第6章数字基带传输系统1.ppt

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1、第六章第六章 数字信号基带传输系统数字信号基带传输系统6.0 引言引言6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型6.3 数字基带信号传输与码间串扰数字基带信号传输与码间串扰6.4 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性6.6 部分响应系统部分响应系统 6.5 基带传输系统的抗噪声性能基带传输系统的抗噪声性能6.6 眼图眼图作业作业6.7 部部分响应和时域均衡分响应和时域均衡 6.0 引言引言数字通信系统中两个重要变换数字通信系统中两个重要变换 消息（离散的或连续的）与数字基带信号间的变换，数消息（离散的或连续的）与数字基带信号

2、间的变换，数字基带信号与信道信号间的变换字基带信号与信道信号间的变换。什么是数字基带信号？什么是数字基带信号？未经调制的数字信号；含丰富的低频分量，甚至直流分量。未经调制的数字信号；含丰富的低频分量，甚至直流分量。什么是数字基带传输？什么是数字基带传输？不经载波调制而在信道中直接传输数字基带信号的系统；不经载波调制而在信道中直接传输数字基带信号的系统；如在某些具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离不如在某些具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下。太远的情况下。什么是数字频带（带通）传输？什么是数字频带（带通）传输？数字基带信号经过载波调制，把频谱搬移到高载波处在数字基带信号经

3、过载波调制，把频谱搬移到高载波处在带通型信道中的传输，带通型信道中的传输，也称为调制或载波传输。也称为调制或载波传输。1、在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广泛采用了这种传输方式；基带传输方式在迅速泛采用了这种传输方式；基带传输方式在迅速发展。目前，它不仅用于低速数据传输，而且发展。目前，它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输。还用于高速数据传输。2、数字基带传输中包含频带传输的许多基本问、数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题，也就是说，基带传输系统的许多问题也是题，也就是说，基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题频带传输系统必

4、须考虑的问题。3、任何一个采用线性调制的频带传输系统可等任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基带传输系统来研究。效为基带传输系统来研究。为什么要研究数字基带传输系统？为什么要研究数字基带传输系统？图图 6 6-1-1数字基带传输系统数字基带传输系统信道信号形成器信道信号形成器：基带传输系统的输入是由终基带传输系统的输入是由终端设备或编码器产生的脉冲序列，它不一定适合直端设备或编码器产生的脉冲序列，它不一定适合直接在信道中传输。信道信号形成器的作用就是把原接在信道中传输。信道信号形成器的作用就是把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变

5、换主要是通过码型变换和波形变换来实现的，种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。利于同步提取和抽样判决。码型变换将二进制脉冲序列变为双极性码；波形码型变换将二进制脉冲序列变为双极性码；波形变换减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。变换减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。信道：信道：允许基带信号通过的媒质。通常为有线信道，允许基带信号通过的媒质。通常为有线信道，如如市话电缆、架空明线等。市话电缆、架空明线等。信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，甚信道的传输特性通常不满足无失真

6、传输条件，甚至是随机变化的。至是随机变化的。信道还会进入噪声。信道还会进入噪声。在通信系统的分析中，常常在通信系统的分析中，常常把噪声把噪声n(t)等效，集中在信道中引入。等效，集中在信道中引入。接收滤波器：接收滤波器：包括匹配滤波器、均衡器包括匹配滤波器、均衡器匹配滤波器用来尽可能排除信道噪声和其它干匹配滤波器用来尽可能排除信道噪声和其它干扰；扰；均衡器对信道特性均衡，消除信道冲激响应对均衡器对信道特性均衡，消除信道冲激响应对信号的干扰，使输出的基带波形有利于抽样判信号的干扰，使输出的基带波形有利于抽样判决。决。抽样判决器：抽样判决器：它是在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时它是在传输特性

7、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。而用来抽进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。而用来抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信号中样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信号中提取，位定时的准确与否将直接影响判决效果，这提取，位定时的准确与否将直接影响判决效果，这一点将在第一点将在第1111章中详细讨论。章中详细讨论。研究的目标：研究的目标：可靠性：可靠性：在接收端要以最小的错误概率恢复在接收端要以最小的错误概率恢复出发送序列出发送序列 a an n，也就是要研究误码率与系统也就

8、是要研究误码率与系统的什么参数有关，如何能使误码率达到最小。的什么参数有关，如何能使误码率达到最小。有效性：有效性：基带传输系统的带宽都是有限的，基带传输系统的带宽都是有限的，在有限带宽情况下如何尽可能提高码元速率。在有限带宽情况下如何尽可能提高码元速率。6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性6.1.1数字基带信号数字基带信号 数字基带信号是指消息代码的电波形，它是数字基带信号是指消息代码的电波形，它是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。数用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。数字基带信号字基带信号(以下简称为基带信号以下简称为基带信号)的类型有很多，的类型有很多，常见

9、的有矩形脉冲、三角波、高斯脉冲和升余弦常见的有矩形脉冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。最常用的是矩形脉冲，因为矩形脉冲易脉冲等。最常用的是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换，下面就以矩形脉冲为例介绍几种于形成和变换，下面就以矩形脉冲为例介绍几种最常见的基带信号波形。最常见的基带信号波形。这这种种信信号号脉脉冲冲的的零零电电平平和和正正电电平平分分别别对对应应着着二二进进制制代代码码0 0和和1 1，或或者者说说，它它在在一一个个码码元元时时间间内用脉冲的有或无来对应表示内用脉冲的有或无来对应表示0 0或或1 1码。码。1.1.单极性不归零波形单极性不归零波形特点：极性单一，有直流分量，脉冲

10、之间无间隔。特点：极性单一，有直流分量，脉冲之间无间隔。另外位同步信息包含在电平的转换之中，当出现连另外位同步信息包含在电平的转换之中，当出现连0 0序列时没有位同步信息。序列时没有位同步信息。脉脉冲冲的的正正、负负电电平平分分别别对对应应于于二二进进制制代代码码1、0，由由于于它它是是幅幅度度相相等等极极性性相相反反的的双双极极性性波波形形，故故当当0、1符符号号等等可可能能出出现现时时无无直直流流分分量量。这这样样，恢恢复复信信号号的的判判决决电电平平为为0，因因而而不不受受信信道道特特性性变变化化的的影影响响，抗抗干干扰扰能能力力也也较较强强。故故双双极极性性波波形形有有利利于于在在信信

11、道道中传输。中传输。2.双极性不归零波形双极性不归零波形 单极性归零波形与单极性不归零波形的区别是有单极性归零波形与单极性不归零波形的区别是有电脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码电脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平，所以称为归零波形。元长度内总要回到零电平，所以称为归零波形。单极性归零波形可以直接提取定时信息，是其他波单极性归零波形可以直接提取定时信息，是其他波形提取位定时信号时需要采用的一种过渡波形。形提取位定时信号时需要采用的一种过渡波形。3.单极性归零波形单极性归零波形 它是双极性波形的归零形式。每个码元内的它是双极性波形的归零形式。每个码元内的脉冲

12、都回到零点平，即相邻脉冲之间必定留有零脉冲都回到零点平，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。它除了具有双极性不归零波电位的间隔。它除了具有双极性不归零波形的特形的特点外，还有利于同步脉冲的提取。点外，还有利于同步脉冲的提取。4.4.双极性归零波形双极性归零波形 5.5.差分波形差分波形这种波形不是用码元本身的电平表示消息代码，这种波形不是用码元本身的电平表示消息代码，而是用而是用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码。相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码。电平变表示电平变表示1 1，不变表示，不变表示0 0，也可以反过来。由于差分波，也可以反过来。由于差分波形是以相邻脉冲电平的相对变化来

13、表示代码，因此称为相形是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码，因此称为相对码，而相应地称前面的单极性或双极性波形为绝对码波对码，而相应地称前面的单极性或双极性波形为绝对码波形。形。用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响，在用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响，在相位调制系统中用于解决载波相位模糊问题。相位调制系统中用于解决载波相位模糊问题。6.多电平波形多电平波形 当当多多于于一一个个二二进进制制符符号号对对应应一一个个脉脉冲冲的的时时候候。波波形形统统称称为为多多电电平平波波形形或或多多值值波波形形。例例如如，若若令令两两个个二二进进制制符符号号00对对应应+3E，01对对应应+

14、E，10对对应应-E，11对对应应+3E，则则所所得得波波形形为为4电电平平波波形形。由由于于这这种种波波形形的的一一个个脉脉冲冲可可以以代代表表多多个个二二进进制制符符号号，故故在在高高数数据速率传输系统中，采用这种信号形式是适宜的。据速率传输系统中，采用这种信号形式是适宜的。0000E3-011110011101E+E-E3+消消息息代代码码的的电电波波形形并并非非一一定定是是矩矩形形的的，还还可可以以是是其其他他形形式式。但但无无论论采采用用什什么么形形式式的的波波形形，数数字字基基带带信信号号都都可可用用数数学学式式表表示示出出来来。若若数数字字基基带带信信号号中中各各码码元元波波形形

15、相相同而取值不同，则可表示为同而取值不同，则可表示为式式中中，an是是第第n个个信信息息符符号号所所对对应应的的电电平平值值(0、1或或-1、1等等)；Ts为码元间隔；为码元间隔；g(t)为某种脉冲波形。为某种脉冲波形。对于二进制代码序列，若令对于二进制代码序列，若令g1(t)代表代表“0”，g2(t)代代表表“1”，则，则 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性研研究究基基带带信信号号的的频频谱谱，可可以以了了解解信信号号带带宽宽，有有无无直直流流分分量量，有有无无定定时时分分量量。这这样样才才能能选选择择匹匹配配的的信道，确定是否可提取定时信号。信道，确定是否可提取定时信号。数数

16、字字基基带带信信号号是是随随机机的的脉脉冲冲序序列列，只只能能用用功功率率谱谱来来描描述述它它的的频频谱谱特特性性。由由相相关关函函数数去去求求功功率率谱谱密密度度的的方方法法计计算算比比较较复复杂杂。一一种种比比较较简简单单的的方方法法是是以以功功率谱的原始定义求出数字随机序列的功率谱公式。率谱的原始定义求出数字随机序列的功率谱公式。设设二二进进制制的的随随机机脉脉冲冲序序列列如如图图 5-4所所示示，其其中中，g1(t)表表示示“0”码码，g2(t)表表示示“1”码码。g1(t)和和g2(t)可可以以是是任任意意的的脉脉冲冲，为为了了便便于于在在画画图图，这这里里我我们把们把g1(t)、g

17、2(t)画成三角波。画成三角波。假假设设序序列列中中任任一一码码元元时时间间Ts内内g1(t)和和g2(t)出出现现的的概概率率分分别别为为P和和1-P，且且认认为为它它们们的的出出现现是是统统计计独独立立的的，则则s(t)可用式可用式(5.2-2)表征，即表征，即s(t)的功率谱密度为的功率谱密度为其中其中 是是 的傅立叶变换，而的傅立叶变换，而sT(t)是是s(t)的短截。即的短截。即 为了使频谱分析的物理概念清楚，推导过程简化，为了使频谱分析的物理概念清楚，推导过程简化，我们可以把我们可以把s(t)分解成稳态波分解成稳态波v(t)和交变波和交变波u(t)。所谓稳态波，即随机序列所谓稳态波

18、，即随机序列s(t)的统计平均分量，它取的统计平均分量，它取决于每个码元内出现决于每个码元内出现g1(t)和和g2(t)的概率加权平均，的概率加权平均，因此可表示成因此可表示成 由于由于v(t)在每个码元内的统计平均波形相同，故在每个码元内的统计平均波形相同，故v(t)是以是以Ts为周期的周期信号。为周期的周期信号。交变波交变波u(t)是是s(t)与与v(t)之差，即之差，即于是于是式中式中 或写成或写成其中其中显然，显然，u(t)是一个随机脉冲序列是一个随机脉冲序列。稳态波稳态波v(t)的功率谱为的功率谱为交变交变波波u(t)的功率谱为的功率谱为总的功率谱由总的功率谱由v(t)的功率谱和的功

19、率谱和u(t)的功率谱相加的功率谱相加即（即（5.2-24）（1）对于单极性波形若设）对于单极性波形若设g1(t)=0，g2(t)=g(t),则则(双边双边)功率谱为：功率谱为：等概（等概（P=1/2）时，时，上式简化为上式简化为若若波形为矩形波，则波形为矩形波，则则则功率谱简化为功率谱简化为（2）对于双极性波形，设）对于双极性波形，设g1(t)=-g2(t)=g(t),则则(双双边边)功率谱为：功率谱为：等概（等概（P=1/2）时，时，上式简化为上式简化为若若波形为矩形波形，则波形为矩形波形，则由上式可见：由上式可见：二进制随机脉冲序列的功率谱二进制随机脉冲序列的功率谱Ps(f)可能包含连续

20、谱可能包含连续谱（第一项）和离散谱（第二项）。（第一项）和离散谱（第二项）。连续谱总是存在的，这是因为代表数据信息的连续谱总是存在的，这是因为代表数据信息的g1(t)和和g2(t)波形不能完全相同，故有波形不能完全相同，故有G1(f)G2(f)。谱。谱的形状取决于的形状取决于g1(t)和和g2(t)的频谱以及出现的概率的频谱以及出现的概率P。离散谱是否存在，取决于离散谱是否存在，取决于g1(t)和和g2(t)的波形及其的波形及其出现的概率出现的概率P。一般情况下，它也总是存在的，但对。一般情况下，它也总是存在的，但对于双极性信号于双极性信号 g1(t)=-g2(t)=g(t)，且概率，且概率P

21、=1/2（等概）时，则没有离散分量（等概）时，则没有离散分量(f-mfs)。根据离散谱。根据离散谱可以确定随机序列是否有直流分量和定时分量。可以确定随机序列是否有直流分量和定时分量。例：单极性例：单极性NRZNRZ和和RZRZ矩形脉冲序列的功率谱。矩形脉冲序列的功率谱。例：双极性例：双极性NRZNRZ和和RZRZ矩形脉冲序列的功率谱矩形脉冲序列的功率谱6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 若一个变若一个变换器把数字基带信号变换成适合于基带换器把数字基带信号变换成适合于基带信道传输的基带信号，则称此变换器为数字基带调信道传输的基带信号，则称此变换器为数字基带调制器；相反，把信道基带信号变

22、换成原始数字基带制器；相反，把信道基带信号变换成原始数字基带信号的变换器，称之为基带解调器。以上两者，合信号的变换器，称之为基带解调器。以上两者，合称为称为“基带调制解调器基带调制解调器”。基带调解器设计中的首。基带调解器设计中的首要问题就是本节要讨论的码型选择问题。要问题就是本节要讨论的码型选择问题。基带信号是代码的一种电表示形式。在实际的基基带信号是代码的一种电表示形式。在实际的基带传输系统中，并不是所有的基带电波形都能在信带传输系统中，并不是所有的基带电波形都能在信道中传输。道中传输。单极性基带波形含有直流分量和较丰富低频分量单极性基带波形含有直流分量和较丰富低频分量就不适宜在低频传输特

23、性差的信道中传输，因为它就不适宜在低频传输特性差的信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。有可能造成信号严重畸变。当消息代码中包含长串的连续当消息代码中包含长串的连续“1”1”或或“0”0”符号符号时，非归零波形呈现出连续的固定电平，因而无法时，非归零波形呈现出连续的固定电平，因而无法获取定时信息。获取定时信息。单极性归零码在传送连单极性归零码在传送连“0”0”时，存在同样的问题。时，存在同样的问题。对传输用的基带信号的主要要求有对传输用的基带信号的主要要求有：对代码的要求对代码的要求，原始消息代码必须编成适合于，原始消息代码必须编成适合于传输用的码型；传输用的码型；对所选码型的电波形要求对

24、所选码型的电波形要求，电波形应适合于基，电波形应适合于基带系统的传输。带系统的传输。前者属于传输码型的选择，后者是基带脉冲前者属于传输码型的选择，后者是基带脉冲的选择。这是两个既独立又有联系的问题。的选择。这是两个既独立又有联系的问题。不含直流，且低频分量尽量少；不含直流，且低频分量尽量少；应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号；提取定时信号；功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带；功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带；不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；源的变化；具有内在的检错能力，即码型应具有

25、一定规律具有内在的检错能力，即码型应具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观监测。性，以便利用这一规律性进行宏观监测。编译码简单，以降低通信延时和成本。编译码简单，以降低通信延时和成本。满足或部分满足以上特性的传输码型种类很多，满足或部分满足以上特性的传输码型种类很多，下面将介绍目前常用的几种。下面将介绍目前常用的几种。传输码的码型选择原则传输码的码型选择原则：1、AMI码码传号交替反转码传号交替反转码(Alternate Mark Invertion)编码规则：将二进制消息代码编码规则：将二进制消息代码“1”(传号传号)交替地变交替地变换为传输码的换为传输码的“+1”和和“-1”，而，而“

26、0”(空号空号)保持不保持不变。变。例例：消息代码：消息代码：1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 AMI 码：码：+1 0 0 1 +1 0 0 0 1 +1 AMI 波形波形 代码代码 波形波形 一位二进制码编为一位三进制码，一位二进制码编为一位三进制码，1B/1T码。码。优点：优点：没有直流成分，且高、低频分量少，编没有直流成分，且高、低频分量少，编译码电路简单，且可利用传号极性交替这一规律译码电路简单，且可利用传号极性交替这一规律观察误码情况；如果它是观察误码情况；如果它是AMI-RZ波形，接收后只波形，接收后只要全波整流，就可变为单极性要全波整流，就可变为单极性RZ波形，从中可以波

27、形，从中可以提取位定时分量提取位定时分量。缺点：当原信码出现连缺点：当原信码出现连“0”串时，信号的电平串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。解决连解决连“0”码问题的有效方法之一是采用码问题的有效方法之一是采用HDB3码。码。编码规则：编码规则：(1)当连当连0个数不超过个数不超过3时，仍按时，仍按AMI码的规则编，即码的规则编，即传号极性交替；传号极性交替；(2)连连0个数超过个数超过3时，每时，每4个连个连0段变为段变为000V或或B00V（称为取代节），当相邻称为取代节），当相邻V码间有奇数个码间有奇数个1时，时，用用000V，相邻

28、相邻V码间有偶数个码间有偶数个1时，用时，用B00V，其余其余0、1码仍为码仍为0、1码。码。(3)极性规则：极性规则：1码与码与B码一起做极性交替，码一起做极性交替，V码亦做码亦做极性交替；极性交替；V码必须与前一个码必须与前一个1码或码或B码同极性。码同极性。(4)所有所有B、V码均改为码均改为 1码，即得码，即得HDB3码。码。2、HDB3码码High Density Bipolar 3例例代码波形代码波形 HDB3 波形波形 AMI 波形波形 例例：消息码：消息码：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 l AMI码：码：-1 0 0 0 0+1

29、 0 0 0 0 -1+1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1HDB码：码：-1 0 0 0 V+1 0 0 0+V -1+1-B 0 0 V+B 0 0+V -l 其中的其中的 V脉冲和脉冲和 B脉冲与脉冲与 1脉冲波形相同，用脉冲波形相同，用V或或B符号表示的目的是为了示意该非符号表示的目的是为了示意该非“0”码是由原信码是由原信码的码的“0”变换而来的。变换而来的。特点：特点：1）每一个破坏点）每一个破坏点V 的极性总是与前一个非的极性总是与前一个非0符号的极性相符号的极性相同。同。B也视为非也视为非0符号。符号。2）只要找到破坏点）只要找到破坏点V，就可判断其前面必为就可判断其前面必

30、为3个连个连0符号。符号。3）利于提取定时时钟）利于提取定时时钟由相邻两个同极性码找出由相邻两个同极性码找出V码，同极性码中的后面那个码码，同极性码中的后面那个码为破坏脉冲为破坏脉冲V；由由V向前数第三个码如果不是零码，表明它是向前数第三个码如果不是零码，表明它是B码；码；把把V码和码和B码去掉以后留下来的全是信码；码去掉以后留下来的全是信码；HDB3:-1 0 0 0 1+1 0 0 0 +1-1 +1-1 0 0 1 +1 -1译码译码1：-1 0 0 0 V+1 0 0 0 +V-1+1-B 0 0 V +1 -1译码译码2：-1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1+1 0 0

31、0 0 +1 -1代码：代码：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 译码规则：译码规则：3、双相码、双相码(曼彻斯特码曼彻斯特码)编编码码规规则则之之一一：0码码用用01两两位位码码表表示示，1码码用用10两两位位码表示，例如：码表示，例如：代码：代码：1 1 0 0 1 0 1 双相码：双相码：10 10 01 01 10 01 10 优缺点：优缺点：双相码波形是一种双极性双相码波形是一种双极性NRZ波形，只有波形，只有极性相反的两个电平。它在每个码元间隔极性相反的两个电平。它在每个码元间隔的中心点都存在电平跳变，所以含有丰富的中心点都存在电平跳变，所以含有

32、丰富的位定时信息，且没有直流分量，编码过的位定时信息，且没有直流分量，编码过程也简单。缺点是占用带宽加倍，使频带程也简单。缺点是占用带宽加倍，使频带利用率降低。利用率降低。编码规则：编码规则：“1”码用码元持续时间中心点出现跳变表示，码用码元持续时间中心点出现跳变表示，即用即用“10”或或“01”表示；表示；“0”码分两种情况处理：码分两种情况处理：l对于单个对于单个“0”时，在码元持续间内不出现电平时，在码元持续间内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跳变跃变，且与相邻码元的边界处也不跳变;l连连0串串 在两个在两个0码的边界处出现电平跳变，码的边界处出现电平跳变，即即00与与11交替。

33、交替。4、miller(密勒）码密勒）码双相码的变形双相码的变形特点特点:1、由、由Miller码确定的基带信号无直流分量码确定的基带信号无直流分量;2、元宽度比双向码大，元宽度比双向码大，Miller码中出现最大宽度为码中出现最大宽度为 2Ts的波形，这一性质可用于误码检测；的波形，这一性质可用于误码检测；代码波形代码波形 双向码波形双向码波形 密勒码波形密勒码波形 例：例：编码规则：编码规则：1码交替用码交替用11或或00表示；表示；0码用码用01表示。表示。CMI码有较多的电平跃变，因此含有丰富的定时信码有较多的电平跃变，因此含有丰富的定时信息。此外，由于息。此外，由于10为禁用码组，不

34、会出现为禁用码组，不会出现3个以上的个以上的连码，这个规律可用来检错。连码，这个规律可用来检错。CMI码易于实现，是码易于实现，是CCITT推荐的推荐的PCM高次群采用的接口码型，在速率高次群采用的接口码型，在速率低于低于8.448 Mb/s的光纤传输系统中有时也用作线路传的光纤传输系统中有时也用作线路传输码型。输码型。代代码:0 01 11 10 00 01 10 01 1CMICMI码:010111110000010101011111010100005、CMI码码 在数字双相码、密勒码和在数字双相码、密勒码和CMI码中，每个原二进制信码码中，每个原二进制信码都用一组都用一组2位的二进码表示

35、，因此这类码又称为位的二进码表示，因此这类码又称为1B2B码。码。6、nBmB码码 nBmB码是把原信息码流的码是把原信息码流的n位二进制码作为一组，位二进制码作为一组，编成编成m位二进制码的新码组。位二进制码的新码组。由由于于mn，新新码码组组可可能能有有2m种种组组合合，故故多多出出(2m-2n)种种组组合合。从从中中选选择择一一部部分分有有利利码码组组作作为为可可用用码码组组，其其余余为为禁禁用用码码组组，以以获获得得好好的的特特性性。在在光光纤纤数数字字传传输输系系统统中中，通通常常选选择择mn+1，有有1B2B码码、2B3B、3B4B码码以以及及5B6B码码等等，其其中中，5B6B码

36、码型型已已实用化，用作三次群和四次群以上的线路传输码型。实用化，用作三次群和四次群以上的线路传输码型。7、4B3T 1B1T码的传输效率偏低。码的传输效率偏低。4B3T码型是码型是1B1T码型的改进型，它把码型的改进型，它把4个二进制码变换成个二进制码变换成3个三元个三元码。显然，在相同的码速率下，码。显然，在相同的码速率下，4B3T码的信息容码的信息容量大于量大于1B1T，因而可提高频带利用率。因而可提高频带利用率。4B3T码码适用于较高速率的数据传输系统，如高次群同轴电适用于较高速率的数据传输系统，如高次群同轴电缆传输系统缆传输系统。6.3 基数字带脉冲传输与码间串扰基数字带脉冲传输与码间

37、串扰6.3.1 数字基带信号数字基带信号传输系统的组成传输系统的组成6.3.2数字基带信号数字基带信号传输传输定量分析定量分析6.3.1 数字基带信号传输系统的组成数字基带信号传输系统的组成发送端：形成发送端：形成原生基带信号原生基带信号并将其送入信道。并将其送入信道。接收端：为抑制噪声，加接收滤波器，并用判决接收端：为抑制噪声，加接收滤波器，并用判决识别电路从接收信号中获得识别电路从接收信号中获得再生基带信号再生基带信号。原生基带信号与再生基带信号之间不可避免地存在原生基带信号与再生基带信号之间不可避免地存在差异，差异，存在差异的原因：存在差异的原因：1）系统传输性能不理想）系统传输性能不理

38、想 2）加性噪声影响）加性噪声影响 3）抽样点偏离（同步性能不好引起）抽样点偏离（同步性能不好引起）输入信号输入信号 码型变换后码型变换后 传输的波形传输的波形 信道输出信道输出 接收滤波输出接收滤波输出 位定时脉冲位定时脉冲恢复的信息恢复的信息 错误码元错误码元 abcefg脉冲形脉冲形成器成器发送滤发送滤波器波器信信道道接收滤接收滤波器波器抽样判抽样判决器决器码元码元再生再生同步提取同步提取定时脉冲定时脉冲噪声噪声d再生信号波形再生信号波形判决判决t再生再生t收基带收基带t判决门限判决门限两种误码原因：码间串扰、信道加性噪声两种误码原因：码间串扰、信道加性噪声6.3.2 数字基带信号传输的

39、定量分析数字基带信号传输的定量分析发送发送GT()传输传输C()+接收接收GR()识别判决识别判决电路电路 an d(t)r(t)ann(t)s(t)假设：假设：an 发送滤波器的输入符号序列，取值发送滤波器的输入符号序列，取值为为0、1或或-1，+1。d(t)对应的基带信号对应的基带信号发送滤波器输出发送滤波器输出式中式中 gT(t)发送滤波器的冲激响应。发送滤波器的冲激响应。设发送滤波器的传输特性为设发送滤波器的传输特性为GT()，则有，则有 发送发送GT()传输传输C()+接收接收GR()识别判决识别判决电路电路 an d(t)r(t)ann(t)s(t)是加性噪声是加性噪声 通过接受滤

40、波器后的通过接受滤波器后的波形波形 总传输特性总传输特性 再设信道的传输特性为再设信道的传输特性为C()，接收滤波器的传输，接收滤波器的传输特性为特性为GR()，则基带传输系统的总传输特性为，则基带传输系统的总传输特性为其单位冲激响应为其单位冲激响应为第第k个码元的个码元的在接收端在接收端tk时时刻的输出值。刻的输出值。第第k个码元之外所有的个码元之外所有的码元在码元在t=tk时刻造成的时刻造成的干扰总和。称为干扰总和。称为码间码间串扰串扰。将接收滤波器的输出将接收滤波器的输出r(t)送到采样判决器进行采样判送到采样判决器进行采样判决。第决。第k个采样时刻个采样时刻 tk=kTs+t0，t0为

41、信道和接收滤波器为信道和接收滤波器所造成的延迟时间。因此在第所造成的延迟时间。因此在第k个时刻的抽样值为个时刻的抽样值为:信道中随机噪信道中随机噪声在声在t=tk时刻时刻对对ak的干扰值。的干扰值。第第k个码元波形的抽样值，它是确定个码元波形的抽样值，它是确定ak的依据。的依据。除第除第k个码元以外的其他码元波形在第个码元以外的其他码元波形在第k个抽样时个抽样时刻上的总和，它对当前码元刻上的总和，它对当前码元ak的判决起着干扰的作的判决起着干扰的作用，所以称为用，所以称为码间串扰值码间串扰值。由于。由于an是以概率出现的，是以概率出现的，故码间串扰值通常是一个故码间串扰值通常是一个随机变量随机

42、变量。输出噪声在抽样瞬间的值，它是一种输出噪声在抽样瞬间的值，它是一种随机干扰随机干扰，也要影响对第也要影响对第k个码元的正确判决。个码元的正确判决。实际抽样值不仅有本码元的值，还有码间串扰值实际抽样值不仅有本码元的值，还有码间串扰值及噪声，故当及噪声，故当r(kTs+t0)加到判决电路时，对加到判决电路时，对ak取值取值的判决可能判对也可能判错。例如，在二进制数字通的判决可能判对也可能判错。例如，在二进制数字通信时，信时，ak的可能取值为的可能取值为“0”或或“1”，若判决电路的，若判决电路的判决门限为判决门限为Vd，则这时判决规则为：，则这时判决规则为：当当 r(kTs+t0)Vd时，判时

43、，判ak为为“1”当当 r(kTs+t0)2W（码元速率大于两倍系统带宽码元速率大于两倍系统带宽 ）结论：当码元速率大于基带传输系统带宽的两倍结论：当码元速率大于基带传输系统带宽的两倍时，无法得到一个无码间串扰的系统，或者说无时，无法得到一个无码间串扰的系统，或者说无法设计一个无码间串扰的信号波形。法设计一个无码间串扰的信号波形。f s=2W（码元速率等于两倍系统带宽）码元速率等于两倍系统带宽）结论：唯一可能的传输函数为结论：唯一可能的传输函数为f s2W（码元速率小于两倍系统带宽码元速率小于两倍系统带宽）结论：结论：多个多个H(f)重叠相加的结果，就有可能重叠相加的结果，就有可能使使 的条件

44、得以满足。的条件得以满足。例：例：已知理想低通如图所示，当码元速率已知理想低通如图所示，当码元速率 RB=1/Ts 时，时，判断是否能实现无码间干扰传输？奈奎斯特速率为多少？判断是否能实现无码间干扰传输？奈奎斯特速率为多少？解：解：判断方法分为判断方法分为 频域法和频域法和时域法时域法频域法频域法0 其它其它 H()=1|/TsRB=1/Ts 生成判断区间生成判断区间（-RB ，RB )=)=（-/Ts ，/Ts）又又 要求要求生成生成 、等等求和：求和：常数常数频域图：频域图：Heq()=常数，常数，能实现无码间干扰传输能实现无码间干扰传输频带利用率频带利用率从时域理解无码间干扰的定义从时域

45、理解无码间干扰的定义 时时域法域法 h(t)的的零点零点为：为：又又 无码间干扰的时域条件：无码间干扰的时域条件：1 k=00 其它其它h(kTs)=零点间隔与传输速率零点间隔与传输速率 的倒数相等的倒数相等作图理解作图理解讨论讨论 RB 的变化的变化 理想低通能实现无码间干扰传输理想低通能实现无码间干扰传输,奈氏速率为奈氏速率为1 1 0 1 1 1 0 1原生基带原生基带系统冲激响应系统冲激响应响应波形响应波形判决脉冲判决脉冲再生基带再生基带1 1 0 1 1 1 0 1时域图：时域图：识别点识别点系统冲激响应系统冲激响应有干扰有干扰无干扰无干扰无干扰无干扰有干扰有干扰响应波形响应波形讨论

46、讨论 RB 的变化的变化结论：结论：1）系统能实现无码间干扰传输的必要条件是：）系统能实现无码间干扰传输的必要条件是：1 n=00 其它整数其它整数h(n)=2）奈奎斯特速率奈奎斯特速率的值是的值是 h(n)零点间隔的倒数零点间隔的倒数3）其余能实现无码间干扰传输的速率比）其余能实现无码间干扰传输的速率比奈奎斯特速率奈奎斯特速率慢整慢整 数倍。数倍。4）频带利用率的理论最大值为频带利用率的理论最大值为 2 。理想低通传输特性的基带系统有最大的频带利用率。理想低通传输特性的基带系统有最大的频带利用率。但令人遗憾的是，理想低通系统在实际应用中存在两但令人遗憾的是，理想低通系统在实际应用中存在两个问

47、题：个问题：1、理想矩形特性的物理实现极为困难；、理想矩形特性的物理实现极为困难；2、是理想的冲激响应、是理想的冲激响应h(t)的的“尾巴尾巴”很长，衰减很很长，衰减很慢，当定时存在偏差时，可能出现严重的码间串扰。慢，当定时存在偏差时，可能出现严重的码间串扰。考虑到实际的传输系统总是可能存在定时误差的，考虑到实际的传输系统总是可能存在定时误差的，因而，一般不采用理想低通系统，而只把这种情况作因而，一般不采用理想低通系统，而只把这种情况作为理想的为理想的“标准标准”或者作为与别的系统特性进行比较或者作为与别的系统特性进行比较时的基础。时的基础。习习题题5-13 5-13 为为了了传传送送码码元元

48、速速率率为为1000(Band)1000(Band)的的数数字字基基带带信信号号，试试问问系系统统采采用用题题图图中中所所画画的的哪哪一一种种传传输输特特性性比比较较好？并简要说明其理由。好？并简要说明其理由。根据码间干扰时系统传输函数根据码间干扰时系统传输函数H()应满足的条件分析，图应满足的条件分析，图中所示的三个传输函数中所示的三个传输函数(a),(b),(c)都能够满足以都能够满足以1000B的码的码元速率无码间干扰传输。此时，需要比较元速率无码间干扰传输。此时，需要比较a、b、c三个传输函三个传输函数在频带利用率，单位冲激响应收敛速度，实现难易程度等数在频带利用率，单位冲激响应收敛速

49、度，实现难易程度等方面的特性，从而选择出最好的一种传输函数。方面的特性，从而选择出最好的一种传输函数。从从频频带带利利用用率率性性能能方方面面比比较较可可得得：应应选选择择传传输输函函数数(b)或或(c)。设谋基带传输系统具有如图所示的三角形传输函数：设谋基带传输系统具有如图所示的三角形传输函数：（1)1)求该系统求该系统H()H()表示式；表示式；（2)2)当当数数字字基基带带信信号号的的传传码码率率R RB B=0 0/时时，用用奈奈奎奎斯特准则验证该系统能否实现无码间干扰的传输？斯特准则验证该系统能否实现无码间干扰的传输？(2)当当数数字字基基带带信信号号的的传传码码率率RB=0/时时，

50、需需要要以以2RB为间隔对为间隔对H()进行分段叠加，分析在区间进行分段叠加，分析在区间(-/Ts,/Ts)即即-0,0 叠加函数的特性。叠加函数的特性。根据无码间干扰传输条件，该系统不能以根据无码间干扰传输条件，该系统不能以RB=0/率实率实现无码间干扰传输。现无码间干扰传输。（二）（二）.升余弦滚降传输特性升余弦滚降传输特性 理想低通物理不可实现理想低通物理不可实现 选用具有选用具有奇对称滚降特性奇对称滚降特性的低通滤波器作的低通滤波器作为传输网络为传输网络特征：频带利用率特征：频带利用率 2 升余弦滚降传输特性升余弦滚降传输特性H()可表示为可表示为 “圆滑圆滑”,通常又称为通常又称为“