第4課 數(shù)字信號的基帶傳輸

1、1 第第4課課 數(shù)字信號的基帶傳輸數(shù)字信號的基帶傳輸 2 1 數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號 來自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號，如計算機輸出的來自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號，如計算機輸出的 二進制序列，或者是來自模擬信號經(jīng)數(shù)字化處理二進制序列，或者是來自模擬信號經(jīng)數(shù)字化處理 后的后的PCM碼組等等都是數(shù)字信號。這些信號往往碼組等等都是數(shù)字信號。這些信號往往 包含豐富的低頻分量，甚至直流分量，稱之為數(shù)包含豐富的低頻分量，甚至直流分量，稱之為數(shù) 字基帶信號。在某些有線信道中，特別是傳輸距字基帶信號。在某些有線信道中，特別是傳輸距 離不太遠的情況下，數(shù)字基帶信號可以直接傳輸，離不太遠的情況下，數(shù)字基帶信號可以直接傳

2、輸， 稱之為數(shù)字基帶傳輸。而大多數(shù)信道，如各種無稱之為數(shù)字基帶傳輸。而大多數(shù)信道，如各種無 線信道，數(shù)字基帶信號必須經(jīng)過載波調(diào)制，把頻線信道，數(shù)字基帶信號必須經(jīng)過載波調(diào)制，把頻 譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸，這種傳輸稱譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸，這種傳輸稱 為數(shù)字頻帶（調(diào)制或載波）傳輸。為數(shù)字頻帶（調(diào)制或載波）傳輸。 3 1 數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號 什么是數(shù)字基帶信號？什么是數(shù)字基帶信號？ l頻帶分布在低頻段（通常包含直流）且未經(jīng)過調(diào)制的頻帶分布在低頻段（通常包含直流）且未經(jīng)過調(diào)制的 數(shù)字信號通常被稱為數(shù)字基帶信號。在數(shù)字基帶傳輸數(shù)字信號通常被稱為數(shù)字基帶信號。在數(shù)字基帶傳輸 系統(tǒng)中，

3、發(fā)送端和接收端不需要安裝調(diào)制、解調(diào)裝置，系統(tǒng)中，發(fā)送端和接收端不需要安裝調(diào)制、解調(diào)裝置， 直接在信道上傳送基帶信號。直接在信道上傳送基帶信號。 4 1 數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號 基帶信號是什么樣子？基帶信號是什么樣子？ l基帶信號有很多種碼型。最基本的是不歸零碼?；鶐盘栍泻芏喾N碼型。最基本的是不歸零碼。 頻帶信號（調(diào)制信號）是什么樣子？頻帶信號（調(diào)制信號）是什么樣子？ t 10110 t 5 1 數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號 數(shù)字基帶通信系統(tǒng)的應用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)的應用 l主要用于近距離有線通信。主要用于近距離有線通信。 p大多數(shù)的局域網(wǎng)使用基帶傳輸大多數(shù)的局域網(wǎng)使用基帶傳輸 ，比如常見的網(wǎng)絡設

4、，比如常見的網(wǎng)絡設 計標準計標準100BaseT使用的就是基帶信號。使用的就是基帶信號。 p從計算機到顯示器、打印機等外設的信號都是基帶從計算機到顯示器、打印機等外設的信號都是基帶 信號。信號。 6 2、基帶信號的各種碼型、基帶信號的各種碼型 基帶信號的各種碼型基帶信號的各種碼型 l碼型：數(shù)字消息的電脈沖表示形式（用什么樣碼型：數(shù)字消息的電脈沖表示形式（用什么樣 的信號表示的信號表示1或者或者0） l碼型變換：選擇合適的碼型表示數(shù)字序列碼型變換：選擇合適的碼型表示數(shù)字序列 l譯碼：將碼型還原為原來的數(shù)字序列譯碼：將碼型還原為原來的數(shù)字序列 l常見的碼型有單極性不歸零碼、雙極性不歸零常見的碼型有

5、單極性不歸零碼、雙極性不歸零 碼、單極性歸零碼、雙極性歸零碼、差分碼、碼、單極性歸零碼、雙極性歸零碼、差分碼、 雙相碼、雙相碼、CMI碼、碼、AMI碼、碼、HDB3碼、碼、4B5B碼碼 等。等。 7 2.1 基本碼型基本碼型 以下先介紹幾種基本的碼型。以下先介紹幾種基本的碼型。 （1）單極性不歸零碼（）單極性不歸零碼（NRZ） 用正電平和零電平兩種取值分別表示二進制碼用正電平和零電平兩種取值分別表示二進制碼1和和 0，在整個位持續(xù)期間電平保持不變，此種碼通，在整個位持續(xù)期間電平保持不變，此種碼通 常記作常記作NRZ（不歸零）碼。這是一種最簡單的碼（不歸零）碼。這是一種最簡單的碼 型。型。 8

6、單極性不歸零碼單極性不歸零碼 t b T b T2 b T3 b T4 1 0 11 0 優(yōu)點：簡單，易于實現(xiàn)優(yōu)點：簡單，易于實現(xiàn) 缺點：有直流成份缺點：有直流成份 連續(xù)的連續(xù)的1 1或或0 0碼元難以實現(xiàn)同步。碼元難以實現(xiàn)同步。 2.1 基本碼型基本碼型 關于直流關于直流 關于位同步關于位同步 9 關于位同步關于位同步 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，接收端將接收到的信號還原為原始的在數(shù)字通信系統(tǒng)中，接收端將接收到的信號還原為原始的 信號，首先必須對它進行采樣判決。數(shù)據(jù)序列是按一定的信號，首先必須對它進行采樣判決。數(shù)據(jù)序列是按一定的 速率一個碼元一個碼元地傳送，接收端也應該按相同的速速率一個碼元一個碼元地

7、傳送，接收端也應該按相同的速 率一個碼元一個碼元的接收下來，這就要求接收端必須提率一個碼元一個碼元的接收下來，這就要求接收端必須提 供一個確定采樣判決時刻的定時時鐘信號。這個定時時鐘供一個確定采樣判決時刻的定時時鐘信號。這個定時時鐘 信號的重復頻率必須與發(fā)送端的碼元速率相同，同時在最信號的重復頻率必須與發(fā)送端的碼元速率相同，同時在最 佳判決時刻（或稱為最佳相位時刻）對接收碼元進行抽樣佳判決時刻（或稱為最佳相位時刻）對接收碼元進行抽樣 判決。在接收端產(chǎn)生這樣一個定時時鐘信號就是位同步。判決。在接收端產(chǎn)生這樣一個定時時鐘信號就是位同步。 有了準確的位同步，就可以用較低的誤碼率恢復已被接收有了準確的

8、位同步，就可以用較低的誤碼率恢復已被接收 到了的可能畸變了的數(shù)字信號。到了的可能畸變了的數(shù)字信號。 位同步的方法可分為外同步法和自同步法。位同步的方法可分為外同步法和自同步法。 10 關于位同步關于位同步 外同步法是發(fā)送端單獨將位定時信息送到接收端去，用它外同步法是發(fā)送端單獨將位定時信息送到接收端去，用它 作為接收端位定時標準。作為接收端位定時標準。 自同步法是指發(fā)送端不專門向接受端傳送位同步信號，接自同步法是指發(fā)送端不專門向接受端傳送位同步信號，接 收端所需要的位同步信號從接收端收到的數(shù)字信息流中提收端所需要的位同步信號從接收端收到的數(shù)字信息流中提 取出來。比如信號中包含有提示接收方起始、中

9、間或結束取出來。比如信號中包含有提示接收方起始、中間或結束 位置的電平的跳變就可以完成自同步。位置的電平的跳變就可以完成自同步。 11 （2） 雙極性不歸零碼雙極性不歸零碼(NRZ-L) 用正電平和負電平分別表示用正電平和負電平分別表示1和和0，在整個位持續(xù)，在整個位持續(xù) 期間電平保持不變。期間電平保持不變。 2.1 基本碼型基本碼型 b T b T2 b T3 b T4 1 0 11 0 優(yōu)點：一般認為優(yōu)點：一般認為1 1和和0 0出現(xiàn)的概率相同，所以電平平均值為出現(xiàn)的概率相同，所以電平平均值為0 0，即無直，即無直 流分量；接收端恢復信號的判決電平也是零值。流分量；接收端恢復信號的判決電平

10、也是零值。 缺點：連續(xù)的缺點：連續(xù)的1 1或或0 0碼元難以實現(xiàn)同步。碼元難以實現(xiàn)同步。 t 12 （3） 差分碼差分碼(NRZ-I) 在差分碼中，在差分碼中，1和和0分別用電平的跳變或不變來表示。分別用電平的跳變或不變來表示。 這種碼型的信息這種碼型的信息1和和0不直接對應具體的電平幅度，而不直接對應具體的電平幅度，而 是用電平的相對變化來表示，其優(yōu)點是信息存在于電是用電平的相對變化來表示，其優(yōu)點是信息存在于電 平的變化之中，可有效地解決平的變化之中，可有效地解決PSK同步解調(diào)時因收信同步解調(diào)時因收信 端本地載波相位倒置而引起信息端本地載波相位倒置而引起信息“1”和和“0”的倒換問的倒換問

11、題，故得到廣泛應用。由于差分碼中電平只具有相對題，故得到廣泛應用。由于差分碼中電平只具有相對 意義，因此又稱為相對碼。意義，因此又稱為相對碼。 如果采用差分碼如果采用差分碼,則在接收信號時只需檢測信號電平是則在接收信號時只需檢測信號電平是 否發(fā)生跳變否發(fā)生跳變,不必將其與判決電平進行比較不必將其與判決電平進行比較,因而在有因而在有 噪聲影響的情況下這種碼型更為可靠噪聲影響的情況下這種碼型更為可靠 2.1 基本碼型基本碼型 13 差分碼（差分碼（1表示表示“電平跳變電平跳變”；0表示表示“不跳變不跳變”） t b T b T2 b T3 b T4 1 0 11 0 設初始設初始 狀態(tài)為狀態(tài)為 高

12、電平高電平 差分碼是以電平跳變來表示數(shù)據(jù)信息。以差分碼傳輸數(shù)據(jù)時，在差分碼是以電平跳變來表示數(shù)據(jù)信息。以差分碼傳輸數(shù)據(jù)時，在 一個位傳輸?shù)某掷m(xù)時間內(nèi)信號電平不會出現(xiàn)跳變。一個位傳輸?shù)某掷m(xù)時間內(nèi)信號電平不會出現(xiàn)跳變。 特點：在傳輸連續(xù)的碼元特點：在傳輸連續(xù)的碼元1 1時，能同步，連續(xù)的時，能同步，連續(xù)的0 0時不能同步時不能同步 2.1 基本碼型基本碼型 14 （4） 單極性歸零碼單極性歸零碼 用正極性的歸零碼表示用正極性的歸零碼表示1，用零電平表示，用零電平表示0。發(fā)送。發(fā)送1 時正電平在整個位期間時正電平在整個位期間Tb內(nèi)只持續(xù)一段時間，在內(nèi)只持續(xù)一段時間，在 其余時間則返回到零電平。其余時

13、間則返回到零電平。 2.1 基本碼型基本碼型 15 發(fā)送發(fā)送1時正電平在整個位期間時正電平在整個位期間Tb內(nèi)只持續(xù)一段時間，在其余內(nèi)只持續(xù)一段時間，在其余 時間則返回到零電平，發(fā)送時間則返回到零電平，發(fā)送0時是零電平。時是零電平。 2.1 基本碼型基本碼型 t b T b T2 b T3 b T4 1 0 11 0 缺點：缺點：連續(xù)的連續(xù)的0 0難以實現(xiàn)同步難以實現(xiàn)同步有直流、有直流、 16 （5） 雙極性歸零碼雙極性歸零碼 用正極性的歸零碼和負極性的歸零碼分別表示用正極性的歸零碼和負極性的歸零碼分別表示1和和 0。這種碼兼有雙極性和歸零的特點。發(fā)送。這種碼兼有雙極性和歸零的特點。發(fā)送1時正時

14、正 電平在整個位期間電平在整個位期間Tb內(nèi)只持續(xù)一段時間，在其余內(nèi)只持續(xù)一段時間，在其余 時間則返回到零電平，發(fā)送時間則返回到零電平，發(fā)送0時負電平在整個位期時負電平在整個位期 間間Tb內(nèi)只持續(xù)一段時間，在其余時間則返回到零內(nèi)只持續(xù)一段時間，在其余時間則返回到零 電平。電平。 2.1 基本碼型基本碼型 17 發(fā)送發(fā)送1時正電平在整個位期間時正電平在整個位期間Tb內(nèi)只持續(xù)一段時間，在其余內(nèi)只持續(xù)一段時間，在其余 時間則返回到零電平，發(fā)送時間則返回到零電平，發(fā)送0時負電平在整個位期間時負電平在整個位期間Tb內(nèi)內(nèi) 只持續(xù)一段時間，在其余時間則返回到零電平。只持續(xù)一段時間，在其余時間則返回到零電平。

15、2.1 基本碼型基本碼型 t b T b T2 b T3 b T4 1 0 11 0 優(yōu)點：無直流、優(yōu)點：無直流、 最佳判決電平確定最佳判決電平確定(=0)(=0) 可以保持正確的碼元同步可以保持正確的碼元同步 18 2.2 碼型設計原則碼型設計原則 由于不同的碼型具有不同的特性，因此在設計或由于不同的碼型具有不同的特性，因此在設計或 選擇適合于給定信道傳輸特性的碼型時，通常要選擇適合于給定信道傳輸特性的碼型時，通常要 考慮以下的因素，或者說要遵循以下原則：考慮以下的因素，或者說要遵循以下原則： 19 2.2 碼型設計原則碼型設計原則 （1）碼型中應不含直流分量，低頻分量盡量少。）碼型中應不含

16、直流分量，低頻分量盡量少。 l當數(shù)字信號中的電平保持一段時間的恒定時，頻譜會產(chǎn)當數(shù)字信號中的電平保持一段時間的恒定時，頻譜會產(chǎn) 生很低的頻率，這些接近于生很低的頻率，這些接近于0的頻率稱為直流成分，會的頻率稱為直流成分，會 給不允許通過低頻率的系統(tǒng)或者使用電子耦合的系統(tǒng)給不允許通過低頻率的系統(tǒng)或者使用電子耦合的系統(tǒng) （如變壓器）帶來問題。如，電話線不能通過低于（如變壓器）帶來問題。如，電話線不能通過低于 200Hz的頻率。還有長距離的鏈路可能使用一個或多個的頻率。還有長距離的鏈路可能使用一個或多個 變壓器來隔離線路的不同部分，對于這些系統(tǒng)，我們要變壓器來隔離線路的不同部分，對于這些系統(tǒng)，我們要

17、 使用無直流的方案。如果傳輸信號中存在接近使用無直流的方案。如果傳輸信號中存在接近0頻率的頻率的 分量，則在傳輸中就會丟失，而在接收端會產(chǎn)生波形失分量，則在傳輸中就會丟失，而在接收端會產(chǎn)生波形失 真。真。 （2）碼型中高頻分量盡量少。）碼型中高頻分量盡量少。 l這是因為一條電纜中包含有許多線對，線對間由于電磁這是因為一條電纜中包含有許多線對，線對間由于電磁 感應會引起串音，且這種串音隨頻率的升高而加劇。感應會引起串音，且這種串音隨頻率的升高而加劇。 20 2.2 碼型設計原則碼型設計原則 （3）碼型中應包含定時信息。）碼型中應包含定時信息。 l基帶信號在接收端進行取樣、判決、再生數(shù)字信號時，基

18、帶信號在接收端進行取樣、判決、再生數(shù)字信號時， 必須有采樣定時信號。一般來說，這種定時信號是從必須有采樣定時信號。一般來說，這種定時信號是從 基帶信號中提取獲得的。這就要求信號中含有（或經(jīng)基帶信號中提取獲得的。這就要求信號中含有（或經(jīng) 過簡單處理后含有）定時信號頻率分量的線狀譜，以過簡單處理后含有）定時信號頻率分量的線狀譜，以 便提取定時信號。便提取定時信號。 21 2.2 碼型設計原則碼型設計原則 （4）碼型具有一定檢錯能力。）碼型具有一定檢錯能力。 l若傳輸碼型有一定的規(guī)律性，那么就可根據(jù)這一規(guī)律若傳輸碼型有一定的規(guī)律性，那么就可根據(jù)這一規(guī)律 性來檢測是否有誤碼，即做到自動監(jiān)測，以保證傳輸

19、性來檢測是否有誤碼，即做到自動監(jiān)測，以保證傳輸 質(zhì)量。質(zhì)量。 （5）編碼方案信源統(tǒng)計依賴性最?。┚幋a方案信源統(tǒng)計依賴性最小 l信道上傳輸?shù)幕鶐鬏敶a型應具有對信源統(tǒng)計依賴最信道上傳輸?shù)幕鶐鬏敶a型應具有對信源統(tǒng)計依賴最 小的特性，即對信源經(jīng)信源編碼后，直接轉(zhuǎn)換的數(shù)字小的特性，即對信源經(jīng)信源編碼后，直接轉(zhuǎn)換的數(shù)字 信號的類型不應有任何限制（例如信號的類型不應有任何限制（例如“1”和和“0”出現(xiàn)的出現(xiàn)的 概率及連概率及連“0”多少等）。多少等）。 （6）編譯碼設備應盡量簡單。）編譯碼設備應盡量簡單。 22 2.2 碼型設計原則碼型設計原則 （7）碼型要盡量增大編碼效率，從而降低對帶）碼型要盡量增大

20、編碼效率，從而降低對帶 寬的需求。寬的需求。 l數(shù)據(jù)元素：表示一塊信息的最小實體，即位。數(shù)據(jù)元素：表示一塊信息的最小實體，即位。 l信號元素：用于承載數(shù)據(jù)元素，是載體。信號元素：用于承載數(shù)據(jù)元素，是載體。 l數(shù)據(jù)速率：又稱為信息速率、比特率，數(shù)據(jù)速率：又稱為信息速率、比特率，1秒發(fā)送的數(shù)據(jù)秒發(fā)送的數(shù)據(jù) 元素（位）的數(shù)量。單位是元素（位）的數(shù)量。單位是bps。 l信號速率：又稱為碼元速率、調(diào)制速率、波特率，信號速率：又稱為碼元速率、調(diào)制速率、波特率，1秒秒 發(fā)送的信號元素的數(shù)量。單位是波特發(fā)送的信號元素的數(shù)量。單位是波特baud 定義比率定義比率r為每個信號元素承載的數(shù)據(jù)元素的數(shù)量。為每個信號元

21、素承載的數(shù)據(jù)元素的數(shù)量。 也稱為編碼效率。該值越大越好。也稱為編碼效率。該值越大越好。 23 2.3 編碼效率編碼效率 t 1011 1個信號元素個信號元素 1個數(shù)據(jù)元素個數(shù)據(jù)元素 t 1011 2個信號元素個信號元素 1個數(shù)據(jù)元素個數(shù)據(jù)元素 t 11011111 1個信號元素個信號元素 2個數(shù)據(jù)元素個數(shù)據(jù)元素 t 11011101 3個信號元素個信號元素 4個數(shù)據(jù)元素個數(shù)據(jù)元素 r=1 r=1/2 r=2r=4/3 24 2.3 編碼效率編碼效率 NRZ(單極性不歸零碼單極性不歸零碼) 的的r=1。 NRZ-L（雙極性不歸零碼）的（雙極性不歸零碼）的r=1 NRZ-I（差分碼碼）的（差分碼碼

22、）的r=1，光接口，光接口100Base- FX/100Base-Tx使用此碼型。使用此碼型。 單極性歸零碼和雙極性歸零碼的單極性歸零碼和雙極性歸零碼的r=1/2，很少使用，很少使用， 由性能更好的曼徹斯特碼、差分曼徹斯特碼取代。由性能更好的曼徹斯特碼、差分曼徹斯特碼取代。 25 數(shù)字基帶信號的碼型種類很多，但沒有一種碼數(shù)字基帶信號的碼型種類很多，但沒有一種碼 型能滿足上述所有要求，在實際應用中，往往型能滿足上述所有要求，在實際應用中，往往 是根據(jù)需要全盤考慮，有取有舍，合理選擇。是根據(jù)需要全盤考慮，有取有舍，合理選擇。 下面給大家介紹一些目前廣泛應用的重要碼型。下面給大家介紹一些目前廣泛應用

23、的重要碼型。 2.3 常用碼型常用碼型 26 （1）雙相碼）雙相碼 雙相碼是一種在比特中點位置上電平跳轉(zhuǎn)為相反雙相碼是一種在比特中點位置上電平跳轉(zhuǎn)為相反 極的碼型。目前最常用的兩種雙相碼是曼徹斯特極的碼型。目前最常用的兩種雙相碼是曼徹斯特 碼和差分曼徹斯特碼。碼和差分曼徹斯特碼。 曼徹斯特碼曼徹斯特碼 它的特點是每個比特用兩個連續(xù)極性相反的電平它的特點是每個比特用兩個連續(xù)極性相反的電平 來表示。如來表示。如1 用負、正電平表示，用負、正電平表示， 0用正、負電用正、負電 平表示。因為該碼在每個比特間隔的中心都存在平表示。因為該碼在每個比特間隔的中心都存在 電平跳變，所以有豐富的位定時信息。電平

24、的跳電平跳變，所以有豐富的位定時信息。電平的跳 變既作為數(shù)據(jù)信息又作為同步信息。在中點位置變既作為數(shù)據(jù)信息又作為同步信息。在中點位置 上出現(xiàn)的由負到正的跳變表示上出現(xiàn)的由負到正的跳變表示 1 ；由正到負的跳；由正到負的跳 變表示變表示0 。在這種碼中，正、負電平各占一半，。在這種碼中，正、負電平各占一半， 因而不存在直流分量。因而不存在直流分量。 2.3 常用碼型常用碼型 27 曼徹斯特碼曼徹斯特碼 1用用“-+”表示；表示；0用用“+-”表示表示 2.3 常用碼型常用碼型 r=1/2 b T b T2 b T3 b T4 1 0 110 t 28 曼徹斯特碼適用于數(shù)據(jù)終端設備在短距離上的曼徹

25、斯特碼適用于數(shù)據(jù)終端設備在短距離上的 傳輸，這種碼常被用于以太網(wǎng)傳輸，這種碼常被用于以太網(wǎng)10Base-T中。中。 2.3 常用碼型常用碼型 29 差分曼徹斯特碼差分曼徹斯特碼 曼徹斯特碼極性反轉(zhuǎn)時會引起譯碼錯誤，為解曼徹斯特碼極性反轉(zhuǎn)時會引起譯碼錯誤，為解 決此問題，可以采用差分曼徹斯特碼，這種碼決此問題，可以采用差分曼徹斯特碼，這種碼 常被用于令牌環(huán)網(wǎng)中。在差分曼徹斯特碼中，常被用于令牌環(huán)網(wǎng)中。在差分曼徹斯特碼中， 每個碼元中間的跳變僅做同步之用，每個比特每個碼元中間的跳變僅做同步之用，每個比特 的值根據(jù)其開始的邊界是否存在跳變來決定。的值根據(jù)其開始的邊界是否存在跳變來決定。 比特的開始有

26、跳變代表比特的開始有跳變代表0，無跳變代表，無跳變代表1。 2.3 常用碼型常用碼型 30 差分曼徹斯特碼差分曼徹斯特碼 t b T b T2 b T3 b T4 1 0 110 2.3 常用碼型常用碼型 r=1/2 31 （2）傳號反轉(zhuǎn)）傳號反轉(zhuǎn)CMI碼碼 CMI碼中，碼中，1用用“+”“-”交替表示，交替表示，0用用“-+” 表示。表示。 l CMI碼沒有直流分量，有頻繁的波形跳變，這碼沒有直流分量，有頻繁的波形跳變，這 個特點便于恢復定時信號。有一定的規(guī)律性可個特點便于恢復定時信號。有一定的規(guī)律性可 用來進行宏觀檢測。用來進行宏觀檢測。 l 由于由于CMI碼易于實現(xiàn)且具有上述特點，因此在

27、碼易于實現(xiàn)且具有上述特點，因此在 高次群脈沖編碼終端設備高次群脈沖編碼終端設備E4中被廣泛用作接口中被廣泛用作接口 碼型，在光纖傳輸系統(tǒng)中也有時用作線路傳輸碼型，在光纖傳輸系統(tǒng)中也有時用作線路傳輸 碼型。碼型。 2.3 常用碼型常用碼型 32 （2）傳號反轉(zhuǎn)）傳號反轉(zhuǎn)CMI碼碼 1用用“-” “+” 交替表示；交替表示；0用用“-+”表示。表示。 t b T b T2 b T3 b T4 1 0 110 2.3 常用碼型常用碼型 r= 1/2 33 （3）AMI碼碼 傳號交替反轉(zhuǎn)碼常記作傳號交替反轉(zhuǎn)碼常記作AMI碼。在碼。在AMI碼中，二碼中，二 進制位進制位0用用0電平表示，二進制位電平表示

28、，二進制位1交替地用交替地用+1和和-1 表示。表示。 l AMI碼中正負電平個數(shù)大致相等，故無直流分量，碼中正負電平個數(shù)大致相等，故無直流分量， 低頻分量較小。利用傳號交替反轉(zhuǎn)規(guī)則，在接收低頻分量較小。利用傳號交替反轉(zhuǎn)規(guī)則，在接收 端可以檢錯糾錯，比如發(fā)現(xiàn)有不符合這個規(guī)則的端可以檢錯糾錯，比如發(fā)現(xiàn)有不符合這個規(guī)則的 脈沖時，就說明傳輸中出現(xiàn)錯誤。脈沖時，就說明傳輸中出現(xiàn)錯誤。 2.3 常用碼型常用碼型 34 （3）AMI碼碼 1用用“+”“-”交替表示；交替表示；0用用“0電平電平”表示。表示。 t b T b T2 b T3 b T4 1 0 11 0 優(yōu)點：無直流、優(yōu)點：無直流、 且可以

29、發(fā)現(xiàn)簡單錯誤且可以發(fā)現(xiàn)簡單錯誤 缺點：如果出現(xiàn)長缺點：如果出現(xiàn)長“0”則提取同步困難則提取同步困難 2.3 常用碼型常用碼型 r=1 若接收端收到的碼元極性與發(fā)送端完全相反，也能正確判斷若接收端收到的碼元極性與發(fā)送端完全相反，也能正確判斷 35 （4）3階高密度雙極性零碼（階高密度雙極性零碼（ HDB3 ） l 當信息中出現(xiàn)連當信息中出現(xiàn)連0碼時，碼時，AMI碼將長時間不出現(xiàn)電碼將長時間不出現(xiàn)電 平跳變，這給提取定時信號帶來困難。為了克服平跳變，這給提取定時信號帶來困難。為了克服 傳輸波形中出現(xiàn)長連傳輸波形中出現(xiàn)長連0的情況，在的情況，在AMI的基礎上設的基礎上設 計了改進型的計了改進型的HD

30、B3碼。在它的碼字中最長連碼。在它的碼字中最長連0數(shù)數(shù) 不超過不超過3個。個。 l 雙相碼適用于局域網(wǎng)，并不適合于長距離通信雙相碼適用于局域網(wǎng)，并不適合于長距離通信 （由于寬帶寬需求），有直流成分的編碼（如（由于寬帶寬需求），有直流成分的編碼（如 NRZ）也不適合長距離的電接口編碼，）也不適合長距離的電接口編碼，AMI編碼編碼 中連續(xù)中連續(xù)0的長序列會不同步，也不適合長距離，相的長序列會不同步，也不適合長距離，相 比，比，HDB3碼就適合于長距離通信。碼就適合于長距離通信。 2.3 常用碼型常用碼型 36 編碼規(guī)則：編碼規(guī)則： l在傳輸?shù)亩M制序列中，當連在傳輸?shù)亩M制序列中，當連0碼不大于碼

31、不大于3個時，個時， 編碼規(guī)律與編碼規(guī)律與AMI相同，即相同，即1變?yōu)樽優(yōu)?1 -1的交替脈的交替脈 沖，沖，0碼保持不變。碼保持不變。 l當代碼序列中出現(xiàn)當代碼序列中出現(xiàn)4個連個連0碼或超過碼或超過4個連個連0碼時，碼時， 把連把連0碼按碼按4個個0分節(jié)，并使第分節(jié)，并使第4個個0碼變?yōu)榇a變?yōu)?碼，碼， 用用V脈沖表示，即將脈沖表示，即將0000變?yōu)樽優(yōu)?00V。為了便于。為了便于 識別識別V脈沖，要使脈沖，要使V脈沖的極性與前一個脈沖的極性與前一個1碼脈碼脈 沖極性相同。由于連沖極性相同。由于連0節(jié)的這種安排破壞了節(jié)的這種安排破壞了AMI 碼的極性交替變化規(guī)律，故稱碼的極性交替變化規(guī)律，故

32、稱V脈沖為破壞點脈沖為破壞點 脈沖。脈沖。000V稱為破壞節(jié)。稱為破壞節(jié)。 2.3 常用碼型常用碼型 37 為使代碼序列中不含直流分量，要使相鄰破壞點為使代碼序列中不含直流分量，要使相鄰破壞點 V脈沖的極性交替變化。脈沖的極性交替變化。 為了在破壞脈沖的極性也交替的情況下保證破壞為了在破壞脈沖的極性也交替的情況下保證破壞 脈沖對整個序列極性交替的破壞性，要使兩個相脈沖對整個序列極性交替的破壞性，要使兩個相 鄰的破壞點鄰的破壞點V脈沖之間有奇數(shù)個脈沖之間有奇數(shù)個1。如果原序列中。如果原序列中 兩個相鄰的破壞點之間兩個相鄰的破壞點之間1碼的個數(shù)為偶數(shù)個，則碼的個數(shù)為偶數(shù)個，則 必須補為奇數(shù)。這就要

33、使破壞節(jié)中的第必須補為奇數(shù)。這就要使破壞節(jié)中的第1個個0變?yōu)樽優(yōu)?1，并用，并用B脈沖表示。這是破壞節(jié)變?yōu)槊}沖表示。這是破壞節(jié)變?yōu)锽00V的形的形 式。式。B脈沖的極性要求與前一個脈沖的極性要求與前一個1脈沖相反，而保脈沖相反，而保 持與本節(jié)中的持與本節(jié)中的V脈沖極性相同。脈沖極性相同。 2.3 常用碼型常用碼型 38 HDB3碼編碼步驟碼編碼步驟 l(1)按照前面規(guī)則把按照前面規(guī)則把0000換為換為000V或者或者B00V。 l(2)使信碼中的使信碼中的1連同連同B按按“+1”“-1”規(guī)律交替變規(guī)律交替變 化，同時化，同時V也要按也要按“+1”“-1”規(guī)律交替變化，并規(guī)律交替變化，并 且要求

34、且要求V與它前面相鄰的與它前面相鄰的B同極性。同極性。 39 特點：特點： l無直流分量，便于直接傳輸無直流分量，便于直接傳輸 l克服了出現(xiàn)長連克服了出現(xiàn)長連0的缺點，也避免了因失去定的缺點，也避免了因失去定 時信息而造成的問題。時信息而造成的問題。 l具有檢錯能力，當傳輸過程出現(xiàn)單個誤碼時，具有檢錯能力，當傳輸過程出現(xiàn)單個誤碼時， 破壞點序列的極性交替規(guī)律將受到破壞，在接破壞點序列的極性交替規(guī)律將受到破壞，在接 收端通過檢查相鄰的破壞點脈沖的極性是否符收端通過檢查相鄰的破壞點脈沖的極性是否符 合極性交替規(guī)律便可進行差錯檢查，而且檢查合極性交替規(guī)律便可進行差錯檢查，而且檢查 設備比較簡單。因此

35、，設備比較簡單。因此，HDB3碼在碼在PCM基帶傳基帶傳 輸中得到了廣泛的應用。輸中得到了廣泛的應用。 2.3 常用碼型常用碼型 40 例例HDB3編碼舉例編碼舉例 01 00 00 11000001010 第第1個破壞節(jié)個破壞節(jié)第第2個破壞節(jié)個破壞節(jié) 01 00 0V 11B 00V 01010 第第1個破壞節(jié)個破壞節(jié)第第2個破壞節(jié)個破壞節(jié) 0 +1 00 0 +V -1 +1 -B 00 -V0+1 0 -1 0 第第1個破壞節(jié)個破壞節(jié)第第2個破壞節(jié)個破壞節(jié) (1) (2) (3) 41 例例HDB3解碼舉例解碼舉例 0 +1 00 0 +1 -1 +1 -1 00 -10 +1 0 -1

36、0 連續(xù)非連續(xù)非0同號表同號表 明后面那個是明后面那個是V 0 連續(xù)非連續(xù)非0同號表同號表 明后面那個是明后面那個是V 由于中間只有由于中間只有2 個個0，所以前面，所以前面 那個是那個是B 00 再把所有再把所有1的符號去掉就恢復了原始信息了的符號去掉就恢復了原始信息了 (1)找出找出V。從碼中找出相鄰兩個同極性的碼元，后一個必是。從碼中找出相鄰兩個同極性的碼元，后一個必是V (2)找出找出B。V前面如果只有兩個前面如果只有兩個0，那么之前的，那么之前的1必是必是B (3)將將V和和B還原為還原為0，將所有，將所有+1 -1去掉符號去掉符號 42 2.3 常用碼型常用碼型 （5）多進制碼）多

37、進制碼 這種編碼的碼元可取多個電平之一，每個碼元可這種編碼的碼元可取多個電平之一，每個碼元可 代表多個二進制位。例如，若表示碼元的信號取代表多個二進制位。例如，若表示碼元的信號取 4個電平之一，則一個碼元可表示兩個二進制位。個電平之一，則一個碼元可表示兩個二進制位。 43 2.3 常用碼型常用碼型 較為常見的多進制碼有自然碼和格雷碼。一般地，較為常見的多進制碼有自然碼和格雷碼。一般地， 多進制碼所需的多進制碼所需的M個電平是以個電平是以0電平為中心對稱等電平為中心對稱等 距設置的。例如：當距設置的。例如：當M=4時多進制碼所選用的時多進制碼所選用的4的的 電平為電平為3a、a、-a、-3a。

38、自然碼自然碼格雷碼格雷碼 電平電平位位電平電平位位 -3a00-3a00 -a01-a01 a10a11 3a113a10 44 2.3 常用碼型常用碼型 例例2.11 分別采用四電平自然碼和四電平格雷碼對分別采用四電平自然碼和四電平格雷碼對 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)001110011000進行編碼。進行編碼。 t -3a -a a 3a t -3a -a a 3a 自然碼自然碼 格雷碼格雷碼 r=2 45 2.3 常用碼型常用碼型 常用的多元碼有常用的多元碼有2B1Q(兩個二元一個四元，用于兩個二元一個四元，用于 DSL數(shù)字用戶線路技術中數(shù)字用戶線路技術中)、8B6T(8個二元六個個二元六個 三元，用于三元

39、，用于100BASE-T4電纜中電纜中)。 46 2.3 常用碼型常用碼型 與二進制碼傳輸相比，多進制碼的主要特點就是與二進制碼傳輸相比，多進制碼的主要特點就是 信息速率大于波特率，因而可以提高頻帶的利用信息速率大于波特率，因而可以提高頻帶的利用 率。在波特率相同的情況下，多進制碼的信息速率。在波特率相同的情況下，多進制碼的信息速 率提高了率提高了log2M倍，比如，四元碼與二元碼相比，倍，比如，四元碼與二元碼相比， 其信息速率是二元碼的兩倍。通常其信息速率是二元碼的兩倍。通常M的取值為的取值為2的的 冪次。但在發(fā)送功率一定的情況下，冪次。但在發(fā)送功率一定的情況下，M越大抗噪越大抗噪 聲干擾的

40、能力就越低。鑒于此，聲干擾的能力就越低。鑒于此，M的取值一般不的取值一般不 易超過易超過16。多電平碼的缺點是再生判決電路復雜。多電平碼的缺點是再生判決電路復雜 。 47 2.3 常用碼型常用碼型 在快速以太網(wǎng)（在快速以太網(wǎng)（100BASE-TX、100BASE-FX） 使用了使用了4B/5B碼，其中碼，其中100BASE-FX是采用是采用 4B/5B碼與碼與NRZ-I碼的組合，即先進行碼的組合，即先進行4B/5B編碼，編碼， 再進行再進行NRZ-I編碼編碼;100BASE-TX是采用是采用4B/5B碼碼 與與MLT-3碼的組合，即先進行碼的組合，即先進行4B/5B編碼，編碼， 再進再進 行行

41、MLT-3編碼編碼; NRZ-I與與MLT-3有很好的信號速率，有很好的信號速率， 但是它們有同步問題，連續(xù)但是它們有同步問題，連續(xù)0的長序列會讓接收的長序列會讓接收 方失去同步。一種解決方法是在使用它們之前先方失去同步。一種解決方法是在使用它們之前先 采用采用4B/5B編碼，就是用編碼，就是用5個二進制位來表示個二進制位來表示4個個 二進制位二進制位 ，保證了每，保證了每5位碼中至少有兩個位碼中至少有兩個1，不會，不會 有多于有多于3個連續(xù)的個連續(xù)的0，從而保證接收端同步時鐘的，從而保證接收端同步時鐘的 提取。提取。 48 4B/5B編碼 在在4B/5B編碼中，將編碼中，將4位輸入置換位輸入

42、置換 為為5位輸出，每個輸出僅包含不超位輸出，每個輸出僅包含不超 過一個前導過一個前導0和兩個后綴和兩個后綴0，因此當，因此當 不同的組組合成新的序列時，最多不同的組組合成新的序列時，最多 只會有只會有3個連續(xù)的個連續(xù)的0。4B/5B的編碼的編碼 效率效率 r=0.8 49 4B/5B編碼 11111111 1110111101 t 1110111101 50 4B/5B編碼 千兆以太網(wǎng)用的是千兆以太網(wǎng)用的是8B/10B編碼與編碼與NRZ編碼組合方編碼組合方 式；萬兆以太網(wǎng)用的是式；萬兆以太網(wǎng)用的是64B/66B編碼。其原理與編碼。其原理與 4B/5B類似。類似。 51 MLT-3編碼編碼 1

43、00Base-TX采用采用MLT-3編碼。編碼。 MLT-3編碼有三種電平：正電平、負電平和零電平。編碼有三種電平：正電平、負電平和零電平。 編碼規(guī)則如下：編碼規(guī)則如下： l如果該比特是如果該比特是0，則電平保持不變。，則電平保持不變。 l如果該比特是如果該比特是1，則產(chǎn)生跳變，此時又分兩種情況。，則產(chǎn)生跳變，此時又分兩種情況。 p如果前一輸出是如果前一輸出是“正電平正電平”或或“負電平負電平”，則本次輸，則本次輸 出為出為“零電平零電平”； p如果前一輸出是如果前一輸出是“零電平零電平”，則本次輸出的值與上一，則本次輸出的值與上一 個非個非0值符號相反。值符號相反。 52 MLT-3編碼編碼

44、 l如果該比特是如果該比特是0，則電平保持不變。，則電平保持不變。 l如果該比特是如果該比特是1，則產(chǎn)生跳變，此時又分兩種情況。，則產(chǎn)生跳變，此時又分兩種情況。 p如果前一輸出是如果前一輸出是“正電平正電平”或或“負電平負電平”，則本次，則本次 輸出為輸出為“零電平零電平”； p如果前一輸出是如果前一輸出是“零電平零電平”，則本次輸出的值與上，則本次輸出的值與上 一個非一個非0值符號相反。值符號相反。 53 3 數(shù)字基帶系統(tǒng)的工作原理數(shù)字基帶系統(tǒng)的工作原理 基帶傳輸系統(tǒng)的基本結構如下圖所示。它主要由脈沖形成基帶傳輸系統(tǒng)的基本結構如下圖所示。它主要由脈沖形成 器、發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器和采

45、樣判決器、碼元器、發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器和采樣判決器、碼元 再生器組成。再生器組成。 為了保證系統(tǒng)可靠有序地工作，還應有同步機制。為了保證系統(tǒng)可靠有序地工作，還應有同步機制。 脈沖形脈沖形 成器成器 輸入輸入 dk 信道信道 接收接收 濾波器濾波器 d(t) 輸出輸出 dk 噪聲噪聲n(t) 采樣采樣 判決器判決器 同步同步 提取提取 y(t) 碼元再碼元再 生器生器 定時脈沖定時脈沖 發(fā)送發(fā)送 濾波濾波 器器 gT(t) yT(t) 54 脈沖形成器輸入的是由計算機等終端設備發(fā)送來的二進制數(shù)脈沖形成器輸入的是由計算機等終端設備發(fā)送來的二進制數(shù) 據(jù)序列或是經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的二進制脈沖序列，它

46、們一般是脈據(jù)序列或是經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的二進制脈沖序列，它們一般是脈 沖寬度為沖寬度為Tb的單極性的單極性NRZ碼（原始基帶信號往往不適合直接碼（原始基帶信號往往不適合直接 在信道中傳輸）在信道中傳輸） 脈沖形成器的作用就是把原始基帶信號脈沖形成器的作用就是把原始基帶信號dk變換成適合于信變換成適合于信 道傳輸、并可提供同步定時信息的基帶信號道傳輸、并可提供同步定時信息的基帶信號d(t)。 脈沖形脈沖形 成器成器 輸入輸入 dk 信道信道 接收接收 濾波器濾波器 d(t) 輸出輸出 dk 噪聲噪聲n(t) 采樣采樣 判決器判決器 同步同步 提取提取 y(t) 碼元再碼元再 生器生器 定時脈沖定時脈沖

47、 發(fā)送發(fā)送 濾波濾波 器器 gT(t) yT(t) 3 數(shù)字基帶系統(tǒng)的工作原理數(shù)字基帶系統(tǒng)的工作原理 55 發(fā)送濾波器進一步將輸入的矩形脈沖序列發(fā)送濾波器進一步將輸入的矩形脈沖序列d(t)變換成適合變換成適合 信道傳輸?shù)牟ㄐ涡诺纻鬏數(shù)牟ㄐ蝕T(t)。這是因為矩形波含有豐富的高頻分。這是因為矩形波含有豐富的高頻分 量，若直接送入信道傳輸，容易產(chǎn)生失真。量，若直接送入信道傳輸，容易產(chǎn)生失真。 脈沖形脈沖形 成器成器 輸入輸入 dk 信道信道 接收接收 濾波器濾波器 d(t) 輸出輸出 dk 噪聲噪聲n(t) 采樣采樣 判決器判決器 同步同步 提取提取 y(t) 碼元再碼元再 生器生器 定時脈沖定時

48、脈沖 發(fā)送發(fā)送 濾波濾波 器器 gT(t) yT(t) 3 數(shù)字基帶系統(tǒng)的工作原理數(shù)字基帶系統(tǒng)的工作原理 56 信道是允許基帶信號通過的介質(zhì)，通常為有線信道，信道是允許基帶信號通過的介質(zhì)，通常為有線信道， 如如 市話電纜等。信道既傳送信號，又因存在噪聲市話電纜等。信道既傳送信號，又因存在噪聲n(t)和頻率和頻率 特性不理想而對數(shù)字信號造成損害，可能使得接收端得到特性不理想而對數(shù)字信號造成損害，可能使得接收端得到 的波形的波形yT(t)與發(fā)送波形與發(fā)送波形gT(t)具有較大差異。具有較大差異。 脈沖形脈沖形 成器成器 輸入輸入 dk 信道信道 接收接收 濾波器濾波器 d(t) 輸出輸出 dk 噪

49、聲噪聲n(t) 采樣采樣 判決器判決器 同步同步 提取提取 y(t) 碼元再碼元再 生器生器 定時脈沖定時脈沖 發(fā)送發(fā)送 濾波濾波 器器 gT(t) yT(t) 3 數(shù)字基帶系統(tǒng)的工作原理數(shù)字基帶系統(tǒng)的工作原理 57 接收濾波器是為了減小信道特性不理想和噪聲對接收濾波器是為了減小信道特性不理想和噪聲對 信號傳輸?shù)挠绊懚O置的。主要是濾除帶外噪聲信號傳輸?shù)挠绊懚O置的。主要是濾除帶外噪聲 并對已接收的波形均衡，以便采樣判決器正確判并對已接收的波形均衡，以便采樣判決器正確判 斷。斷。 脈沖形脈沖形 成器成器 輸入輸入 dk 信道信道 接收接收 濾波器濾波器 d(t) 輸出輸出 dk 噪聲噪聲n(t) 采樣采樣 判決器判決器 同步同步 提取提取 y(t) 碼元再碼元再 生器生器 定時脈沖定時脈沖 發(fā)送發(fā)送 濾波濾波 器器 gT(t) yT(t