现时无直流成分，等概出现时无直流成分，但是，不利于提取同步定时但是，不利于提取同步定时但是，不利于提取同步定时但是，不利于提取同步定时信号。信号。信号。信号。第6页/共41页第七页，共41页。4双极性归零编码双极性归零编码（RZ）双极性归零编码用双极性归零编码用+E或或E电平分别表示数电平分别表示数字信息字信息“1”和和“0”，且，且相应脉冲宽度都比每位数相应脉冲宽度都比每位数据据(shj)所需传输周

9、期要所需传输周期要短，即脉冲持续时间小于短，即脉冲持续时间小于码元周期，每个码元结束码元周期，每个码元结束之前，都提前回到零电位。之前，都提前回到零电位。第7页/共41页第八页，共41页。以上四种(s zhn)传输码型的特点l l具有丰富的低频分量和直流分量。不能用于采用交流(jioli)耦合的信道传输。l l如果出现长“1”或“0”序列，没有电平跳变，不利于接收端定时信号的提取。l l不具有检测错误的能力，相邻码之间不存在相关制约的关系。第8页/共41页第九页，共41页。-E+E1010011传号传号差分差分波形波形0-E+E1010011空号空号差分差分波形波形03.1.2差分(ch fn

10、)码第9页/共41页第十页，共41页。差分(ch fn)码的特点差分码用相邻码元之间是否发生电平跳变分别表示数字信息1和0。他的信码1和0与电平之间不存在(cnzi)绝对对应关系，而是相对于前一码元的电平变化，因而又称为相对码。第10页/共41页第十一页，共41页。3.1.3非归零单极性码的功率(gngl)谱数字基带信号是随机的脉冲序列，不能用确定的时间(shjin)函数来表示，也没有确定的频谱函数，只能用功率谱来描述它的频域特性。第11页/共41页第十二页，共41页。一、数字一、数字一、数字一、数字(shz)(shz)基带信号的数学表示基带信号的数学表示基带信号的数学表示基带信号的数学表示其

11、中其中(qzhng)：TS为码元宽度为码元宽度Esc第12页/共41页第十三页，共41页。g(t)g1(t+Ts)g2(t-2Ts)0t基基 带带 信信 号号 波波 形形 示示 意意 图图TS-TS/2TS/20g1(t)t-TS/2TS/20g2(t)t数字基带信号数字基带信号(xnho)的波形的波形第13页/共41页第十四页，共41页。二、基带信号二、基带信号(xnho)功率谱密功率谱密度计算度计算1 1、常用功率谱密度的计算方法、常用功率谱密度的计算方法、常用功率谱密度的计算方法、常用功率谱密度的计算方法（1 1）先求自相关函数，再根据）先求自相关函数，再根据）先求自相关函数，再根据）先

12、求自相关函数，再根据(gnj)(gnj)自相关函数求功率谱自相关函数求功率谱自相关函数求功率谱自相关函数求功率谱（2 2）根据）根据）根据）根据(gnj)(gnj)表达式直接求功率表达式直接求功率表达式直接求功率表达式直接求功率谱谱谱谱2、计算功率密度的步骤、计算功率密度的步骤 （1）截短函数表示法）截短函数表示法 （2）交变）交变(jio bin)部分和稳态部部分和稳态部分的功率谱分的功率谱（3）功率谱密度的计算）功率谱密度的计算Home第14页/共41页第十五页，共41页。1.截短函数截短函数(hnsh)表示表示 Home第15页/共41页第十六页，共41页。sT(t)的稳态波（均值的稳态

13、波（均值(jn zh)）为：）为：ST(t)的交变的交变(jio bin)部分部分为：为：Homeun(t)=第16页/共41页第十七页，共41页。un(t)Home第17页/共41页第十八页，共41页。交变波的功率交变波的功率交变波的功率交变波的功率(gngl)(gngl)谱密度谱密度谱密度谱密度Pu(Pu()P Pu u()=)=T=(2N+1)TS第18页/共41页第十九页，共41页。Home第19页/共41页第二十页，共41页。稳态波的功率稳态波的功率稳态波的功率稳态波的功率(gngl)(gngl)谱密度谱密度谱密度谱密度PaPa（）第20页/共41页第二十一页，共41页。Home第2

14、1页/共41页第二十二页，共41页。基带信号基带信号(xnho)的功率谱密度的功率谱密度P（）第22页/共41页第二十三页，共41页。第23页/共41页第二十四页，共41页。当0和1等概出现时，即P=1/2时，脉冲序列的功率(gngl)谱表达式可以简化为：第24页/共41页第二十五页，共41页。非归零单极性码的功率(gngl)谱1010011 A0单极性单极性波形波形第25页/共41页第二十六页，共41页。设设g(t)g(t)是幅度是幅度(fd)(fd)为为1 1的矩形脉冲，则：的矩形脉冲，则：第26页/共41页第二十七页，共41页。离散谱是否离散谱是否(sh fu)(sh fu)存在，取决于

15、存在，取决于G(f)G(f)在在f=nfsf=nfs的取值，的取值，第27页/共41页第二十八页，共41页。功率谱的第一个过零点在f=fs处，因此(ync)单极性非归零码的谱零点带宽为：Bs=fs第28页/共41页第二十九页，共41页。Home3.1.4非归零双极性码的功率(gngl)谱1010011+A-A双极性双极性波形波形0第29页/共41页第三十页，共41页。设g(t)是幅度(fd)为1的矩形脉冲，则：非归零双极性码的功率(gngl)谱表达式为：功率谱的第一个过零点(ln din)在f=fs处，因此双极性非归零码的谱零点(ln din)带宽为：Bs=fs第30页/共41页第三十一页，共

16、41页。一、传号交替(jiot)反转码AMI编码原理为：“0”仍为“0”，“1”交替(jiot)地变为“+1”或“-1”。3.1.5伪三元(sn yun)码及其功率谱第31页/共41页第三十二页，共41页。三元码就是(jish)用信号幅度的三种取值表示二进制信码数字信息0用0电平表示，数字信息1则用交替的+1和-1的半占空归零码表示。+100-1+1-10+E0-E010011100第32页/共41页第三十三页，共41页。无直流分量，低频分量也较小，利于在不允许直流和低无直流分量，低频分量也较小，利于在不允许直流和低频信号通过的介质和信道中传输；能量主要集中在频信号通过的介质和信道中传输；能量

17、主要集中在1/21/2码元速率处；由于数据码元速率处；由于数据“1”“1”对应的传输码极性正对应的传输码极性正负交替出现，有利于误码的检测；将基带信号全波整负交替出现，有利于误码的检测；将基带信号全波整流后，变为单极性归零码，便可从中提取位定时流后，变为单极性归零码，便可从中提取位定时(dn sh)(dn sh)信号。信号。特点：特点：传输效率高传输效率高编译码设备简单编译码设备简单缺点：其性能与信源的统计特性密切相关。当出现长时缺点：其性能与信源的统计特性密切相关。当出现长时间的连间的连0 0串时，造成提取定时串时，造成提取定时(dn sh)(dn sh)信号的困难。信号的困难。AMI码的特

18、点(tdin)第33页/共41页第三十四页，共41页。二、三阶(sn ji)高密度双极性码HDB3信息信息(xnx)(xnx)代码：代码：1000 0 1000 0 1 1 1000 0 1000 0 1 1 000 0 1 1000 0 1 1AMIAMI码：码：-1000 0 +1000 0 -1+1 000 0 -1000 0 +1000 0 -1+1 000 0 -1+11+1HDB3HDB3码：码：-1000 -V+1000 +V-1+1-B00 V-1000 -V+1000 +V-1+1-B00 V+1-1+1-1信息信息(xnx)(xnx)代码：代码：1 1 000 0 000

19、0 1 1 1 1 000 0 000 0 1 1 000 0 0 1 0000 0 0 1 0AMIAMI码：码：+1-1 000 0 000 0 +1-1 000 0 0+1 +1-1 000 0 000 0 +1-1 000 0 0+1 0 0HDB3HDB3码：码：+1-1 000-V+B00+V-1+1-B00-V 0+1+1-1 000-V+B00+V-1+1-B00-V 0+1 0 0第34页/共41页第三十五页，共41页。（1）编码原理为：）编码原理为：将消息代码变为将消息代码变为AMI码码检查连检查连0串中串中0的个数，当出现的个数，当出现4个以上连个以上连0串时，串时，将第

20、四个将第四个0变为与前一非零符号（变为与前一非零符号（+1或或-1）同极性的符号，该符号称为破坏符号，用符同极性的符号，该符号称为破坏符号，用符号号V表示。表示。当相邻当相邻V符号之间有偶数符号之间有偶数(u sh)个非个非0符号时，符号时，此时应将后一连此时应将后一连0小段的第小段的第1个零变换成个零变换成B符符号，号，B符号的极性与前一非符号的极性与前一非0符号的极性相反。符号的极性相反。并让后面的非并让后面的非0符号从符号从V符号开始交替。符号开始交替。第35页/共41页第三十六页，共41页。Return（2）特点：）特点：无直流成分，低频无直流成分，低频(dpn)分量小分量小对信源透明

21、对信源透明传输效率高传输效率高,性能与信息源的统计特性基本无关性能与信息源的统计特性基本无关具有内在检错能力具有内在检错能力译码设备简单译码设备简单HDB3码将连码将连0串减少到三个以下，解决了串减少到三个以下，解决了AMI码码遇到连遇到连0串无法提取定时信号的难题。串无法提取定时信号的难题。缺点：编码较复杂。缺点：编码较复杂。第36页/共41页第三十七页，共41页。使用使用(shyng)时，直接删时，直接删除本页！除本页！精品课件，你值得精品课件，你值得(zh d)拥有！拥有！精品课件，你值得精品课件，你值得(zh d)拥有！拥有！第37页/共41页第三十八页，共41页。使用时，直接使用时，

22、直接(zhji)删删除本页！除本页！精品课件，你值得精品课件，你值得(zh d)拥有！拥有！精品精品(jn pn)课件，你值课件，你值得拥有！得拥有！第38页/共41页第三十九页，共41页。使用使用(shyng)时，直接删时，直接删除本页！除本页！精品课件，你值得精品课件，你值得(zh d)拥有！拥有！精品课件，你值得精品课件，你值得(zh d)拥有！拥有！第39页/共41页第四十页，共41页。（3）译码简单HDB3码编码规则比较复杂，但是(dnsh)译码比较简单。破坏符号V总是与他之前的第一个非零符号极性相同，因此，接收端很容易从接收序列中找到破坏点V，则该V符号及其之前的三个符号必然都是0，从而恢复出四个连0码，再将所有的-1都变为+1后，便可得到原二进制数字序列。第40页/共41页第四十一页，共41页。