第六章数字信号的基带传输*1数字信号传输的基本方式 基带传输不经过调制直接对数字基带信号进行传输的传输方式称为数字信号的基带传输数字基带信号：数字信息的电脉冲表示（即用不同幅度的脉冲所表示的码元的不同取值） 调制传输经过调制，利用载波传输调制后的频带信号的传输方式称为数字信号的调制传输Date2基带传输的基本特点 数字基带信号含有大量的低频分量以及 直流分量。 基带传输是调制传输的基础。设计传输 系统时，一个调制传输系统往往可以等 效成一个基带传输系统来考虑。Date36.1数字基带信号的码型Date4数字信息 数字序列数据流an 码元： an基本单元每个码元只能取离散的有限个值0，1， M1Date56.1.1数字基带信号的码型设计原则 码型 数字信号的电脉冲结构称 为码型 码型编码（码型变换） 数字信息的电脉冲表示过 程称为码型编码或码型 变换 码型译码 由码型还原为数字信息的 过程称为码型译码码型的选择：与传输信道相匹配信号的抗噪声能力强便于从信号中提取位 定时信息尽量减少基带信号频 谱中的高频分量编译码设备应尽量简 单Date66.1.2二元码（1） 单极性非归零码用高电平和低电平（常为零电平）两种取值分别表示 二进制码1和0，在整个码元期间电平保持不变。常记为 NRZ。有直流分量，用于终端设备。Date76.1.2二元码（2） 双极性非归零码用正电平和负电平分别表示1和0，在整个码元期间电平保持不变无直流成分，可以在电缆等无接地的传输线上传输Date86.1.2二元码（3） 单极性归零码发送1时，高电平在整个码元期间（T）只持续一段时间（），在码元的其余时间内则返回零电平，发送0时，用零电平表示。常记为RZ。 /T称为占空比可以直接提取位定时信号，是其它码型提取位定时信号时需要采用的一种过渡码型Date9Date106.1.2二元码（4） 双极性归零码用正极性的归零码和负极性的归零码分别表示1和0兼有双极性和归零的特点，虽然幅度取值存在三种电平，但是它用脉冲的正负极性表示两种信息，通常仍归入二元码Date11功率谱中含有丰富的低频乃至直流分量，不能适应有交流耦合的传输 信道当信息中出现长1串或长0串时，会呈现连续的固定电平，无电平跃变 ，也就没有定时信息信息1和0分别独立地对应于某个传输电平，相邻信号之间取值独立， 不具有检测错误的能力Date12谱零点带宽 Date136.1.2二元码（5） 差分码1和0分别用电平的跳变或不变来表示。若用电平跳变表示1，则对应传号差分码，记为NRZ（M）若用电平跳变表示0，则对应空号差分码，记为NRZ（S）用电平的相对变化来传输信息，可以用来解决相移键控信号解调时的相位模糊问题差分码中电平只具有相对意义，又称为相对码Date14Date156.1.2二元码（6） 数字双相码（分相码，曼彻斯特码）用一个周期的方波表示1，用它的反相波表示0，并且都是双极性非归零脉冲。每个码元间隔的中心都存在电平跳变，有丰富的位定时信息正负电平各占一半，不存在直流分量不会出现3个或更多的连码，可用来宏观检错上述优点是用频带加倍来换取的，适用于数据终端设备在短距离上的传输。Date16Date176.1.2二元码（7） 密勒码（延迟调制）1用码元间隔中心出现跃变表示，即用10或01表示0有两种情况：单0时，码元间隔内不出现电平跃变而且在与相邻码元的边界处也无跃变连0时，在两个0的边界处出现电平跃变，即00与11交替。密勒码中出现的最大宽度为2T，即两个码元周期，因此不会出现多于4个连码的情况，此性质可用于宏观检错。密勒码最初用于气象卫星和磁记录，现也用于低速 基带数传机。Date186.1.2二元码（8） 传号反转码与数字双相码类似，也是一种双极性二电平非归零码常记为CMI码1交替地用00和11两位码表示，0则固定地用01表示CMI没有直流分量，频繁出现波形跳变，便于恢复定时信号CMI不会出现3个以上的连码，可用来作宏观检错CMI已纳入CCITT建议，作为PCM四次群的接口码型在数字双相码、密勒码和CMI中，原始的二元码在 编码后都用一组2位的二元码来表示，因此，这类 码又称为1B2B码型。Date196.1.3三元码 三元码用信号幅度的三种取值表示二进制码三元码被广泛地用作PCM的线路传输码型Date206.1.3三元码（1） 传号交替反转码 常记作AMI码 二进制码0用0电平表示，二进制码1交替地用1和1的半占空归零码表示 AMI码中无直流分量，低频分量较小，能量集中在 1/2码速处 利用传号交替反转规则可用作宏观检测Date21Date22Date236.1.3三元（2）n阶高密度双极性码常记作HDBn码，可看作AMI码的一种改进型二进制码1交替地用1和1的半占空归零码表示，连0的数目被限制为小于或等于n。当信息中出现n1个连0码时，就用特定码组来取代，这种特定的码组称为取代节。有两种取代节：B00V和000V为了在接收端识别出取代节，人为地在取代节中设置“破坏点”，在这些“破坏点”处传号的极性交替规律受到破坏（V为破坏点）。两种取代节的选取原则：使任意两个相邻V脉冲间的B脉冲数目为奇数。（可利用此性质作线路差错的宏观检测）相邻V脉冲和B脉冲都符合极性交替的规则，因此无直流分量解决了AMI码遇连0串不能提取定时信号的问题应用最广泛的是HDB3码，四次群以下的A律PCM终端设备的接口 码型均为HDB3码n1位n1位Date24HDB3码的特点:特点1 由HDB3码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量；2 HDB3中连0串的数目至多为3个，易于提取定时信号。3 编码规则复杂，但译码较简单。4 利用V脉冲的特点，可作宏观检错。解码规则1 从收到的符号序列中找到破坏极性交替的点，可以断定符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连码；若3连“0”前后非零脉冲同极性，则三个零后面译为一个零；如+1000+1 就应该译成“10000”，若2连 “0”前后非零脉冲极性相同，则两零前后都译为0;如-100-1，就应该译为“0000”。2 再将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码 。Date256.1.3三元码（3） BNZS码 是N连0取代双极性码的缩写，也可看作AMI码的另一种改进型。 当连0数目小于N时，遵从传号极性交替规律；当连0数目为N或大于N时，则用带有破坏点的取代节来替代。 常用的是B6ZS码，取代节为0VB0VBDate266.1.4多元码多元码当数字信息具有M种符号时，称为M元码。（当M2时称为多元码）多元码中，每个符号可以用来表示一个二进制码组，因而成倍地提高了频带利用率。当M2n时，与二元码传输相比，M元码传输时所需要的信道频带可降为1/n，即频带利用率提高为n倍。由于频带利用率高，多元码在频带受限的高速数字传输系统中得到广泛应用。Date27四元码与二元码相比 Date286.2数字基带信号的功率谱 前面介绍了典型的数字基带信号的时域波形，从信号传输的角度 来看，还需要进一步了解数字基带信号的频域特性，它决定了信 号在频域的分布情况，决定了信号的带宽，以便通信系统设计时 能有效地、合理地利用传输信道。 在实际通信中，被传送的信息是收信者事先未知的，因此数字基 带信号一般是随机的脉冲序列，由于随机信号不能用确定的时间 函数表示。也就没有确定的频谱函数，因此不能用确定信号的频 谱计算方式。随机信号的频谱特性要用功率谱密度来描述。 分析数字基带信号功率谱的目的：根据功率谱的特点设计传输信道以及合理的传输方式。是否含有定时信号，作为同步的基础。Date29数字基带信号的功率谱 怎样求随机序列的功率谱呢？理论上，先求出自相关函数功 率谱，计算过程较复杂。 采用比较简单的方法，求出简单码型的功率谱。尽管公式的适用 范围有限，但计算结果具有普遍的意义，可进行定性分析（具体 功率谱表达式必须经过定量计算）。 方法：从随机过程功率谱的原始定义出发，推出了二进制随机脉冲序列g(t)的功率谱P(f)。 分析：二进制随机脉冲序列g(t)，1码基本波形g1(t)，概率为P 0码基本波形g2(t)，概率为1-P码元宽度Ts组成；Ts不是抽样周期（间隔）！Date30例g1(t)矩形 g2(t)三角形Date31例Date32 对于任意随机信号g(t)，都可以分解成二部分稳态分量a(t)周期性分量随机变化分量u(t)动态分量g(t) = a(t) + u(t) u(t) = g(t) - a(t) 分别求出这二个分量的功率谱，就可求出g(t) 的功率谱。P(f) = Pa(f) + Pu(f) 离散谱 连续谱Date33假设随机脉冲序列为式中分解为两部分，稳态分量 随机变化的分量 用傅立叶级数展开 若则有求得稳态分量 的功率谱是 的统计平均分量，是周期性分量 Date34是功率信号，将其截短成长度为 的信号扣除稳态分量后，剩余的交变分量为Date35的频谱函数求出 的能量谱的统计平均值为Date36的功率谱为的功率谱通常二进制信息1和0是等概的，p1/2Date37小结： P(f) 包含两个部分Pa(f) 和 Pu(f)Pa(f) 是g(t)的稳态分量a(t) 的功率谱Pu(f) 是g(t)的交变分量u(t) 的功率谱 由于在二进制随机脉冲序列中，单个1码的波形g1(t) 和单个0码的波形g2(t) 不完全相同，使得G1(f)G2(f)从而形成的连续谱总是存在的。而a(t) 是周期性分量因此Pa(f) 是离散谱，离散谱是否存在取决于G(f) 在f = nfs的取值，即与g1(t)和g2(t) 的波形(码型)及出现的概率均有关系。离散谱是否存在关系到能否从脉冲序列中直接提取位定时信号，如果做不到这一点，则要设法变换基带信 号的波形，以利于位定时信号的提取。Date38例 Date39例61求0、1等概的单极性不归零码的功率谱。已知单个1码的波形是幅 度为A的矩形脉冲解：二元码的表达式显然本例中设 为幅度为1的矩形脉冲，则代入式618得功率谱表达式其中分析离散谱（f=nfs)：Date40综合得出功率谱表达式为单极性不归零码的谱零点带宽Date41例62计算0、1等概的单极性归零码的功率谱。已知单个1码的波形是幅 度为A的半占空矩形脉冲。解：同上题得出初步功率谱表达式其中分析离散谱（f=nfs)：综合以上，功率谱为单极性归零码的谱零点带宽Date42例63求0、1等概的双极性不归零码的功率谱。已知单个0码和单个1码的 波形分别是幅度为A和A的矩形脉冲解：二元码的表达式设g(t)为幅度为1的矩形脉冲，显然本例中将以上关系带入式618得功率谱表达式其中G(f)的表达式为总的功率谱表达式为双极性不归零码的谱零点带宽为Date43小结 功率谱的形状取决于单个波形的频谱函数。 时域波形的占空比愈小，频带愈宽。 凡是0、1等概的双极性码均无离散谱。即这种码型无直流分量和 位定时分量。 单极性归零码的离散谱中有位定时分量，因此可以直接提取；对 那些不含有位定时分量的码型，设法将其变换成单极性归零码， 便可获取位定时分量。变换过程： 微分整流成形（单稳态，调整时间常数，调整脉冲宽度） 不归零码的跳变沿中含有位定时信息，因此，希望码序列应有频繁的跳变，这就是为什么采用CMI码、双相码的原因。AMI码、HDB3码、正负归零码，整流后可提取。Date44变换过程Date456.3无码间串扰的