基带信号传输系统概述

5.1引言数字基带信号、基带传输以及频带传输数字基带通信系统的模型以及基本结构研究数字基带传输的目的基带信号以及数字基带传输和频带传输什么是数字基带信号？－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？－数字基带信号在信道中的直接传输,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；什么是数字频带传输？－数字基带信号经过载波调制，把频谱搬移到高载波处在带通型信道中的传输；也称为调制或载波传输；数字基带通信系统模型基带信号形成器信道接收滤波器信宿噪声源信源基带传输系统的基本结构信道信号形成器信道接收滤波器抽样判决器干扰基带脉冲输入基带脉冲输出研究数字基带传输的目的为什么要研究数字基带传输系统？1在利用对称电缆（频率范围12K-252k）构成的近程数据通信系统广泛采用了这种传输方式；2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频带传输系统必须考虑的问题；3任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基带传输系统来研究；5.2数字基带信号及频谱特性1.基本的数字基带信号-电波形2.数字基带信号的频谱结构5.2.1数字基带信号的电波形类型有很多，矩形脉冲组成的基带信号有以下几种：单极性不归零码（NRZNonReteurntoZero）双极性不归零码(BNRZBipolarNRZ)单极性归零码(RZReturntoZero)双极性归零码(BRZ)差分码多进制（电平）码(1)单极性不归零码(NRZ)其特点是二进制代码1、0分别用正电位以及0电位表示01010011E(2)双极性不归零码(BNRZ)其特点是二进制代码1、0分别用幅度相等的正负电平表示，因此当1、0符号等概出现时无直流分量1010011EE(3)单极性归零码(RZ)单极性归零码与单极性不归零码的区别是归零码码元宽度小于码元间隔，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平码元宽度码元间隔01010011设码元间隔为Tb，归零码宽度为，则称/Tb为占空比，/Tb=0.5称为半占空码。(4)双极性归零码（BRZ）10100110它是双极性码的归零形式；每个码元内的脉冲都回到零点平，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。(5)差分码不是用码元本身的电平表示消息代码，而是用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码；由于差分码是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码，因此称它为相对码，而相应地称前面的单极性或双极性码为绝对码。1010011EE1010011(6)多进制码这种波形的一个脉冲可以代表多个二进制符号，在码元速率一定时可以提高信息速率，故在高速数字传输系统中得到广泛应用；0000E3011110011101EEE3练习设二进制符号序列为110010，试以矩形脉冲为例，分别画出相应的单极性码波形，单极性归零码波形，双极性码波形，双极性归零码波形以及二进制差分码波形及四电平波形基带信号的频谱特性研究对象：数字基带信号的功率谱结构研究目的：针对信号谱的特点来选择相匹配的信道，确定是否可从信号中提取定时信号二进制随机序列示意图0t2bT2bT2bgtT2bgtT24bgtT13bgtT12bgtT12bgtT1gt随机脉冲序列示意图g1(t)－“0”码，出现概率为pTb－码元间隔g2(t)－“1”码，出现概率为1-pfb－码元速率二进制随机序列功率谱密度g1(t)~G1(f)g2(t)~G2(f)一般G1(f)G2(f)2121bbPffPPGfGf2121bbbbmfPGmfPGmffmf连续谱－决定信号带宽离散谱－决定信号是否有直流及定时分量由于代表数字信息的g1(t)及g2(t)一般不同，故G1(f)G2(f)，因而连续谱总是存在的；而离散谱是否存在，取决于g1(t)和g2(t)的波形及其出现的概率P单极性波形对于单极性波形：若设g1(t)=0，g2(t)=g(t)，则随机脉冲序列的双边功率谱密度为P=1/2时讨论2种情况：（1）若表示“1”码的波形g2(t)=g(t)为不归零矩形脉冲；（2）若表示“1”码的波形为g2(t)=g(t)为半占空归零矩形脉冲；22()(1)|()||(1)()|()bbbbbmPffPPGffPGmffmf22211()|()||()|()44bbbbbmPffGffGmffmf单极性不归零矩形1,20bTtgt其它sin()()bbbbbfTGfTTSafTfTm=0时，G(mfb)=TbSa(0)0，因此离散谱中有直流分量；m为不等于零的整数时，G(mfb)=TbSa(0)=0，离散谱均为零，因而无定时信号；22sin111()()()()4444bbsbbbbfTTPffTfSafTffT单极性不归零矩形的功率谱图f0不归零码1bT()spf1()4f单极性半占空归零矩形1,220btTgt其它()Sa(f)=()22bbTfTGfSa•m=0时，G(mfb)=(Tb/2)Sa(0)0，因此离散谱中有直流分量；•m为奇数时，G(mfb)=(Tb/2)Sa(m/2)0，此时有离散谱，其中m=1时，G(mfb)=(Tb/2)Sa(/2)0，因而有定时信号；•m为偶数时，G(mfb)=(Tb/2)Sa(m/2)=0，此时无离散谱。221()()()()162162bbsbmTfTmPfSaSafmf单极性归零矩形的功率谱图f0归零码1bT1()spf1()4fTb是码元间隔τ是码元宽度不归零码和半占空码两者比较随机序列的带宽取决于连续谱，实际由单个码元的频谱函数G(f)决定，一般取该频谱的第一个零点处单极不归零矩形信号的带宽为B=fb=1/Tb单极性半占空归零信号的带宽为B=2fb=1/τf0不归零码归零码1bT1()spf1()4f双极性波形对于双极性波形：若设g1(t)=-g2(t)=g(t)，则随机脉冲序列的双边功率谱密度为P=1/2时若则22()4(1)|()||(21)()|()sbbbbmPffPPGffPGmffmf2()()sbPffGf1,20bTtgt其它2()()sbbPfTSafT1、0等概时，双极性波形无离散分量；带宽为B=fb结论随机序列的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数G1(f)或G2(f)，两者之中应取较大带宽的一个作为序列带宽；时间波形的占空比越小，频带越宽。通常以谱的第一个零点作为矩形脉冲的近似带宽，它等于脉冲宽度的倒数，即Bs=1/。由图可知，不归零脉冲的=Tb，则BS=fb；半占空归零脉冲的=Tb/2，则BS=1/=2fb。其中fb=1/Tb，是位定时信号的频率，在数值上与码速率RB相等。单极性基带信号是否存在离散线谱取决于矩形脉冲的占空比，单极性归零信号中有定时分量，可直接提取。单极性不归零信号中无定时分量，若想获取定时分量，要进行波形变换。0、1等概的双极性信号没有离散谱，也就是说无直流分量和定时分量。5.3基带传输常用码型实际基带传输系统中，并不是所有的基带电波形都能在信道中传输对传输码型的要求相应的基带信号无直流分量，且低频分量少；便于从信号中提取定时信息；信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰；不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；具有内在的检错能力；编译码设备要尽可能简单；几种常见的基带信号码型1.极性交替反转码（AMI）2.三阶高密度双极性码（HDB3）3.PST码4.双相码（曼彻斯特码）5.密勒码6.传号反转码（CMI）7.nBmB码8.4B/3T码极性交替转换码(AMI码)编码规则：将二进制消息代码“1”（传号）交替地变换为传输码的“十1”和“一1”，而“0”（空号）保持不变；消息代码：100110000000110011…AMI码：+100-1+10000000-1+100-1+1…极性交替转换码(AMI码)AMI码对应的基带信号是正负极性交替的脉冲序列，而0电位保持不变。AMI码的优点：（1）由于+1与-1交替，AMI码中不含直流成分，只有很小的低频分量（2）AMI码的编译码电路简单，便于利用传号极性交替规律观察误码情况。AMI码的缺点：当原信码出现连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。解决方法：HDB3码。三阶高密度(HDB3)码3阶高密度双极性码－使连“0”个数不超过3个其编码规则如下：（1）当信码的连“0”个数不超过3时，仍按AMI码的规则编，即传号极性交替；（2）当连“0”个数超过3时，则将第4个“0”改为非“0”脉冲，记为V或-V，称之为破坏脉冲。为了便于识别，V码的极性应与其前一个非“0”脉冲的极性相同（3）相邻V码的极性必须交替出现，以确保编好的码中无直流；否则，将四连“0”的第一个“0”更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，并记为+B或-B；（4）原来的信码与B合起来要保持极性的交替；代码：100001000011000011步骤1，编成AMI码-10000+10000-1+10000-1+1步骤2：当连“0”个数超过3时，则将第4个“0”改为非“0”脉冲，记为V或-V，为了便于识别，V码的极性应与其前一个非“0”脉冲的极性相同-1000–V+1000+V-1+1000+V-1+1步骤3：相邻V码的极性必须交替出现,若是交替出现,编码结束.-1000–V+1000+V-1+1000-V-1+1否则，将四连“0”的第一个“0”更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，并记为+B或-B，并且让后面的非0符号从V符号开始再交替变化；-1000–V+1000+V-1+1-B00–V+1-1HDB3码：-1000–V+1000+V-1+1-B00–V+1-1码字：-1000–1+1000+1-1+1-100–1+1-1PST码全称是成对选择三进码。其编码过程：先将二进制的代码划分乘2个码元为一组的码组序列，然后再将每一码组编码成两个三进制数字（+，-,0）,其组合有9种,选择其中4种二进制代码+模式-模式00011011-+0++0+--+0--0+-代码：01001110101100+模式0+-++--0+0+--+-模式0--++-+0-0+--+为了防止PST码的直流漂移，当在一个码组中仅发送单个脉冲（如10或者01）时，两个模式应该交替变换数字双相码-1又称Manchester码编码规则之一是：“0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10”两位码表示代码：1100101双相码：10100101100110数字双相码-1双相码只有极性相反的两个电平，因为双相码在每个码元周期的中心点都存在电平跳变，所以富含位定时信息；这种码的正、负电平各半，所以无直流分量，编码过程简单；带宽比原信码大1倍。密勒码密勒（Miller）码又称延迟调制码，它是双相码的一种变形；编码规则：（1）“1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示；（2）“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。实例/btT/btT0011010010AAAACMI码CMI码是传号反转码的简称其编码规则为：1交替用“11”和“00”表示，“0”码用“01”表示有较多的电平跃变，含有丰富的定时信息111001nBmB码它将原信息码流的n位二进制码作为一组，变换为m位二进制码作为新的码组由于mn，可以发现错误4B/3T码将4位二进制符号变换为3个三进制符号。精品课件！精品课件！已知信息代码为100000000111,求相应的AMI码,HDB3码