第5章數(shù)字基帶傳輸-2

1第4章傳輸技術(shù)2主要內(nèi)容

4.1概述

4.2基帶傳輸技術(shù)4.3頻帶傳輸技術(shù)3目標(biāo)要求

基本要求掌握基帶數(shù)字信號(hào)的基本波形；

掌握基帶數(shù)字信號(hào)的傳輸碼型，熟悉傳輸碼型的基本要求；

掌握基帶數(shù)字信號(hào)的頻率特性；

熟悉時(shí)域均衡器的作用與原理。4目標(biāo)要求

重點(diǎn)、難點(diǎn)

重點(diǎn)是：基帶數(shù)字信號(hào)的基本波形掌握；

AMI碼和HDB3碼的編碼規(guī)則的理解和掌握；

54.1數(shù)字基帶信號(hào)一、基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)

1.基帶信號(hào)：頻帶分布在低頻段（通常包含直流）且未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)。

2.基帶傳輸：直接傳輸基帶信號(hào)的通信方式。

3.頻帶信號(hào)（帶通信號(hào)）：經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后的信號(hào)。

4.頻帶傳輸：直接傳輸頻帶信號(hào)的通信方式。6基帶傳輸?shù)幕咎攸c(diǎn)數(shù)字基帶信號(hào)含有大量的低頻分量以及直流分量。基帶傳輸是調(diào)制傳輸?shù)幕A(chǔ)。設(shè)計(jì)傳輸系統(tǒng)時(shí)，一個(gè)調(diào)制傳輸系統(tǒng)往往可以等效成一個(gè)基帶傳輸系統(tǒng)來(lái)考慮。7數(shù)字信息數(shù)字序列——數(shù)據(jù)流{an}碼元：an基本單元每個(gè)碼元只能取離散的有限個(gè)值

0，1，…M–184.1.1數(shù)字基帶信號(hào)的碼型設(shè)計(jì)原則碼型－數(shù)字信號(hào)的電脈沖結(jié)構(gòu)稱(chēng)為碼型碼型編碼（碼型變換）－數(shù)字信息的電脈沖表示過(guò)程稱(chēng)為碼型編碼或碼型變換碼型譯碼－由碼型還原為數(shù)字信息的過(guò)程稱(chēng)為碼型譯碼碼型的選擇：－與傳輸信道相匹配－信號(hào)的抗噪聲能力強(qiáng)－便于從信號(hào)中提取位定時(shí)信息－盡量減少基帶信號(hào)頻譜中的高頻分量－編譯碼設(shè)備應(yīng)盡量簡(jiǎn)單9

基帶數(shù)字信號(hào)的波形－單極性波形（NRZ）－雙極性波形－單極性歸零波形（RZ）－雙極性歸零波形－差分波形－多電平波形

直流分量和同步104.1.2二元碼（1）單極性非歸零碼－用高電平和低電平（常為零電平）兩種取值分別表示二進(jìn)制碼1和0，在整個(gè)碼元期間電平保持不變。常記為NRZ。有直流分量，用于終端設(shè)備。114.1.2二元碼（2）雙極性非歸零碼－用正電平和負(fù)電平分別表示1和0，在整個(gè)碼元期間電平保持不變－無(wú)直流成分，可以在電纜等無(wú)接地的傳輸線(xiàn)上傳輸124.1.2二元碼（3）單極性歸零碼－發(fā)送1時(shí)，高電平在整個(gè)碼元期間（T）只持續(xù)一段時(shí)間（τ），在碼元的其余時(shí)間內(nèi)則返回零電平，發(fā)送0時(shí)，用零電平表示。常記為RZ。－τ/T稱(chēng)為占空比－可以直接提取位定時(shí)信號(hào)，是其它碼型提取位定時(shí)信號(hào)時(shí)需要采用的一種過(guò)渡碼型144.1.2二元碼（4）雙極性歸零碼－用正極性的歸零碼和負(fù)極性的歸零碼分別表示1和0－兼有雙極性和歸零的特點(diǎn)，雖然幅度取值存在三種電平，但是它用脈沖的正負(fù)極性表示兩種信息，通常仍歸入二元碼功率譜中含有豐富的低頻乃至直流分量，不能適應(yīng)有交流耦合的傳輸信道當(dāng)信息中出現(xiàn)長(zhǎng)1串或長(zhǎng)0串時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)連續(xù)的固定電平，無(wú)電平躍變，也就沒(méi)有定時(shí)信息信息1和0分別獨(dú)立地對(duì)應(yīng)于某個(gè)傳輸電平，相鄰信號(hào)之間取值獨(dú)立，不具有檢測(cè)錯(cuò)誤的能力16譜零點(diǎn)帶寬174.1.2二元碼（5）差分碼－1和0分別用電平的跳變或不變來(lái)表示。－若用電平跳變表示1，則對(duì)應(yīng)傳號(hào)差分碼，記為NRZ（M）－若用電平跳變表示0，則對(duì)應(yīng)空號(hào)差分碼，記為NRZ（S）－用電平的相對(duì)變化來(lái)傳輸信息，可以用來(lái)解決相移鍵控信號(hào)解調(diào)時(shí)的相位模糊問(wèn)題－差分碼中電平只具有相對(duì)意義，又稱(chēng)為相對(duì)碼194.1.2二元碼（6）數(shù)字雙相碼（分相碼，曼徹斯特碼）－用一個(gè)周期的方波表示1，用它的反相波表示0，并且都是雙極性非歸零脈沖。－每個(gè)碼元間隔的中心都存在電平跳變，有豐富的位定時(shí)信息－正負(fù)電平各占一半，不存在直流分量－不會(huì)出現(xiàn)3個(gè)或更多的連碼，可用來(lái)宏觀檢錯(cuò)－上述優(yōu)點(diǎn)是用頻帶加倍來(lái)?yè)Q取的，適用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備在短距離上的傳輸。214.1.2二元碼（7）密勒碼（延遲調(diào)制）－1用碼元間隔中心出現(xiàn)躍變表示，即用10或01表示0有兩種情況：?jiǎn)?時(shí)，碼元間隔內(nèi)不出現(xiàn)電平躍變而且在與相鄰碼元的邊界處也無(wú)躍變連0時(shí)，在兩個(gè)0的邊界處出現(xiàn)電平躍變，即00與11交替。－密勒碼中出現(xiàn)的最大寬度為2T，即兩個(gè)碼元周期，因此不會(huì)出現(xiàn)多于4個(gè)連碼的情況，此性質(zhì)可用于宏觀檢錯(cuò)。－密勒碼最初用于氣象衛(wèi)星和磁記錄，現(xiàn)也用于低速基帶數(shù)傳機(jī)。224.1.2二元碼（8）傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼－與數(shù)字雙相碼類(lèi)似，也是一種雙極性二電平非歸零碼常記為CMI碼－1交替地用00和11兩位碼表示，0則固定地用01表示－CMI沒(méi)有直流分量，頻繁出現(xiàn)波形跳變，便于恢復(fù)定時(shí)信號(hào)－CMI不會(huì)出現(xiàn)3個(gè)以上的連碼，可用來(lái)作宏觀檢錯(cuò)－CMI已納入CCITT建議，作為PCM四次群的接口碼型在數(shù)字雙相碼、密勒碼和CMI中，原始的二元碼在編碼后都用一組2位的二元碼來(lái)表示，因此，這類(lèi)碼又稱(chēng)為1B2B碼型。234.1.3三元碼三元碼－用信號(hào)幅度的三種取值表示二進(jìn)制碼－三元碼被廣泛地用作PCM的線(xiàn)路傳輸碼型242023年2月3日254.1.3三元（2）n階高密度雙極性碼－常記作HDBn碼，可看作AMI碼的一種改進(jìn)型－二進(jìn)制碼1交替地用＋1和－1的半占空歸零碼表示，連0的數(shù)目被限制為小于或等于n。當(dāng)信息中出現(xiàn)n＋1個(gè)連0碼時(shí)，就用特定碼組來(lái)取代，這種特定的碼組稱(chēng)為取代節(jié)。有兩種取代節(jié)：B0…0V和00…0V

－為了在接收端識(shí)別出取代節(jié)，人為地在取代節(jié)中設(shè)置“破壞點(diǎn)”，在這些“破壞點(diǎn)”處傳號(hào)的極性交替規(guī)律受到破壞（V為破壞點(diǎn)）。－兩種取代節(jié)的選取原則：使任意兩個(gè)相鄰V脈沖間的B脈沖數(shù)目為奇數(shù)。（可利用此性質(zhì)作線(xiàn)路差錯(cuò)的宏觀檢測(cè)）－相鄰V脈沖和B脈沖都符合極性交替的規(guī)則，因此無(wú)直流分量－解決了AMI碼遇連0串不能提取定時(shí)信號(hào)的問(wèn)題－應(yīng)用最廣泛的是HDB3碼，四次群以下的A律PCM終端設(shè)備的接口碼型均為HDB3碼n＋1位n＋1位26HDB3碼的特點(diǎn):特點(diǎn)1由HDB3碼確定的基帶信號(hào)無(wú)直流分量，且只有很小的低頻分量；

2HDB3中連0串的數(shù)目至多為3個(gè)，易于提取定時(shí)信號(hào)。

3編碼規(guī)則復(fù)雜，但譯碼較簡(jiǎn)單。

4利用V脈沖的特點(diǎn)，可作宏觀檢錯(cuò)。

解碼規(guī)則

1從收到的符號(hào)序列中找到破壞極性交替的點(diǎn)，可以斷定符號(hào)及其前面的3個(gè)符號(hào)必是連0符號(hào)，從而恢復(fù)4個(gè)連碼；若3連“0”前后非零脈沖同極性，則三個(gè)零后面譯為一個(gè)零；如+1000+1就應(yīng)該譯成“10000”，

若2連“0”前后非零脈沖極性相同，則兩零前后都譯為0;如-100-1，就應(yīng)該譯為“0000”。

2再將所有的-1變換成+1后，就可以得到原消息代碼。

274.1.4多元碼多元碼

——當(dāng)數(shù)字信息具有M種符號(hào)時(shí)，稱(chēng)為M元碼。（當(dāng)M>2時(shí)稱(chēng)為多元碼）

——多元碼中，每個(gè)符號(hào)可以用來(lái)表示一個(gè)二進(jìn)制碼組，因而成倍地提高了頻帶利用率。當(dāng)M＝2n時(shí)，與二元碼傳輸相比，M元碼傳輸時(shí)所需要的信道頻帶可降為1/n，即頻帶利用率提高為n倍。

——由于頻帶利用率高，多元碼在頻帶受限的高速數(shù)字傳輸系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。28四元碼與二元碼相比29AMI碼－傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼1.編碼規(guī)則：“1”交替變成“＋1”和“－1”，

“0”仍保持為“0”。

例：消息碼：010110001 AMI碼：0+10-1+1000-12.優(yōu)點(diǎn)：

沒(méi)有直流分量、譯碼電路簡(jiǎn)單、能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼3.缺點(diǎn)：

出現(xiàn)長(zhǎng)串連“0”時(shí)，將使接收端無(wú)法取得定時(shí)信息。4.又稱(chēng)：“1B/1T”碼－1位二進(jìn)制碼變成1位三進(jìn)制碼。4.1.3三元碼（1）B8ZS

替換規(guī)則

8個(gè)連0由000VB0VB來(lái)代替.V的極性與前導(dǎo)1的極性相同

B8ZS提供了一種8個(gè)連0的替代方案。

接收端的確認(rèn)

例32HDB3碼－3階高密度雙極性碼

在HDB3中，如果出現(xiàn)連續(xù)4

個(gè)比特0，則根據(jù)前導(dǎo)1的極性和前一破壞點(diǎn)V

的極性，用000V

或B00V替換這4個(gè)0V

是破壞點(diǎn)；B

是符合極性交替規(guī)律的比特，和V配合替換規(guī)則:相鄰V碼極性正負(fù)交替.如果V碼與前導(dǎo)1的極性相同，則用000V.如果V碼與前導(dǎo)1的極性不同，則用B00V，B的極性與V相同，并且讓后面的非“0”碼元符號(hào)從V碼元開(kāi)始再交替變化。33HDB3替換算法:前一破壞點(diǎn)的極性+-+-前導(dǎo)1的極性+--+HDB3替代碼組-00-+00+000-000+模式B00V000V342.譯碼：發(fā)現(xiàn)相連的兩個(gè)同符號(hào)的“1”時(shí)，后面的“1”及其前面的3個(gè)符號(hào)都譯為“0”。然后，將“+1”和“-1”都譯為“1”，其它為“0”。3.優(yōu)點(diǎn)：

除了具有AMI碼的優(yōu)點(diǎn)外，還可以使連“0”碼元串中“0”的數(shù)目不多于3個(gè)，而且與信源的統(tǒng)計(jì)特性無(wú)關(guān)。

35例：消息碼:100001000011000011AMI碼:-10000+10000-1+10000-1+1HDB3碼:-1000-V+1000+V-1+1–B00-V+1-1

-1000-1+1000+1-1+1-100-1+1-1譯碼：-10000+10000-1+10000+1-1 10000100001100001136CMI碼－傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼

1.編碼規(guī)則：

消息碼“1”

交替用“11”和“00”表示；消息碼“0”

用“01”表示。消息碼：10110001CMI碼：00011100 01010111tCMI碼：3738特點(diǎn):不存在直流分量。具有頻繁出現(xiàn)的電平跳變，有利于接收端提取位定時(shí)信號(hào)。具有內(nèi)檢錯(cuò)能力應(yīng)用:ＣＭＩ碼除了在高次群作為接口碼之外，還被推薦為速率低于8448kbps的光纖數(shù)字傳輸中的線(xiàn)路傳輸碼型39裂（雙）相碼－曼徹斯特碼1.編碼規(guī)則：消息碼“0”傳輸碼“01”

消息碼“1”

傳輸碼“10”

例：

消息碼：

1

1

0

0101 雙相碼：10

10

01

01

10

01

10

402.譯碼規(guī)則：消息碼“0”和“1”交替處有連“0”和連“1”，可以作為碼組的邊界。3.優(yōu)缺點(diǎn)：只有2電平，可以提供定時(shí)信息，無(wú)直流分量；但是占用帶寬較寬。42mBnB碼

1.這是一類(lèi)分組碼，它把消息碼流的m位二進(jìn)制碼元編為一組，并變換成為n位二進(jìn)制的碼組，其中n>m。后者有2n種不同組合。由于n>m，所以后者多出(2n–2m)種組合。在2n種組合中，可以選擇特定部分為可用碼組，其余部分為禁用碼組，以獲得好的編碼特性。2.雙相碼和CMI碼等可以看作是1B2B碼。在光纖通信系統(tǒng)中，常選用n=m+1，例如5B6B碼等。3.除了mBnB碼外，還可以有mBnT碼等等。mBnT碼表示將m個(gè)二進(jìn)制碼元變成n個(gè)三進(jìn)制碼元。43◆編碼原則

碼的數(shù)字和盡可能小

碼的運(yùn)行數(shù)字和盡可能小◆3B/4B為例“1”---+1,“0”----1data0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111DS-4-2-20-200+2-200+20+2+2+4△△△△○○44◆3B/4B碼3B(input)0111100100011010010010114B(output)01101000010111101010000111100110group--++--+-DS0-20+20-2+203B(input)4B(output)“+”groupNextgroup“-”groupNextgroup0001011--0100-+0011110--0001-+0100101++0101--0110110++0110--1001001++1001--1011010++1010--1100111--1000-+1111101--0010-+5.3基帶傳輸系統(tǒng)5.3.1基帶傳輸系統(tǒng)的組成5.3.2帶限傳輸系統(tǒng)對(duì)信號(hào)波形的影響帶限傳輸系統(tǒng)對(duì)脈沖信號(hào)波形的影響帶限傳輸系統(tǒng)對(duì)脈沖信號(hào)波形的影響是容易導(dǎo)致碼間串?dāng)_理想傳輸特性的問(wèn)題不能物理實(shí)現(xiàn)波形的“尾巴”振蕩大，時(shí)間長(zhǎng)，要求抽樣時(shí)間準(zhǔn)確。

實(shí)用無(wú)碼間串?dāng)_傳輸特性：

奈奎斯特1928年給出了一條解決途徑，他證明了為得到無(wú)碼間串?dāng)_的傳輸特性，系統(tǒng)傳輸函數(shù)不必為矩形，而容許是具有緩慢下降邊沿的任何形狀。

要求：

傳輸函數(shù)是實(shí)函數(shù)，且在f=w處奇對(duì)稱(chēng)， －－稱(chēng)為奈奎斯特準(zhǔn)則。碼間串?dāng)_的數(shù)學(xué)分析數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸模型如圖所示。圖5-11消除碼間串?dāng)_的原理

圖5-12Heq(ω)的物理含義

5.3.3均衡原理一、概述

1、均衡器的用途－減小碼間串?dāng)_

2、均衡器的種類(lèi)：頻域均衡器：從濾波器的頻率特性考慮