通信原理韓慶文第四章基帶傳輸(1)

1、CCEE第四章第四章 基帶傳輸基帶傳輸數字通信原理重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理主要內容主要內容 4.1 4.1 概概 述述4.2 4.2 基帶信號及其頻譜特性基帶信號及其頻譜特性 4.3 4.3 基帶信號的傳輸與碼間干擾基帶信號的傳輸與碼間干擾 4.4 4.4 基帶傳輸中碼間干擾的消除基帶傳輸中碼間干擾的消除 4.5 4.5 傳輸系統(tǒng)中的噪聲傳輸系統(tǒng)中的噪聲4.6 4.6 基帶信號的最佳接收基帶信號的最佳接收4.8 4.8 基帶系統(tǒng)的均衡基帶系統(tǒng)的均衡4.7 4.7 基帶系統(tǒng)的最佳化基帶系統(tǒng)的最佳化重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信

2、原理4.1 概述概述1 12 23 3重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理基帶傳輸和頻帶傳輸基帶傳輸和頻帶傳輸基帶信號基帶信號來自數據終端的原始數據信號，往往包含豐富的來自數據終端的原始數據信號，往往包含豐富的低頻分量，甚至直流分量，稱之為數字基帶信號。低頻分量，甚至直流分量，稱之為數字基帶信號。數字基帶傳輸數字基帶傳輸在某些有線信道中，特別是傳輸距離不太遠的情在某些有線信道中，特別是傳輸距離不太遠的情況下，數字基帶信號可以直接傳輸，稱之為數字況下，數字基帶信號可以直接傳輸，稱之為數字基帶傳輸?；鶐鬏?。頻帶傳輸頻帶傳輸大多數信道中數字基帶信號必須經過載波調制，大多

3、數信道中數字基帶信號必須經過載波調制，把頻譜搬移到高載處才能在信道中傳輸，這種傳把頻譜搬移到高載處才能在信道中傳輸，這種傳輸稱為數字頻帶（調制或載波）傳輸。輸稱為數字頻帶（調制或載波）傳輸。重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理4.1 概述概述1 12 23 3重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理基帶傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)信道信號信道信號形成器形成器數字基帶數字基帶信號信號接收接收濾波器濾波器抽樣抽樣判決器判決器同步同步提取提取 n t信道信道 TG C RG重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理基帶傳輸系統(tǒng)基帶傳輸

4、系統(tǒng)信道信號信道信號形成器形成器數字基帶信數字基帶信號號接收接收濾波器濾波器抽樣抽樣判決器判決器同步同步提取提取 n t信道信道 TG C RG信道信號形成器把原始基帶信號變換成適合于信道信道信號形成器把原始基帶信號變換成適合于信道傳輸的基帶信號，這種變換主要是通過碼型變換和傳輸的基帶信號，這種變換主要是通過碼型變換和波形變換來實現(xiàn)的。波形變換來實現(xiàn)的。重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理基帶傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)信道是允許基帶信號通過的媒質，通常為有線信道，信道是允許基帶信號通過的媒質，通常為有線信道，信道的傳輸特性通常不滿足無失真?zhèn)鬏敆l件，甚至信道的傳輸特性通常不

5、滿足無失真?zhèn)鬏敆l件，甚至是隨機變化的。另外信道還會進入噪聲。是隨機變化的。另外信道還會進入噪聲。信道信號信道信號形成器形成器數字基帶信數字基帶信號號接收接收濾波器濾波器抽樣抽樣判決器判決器同步同步提取提取 n t信道信道 TG C RG重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理基帶傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)接收濾波器濾除帶外噪聲，對信道特性均衡，使輸接收濾波器濾除帶外噪聲，對信道特性均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決出的基帶波形有利于抽樣判決信道信號信道信號形成器形成器數字基帶信數字基帶信號號接收接收濾波器濾波器抽樣抽樣判決器判決器同步同步提取提取 n t信道信道 TG C

6、RG重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理基帶傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)抽樣判決器在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時刻抽樣判決器在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時刻（由位定時脈沖控制）對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判（由位定時脈沖控制）對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復或再生基帶信號。而用來抽樣的位定時脈沖則依決，以恢復或再生基帶信號。而用來抽樣的位定時脈沖則依靠同步提取電路從接收信號中提取。靠同步提取電路從接收信號中提取。信道信號信道信號形成器形成器數字基帶信數字基帶信號號接收接收濾波器濾波器抽樣抽樣判決器判決器同步同步提取提取 n t信道信道 TG C

7、RG重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理基帶傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)101011101111重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理基帶傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)(a)(a)是輸入的基帶信號是輸入的基帶信號(b)(b)是進行碼型變換后的波形是進行碼型變換后的波形(c)(c)對對(a)(a)而言進行了碼型及波形的變換，而言進行了碼型及波形的變換， 是一種適是一種適合在信道中傳輸的波形合在信道中傳輸的波形(d)(d)是信道輸出信號，顯然由于信道頻率特性不理想，是信道輸出信號，顯然由于信道頻率特性不理想，波形發(fā)生失真并疊加了噪聲波形發(fā)生失真并疊加了噪聲(e)

8、(e)為接收濾波器輸出波形為接收濾波器輸出波形, ,與與(d)(d)相比失真和噪聲減相比失真和噪聲減弱弱(f)(f)是位定時同步脈沖是位定時同步脈沖(g)(g)為恢復的信息，第為恢復的信息，第4 4個碼元發(fā)生誤碼。誤碼的原因個碼元發(fā)生誤碼。誤碼的原因之一是信道加性噪聲，之二是傳輸總特性（包括收、之一是信道加性噪聲，之二是傳輸總特性（包括收、發(fā)濾波器和信道的特性）不理想，發(fā)濾波器和信道的特性）不理想，使碼元間相互串擾使碼元間相互串擾。重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理4.1 概述概述1 12 23 3重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理研

9、究基帶傳輸的意義研究基帶傳輸的意義基帶傳輸是基礎，任何頻帶傳輸都包括基基帶傳輸是基礎，任何頻帶傳輸都包括基帶傳輸部分，而且對信號的處理均在基帶帶傳輸部分，而且對信號的處理均在基帶部分完成。部分完成。實際的基帶傳輸有一定的應用面，而且還實際的基帶傳輸有一定的應用面，而且還在增加，例如以太網在增加，例如以太網任意線性調制均可等效成基帶系統(tǒng)任意線性調制均可等效成基帶系統(tǒng)基帶傳輸是數字通信的主要內容之一。基帶傳輸是數字通信的主要內容之一。重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理主要內容主要內容 4.1 4.1 概概 述述4.2 基帶信號及其頻譜特性基帶信號及其頻譜特性 4.3

10、基帶信號的傳輸與碼間干擾基帶信號的傳輸與碼間干擾 4.4 基帶傳輸中碼間干擾的消除基帶傳輸中碼間干擾的消除 4.5 傳輸系統(tǒng)中的噪聲傳輸系統(tǒng)中的噪聲4.6 基帶信號的最佳接收基帶信號的最佳接收4.8 基帶系統(tǒng)的均衡基帶系統(tǒng)的均衡4.7 基帶系統(tǒng)的最佳化基帶系統(tǒng)的最佳化重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理4.2 基帶信號及其頻譜特性基帶信號及其頻譜特性123重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理數字基帶信號數字基帶信號數字基帶信號是指消息代碼的電波形，它是用不數字基帶信號是指消息代碼的電波形，它是用不同的電平或脈沖來表示相應的消息代碼。同的電

11、平或脈沖來表示相應的消息代碼。最常見的基帶信號波形最常見的基帶信號波形傳輸用的基帶信號主要要求傳輸用的基帶信號主要要求消息消息代碼的電波代碼的電波基帶信號就是這些基帶信號就是這些代碼的電波形式代碼的電波形式二進制或多二進制或多進制代碼進制代碼重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理矩形脈沖波形矩形脈沖波形單極單極性脈沖性脈沖雙極雙極性脈沖性脈沖單極性歸零脈沖單極性歸零脈沖雙極性歸零脈沖雙極性歸零脈沖差分碼（相對碼差分碼（相對碼）重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理單極單極性脈沖性脈沖一種最基本、最簡單的基帶信號形式。二一種最基本、最簡單的基帶

12、信號形式。二進制符號進制符號“0 0”和和“1 1”對應的分別是對應的分別是0 0電平電平和正電位（或負電位）和正電位（或負電位）極性單一，電脈沖間無間隔，含有較大的極性單一，電脈沖間無間隔，含有較大的直流分量，不適應傳輸特性的漂移變化。直流分量，不適應傳輸特性的漂移變化。抗干擾能力差，不適于較遠距離傳輸?？垢蓴_能力差，不適于較遠距離傳輸。特特點點 構構成成重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理矩形脈沖波形矩形脈沖波形單極單極性脈沖性脈沖雙極雙極性脈沖性脈沖單極性歸零脈沖單極性歸零脈沖雙極性歸零脈沖雙極性歸零脈沖差分碼（相對碼差分碼（相對碼）重慶大學通信工程學院重慶大

13、學通信工程學院數字通信原理數字通信原理雙極雙極性脈沖性脈沖用正脈沖代表二進制符號用正脈沖代表二進制符號“1 1”，負脈沖，負脈沖代表二進制符號代表二進制符號“0 0”，它的電脈沖間也無間隔，但由于是雙極它的電脈沖間也無間隔，但由于是雙極性，故當性，故當0 0、1 1符號等概出現(xiàn)時，無直流符號等概出現(xiàn)時，無直流分量，且因判決門限為分量，且因判決門限為0 0電平，所以抗干電平，所以抗干擾性較單極性脈沖強。擾性較單極性脈沖強。 構構成成特特點點重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理雙極性脈沖雙極性脈沖單極性脈沖單極性脈沖全寬碼全寬碼與后面介紹的與后面介紹的“歸零碼歸零碼”相

14、相對應對應全寬碼全寬碼全寬碼全寬碼在一個碼元內均有電壓或無電壓。在一個碼元內均有電壓或無電壓。全寬碼脈沖寬，頻帶不寬，頻譜中無基波分量，全寬碼脈沖寬，頻帶不寬，頻譜中無基波分量，不能直接提取位同步信號。由于碼元無空隙，不能直接提取位同步信號。由于碼元無空隙，易發(fā)生碼元波形間干擾。易發(fā)生碼元波形間干擾。重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理矩形脈沖波形矩形脈沖波形單極單極性脈沖性脈沖雙極雙極性脈沖性脈沖單極性歸零脈沖單極性歸零脈沖雙極性歸零脈沖雙極性歸零脈沖差分碼（相對碼差分碼（相對碼）重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理單極性歸零脈沖單極性

15、歸零脈沖它是單極性脈沖的歸零形式它是單極性脈沖的歸零形式歸零即每個脈沖在歸零即每個脈沖在碼元持續(xù)時間內都碼元持續(xù)時間內都要回到零電位，故要回到零電位，故叫歸零脈沖。叫歸零脈沖。占空比占空比= =脈沖寬度脈沖寬度/碼元持續(xù)時間碼元持續(xù)時間TS特特點點 構構成成對于脈沖持續(xù)時間多長歸零，用占空對于脈沖持續(xù)時間多長歸零，用占空比來描述比來描述單極性歸零脈沖頻譜較單極性脈沖頻單極性歸零脈沖頻譜較單極性脈沖頻帶寬，有帶寬，有1/1/T TS S成分，便于提取位定時成分，便于提取位定時信號信號重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理矩形脈沖波形矩形脈沖波形單極單極性脈沖性脈沖雙極雙

16、極性脈沖性脈沖單極性歸零脈沖單極性歸零脈沖雙極性歸零脈沖雙極性歸零脈沖差分碼（相對碼差分碼（相對碼）重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理雙極性歸零脈沖雙極性歸零脈沖它是雙極性脈沖的歸零形式它是雙極性脈沖的歸零形式 構構成成特特點點具有雙極性脈沖抗干擾能力較強的具有雙極性脈沖抗干擾能力較強的特點和歸零脈沖有位同步信號頻率，特點和歸零脈沖有位同步信號頻率，便于提取位定時信號的優(yōu)點。但頻便于提取位定時信號的優(yōu)點。但頻帶較全寬碼寬。帶較全寬碼寬。重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理矩形脈沖波形矩形脈沖波形單極單極性脈沖性脈沖雙極雙極性脈沖性脈沖單

17、極性歸零脈沖單極性歸零脈沖雙極性歸零脈沖雙極性歸零脈沖差分碼（相對碼差分碼（相對碼）重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理絕對碼和相對碼絕對碼和相對碼基帶信號均與數碼基帶信號均與數碼“1 1”、“0 0”直接對應，直接對應，以上討論的四種碼型都以上討論的四種碼型都是絕對碼是絕對碼碼的電平與碼的電平與“1 1”或或“0 0”間無絕對的對應關系，間無絕對的對應關系，而是用電平的相對變化而是用電平的相對變化與否來傳輸信息與否來傳輸信息絕對碼相對碼它在傳輸過程經不起由它在傳輸過程經不起由于各種因素引起的極性于各種因素引起的極性反轉，只能用于短距離反轉，只能用于短距離通信。通信

18、。它的優(yōu)點是傳輸時不怕它的優(yōu)點是傳輸時不怕極性倒置。極性倒置。重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理差分碼差分碼它與前四種基帶信號不同，它的波形不直它與前四種基帶信號不同，它的波形不直接與數碼對應，而是用脈沖電平不變與跳接與數碼對應，而是用脈沖電平不變與跳變來表示變來表示“1 1”或或“0 0”。若用電平跳變表示若用電平跳變表示“1 1”，則稱傳號，則稱傳號差差分碼（常用）分碼（常用）若用電平跳變表示若用電平跳變表示“0 0”，則稱空號，則稱空號差差分碼。分碼。波形對比波形對比重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理結論結論 1.1. 直流分量

19、將導致抗噪聲性能下降，并消耗傳輸直流分量將導致抗噪聲性能下降，并消耗傳輸功率，進而影響信號傳輸質量，因此在選擇波形時功率，進而影響信號傳輸質量，因此在選擇波形時應選擇直流分量為應選擇直流分量為0 0的波形結構；的波形結構；2.2. 定時恢復是數字傳輸中的重要環(huán)節(jié)，因此應盡定時恢復是數字傳輸中的重要環(huán)節(jié)，因此應盡量選擇包含碼元定時分量的波形結構；量選擇包含碼元定時分量的波形結構；3.3. 接收端在信號恢復過程中可能出現(xiàn)相位反轉，接收端在信號恢復過程中可能出現(xiàn)相位反轉，導致接收錯誤，此時可采用差分編碼解決；導致接收錯誤，此時可采用差分編碼解決；重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數

20、字通信原理4.2 基帶信號及其頻譜特性基帶信號及其頻譜特性123線路碼型線路碼型用恰當的脈沖表示數據用恰當的脈沖表示數據恰當恰當脈沖信號具有適合于線路傳輸的波形脈沖信號具有適合于線路傳輸的波形格式格式線路傳輸碼型線路傳輸碼型重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理常見的線路碼型常見的線路碼型數字雙相碼數字雙相碼CMICMI碼碼密勒碼密勒碼重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理數字雙相碼數字雙相碼又稱分相碼或曼徹斯特碼，它用一個周期又稱分相碼或曼徹斯特碼，它用一個周期方波來代表方波來

21、代表“1 1”，而用它的反相表示，而用它的反相表示“0 0，即用，即用“1010”表示表示“1 1”，用，用“0101”表示表示“0 0”由于每個碼元間隔的中心部分都存在電平由于每個碼元間隔的中心部分都存在電平跳變，因此，比較容易提取位定時信號，跳變，因此，比較容易提取位定時信號，無直流分量及直流漂移，編碼容易。廣泛無直流分量及直流漂移，編碼容易。廣泛用于局域網中作傳輸碼用于局域網中作傳輸碼特特點點 構構成成重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理常見的線路碼型常見的線路碼型數字雙相碼數字雙相碼CMICMI碼碼密勒碼密勒碼重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信

22、原理數字通信原理“1010”和連續(xù)的和連續(xù)的“1111” “0000”都是不可能出現(xiàn)都是不可能出現(xiàn)的，如果出現(xiàn)必定是錯的，如果出現(xiàn)必定是錯碼，碼，CMI碼碼數字雙相碼類似，是一種二電平非歸零碼。數字雙相碼類似，是一種二電平非歸零碼。通常是通常是“1111”和和“0000”交替地表示交替地表示“1 1”碼，碼，而而“0101”表示表示“0 0”碼碼無直流分量，且頻繁出現(xiàn)電平跳變，便于無直流分量，且頻繁出現(xiàn)電平跳變，便于提取位定時信號。具有提取位定時信號。具有檢錯檢錯能力。該碼已能力。該碼已被被ITU-TITU-T推薦為推薦為PCMPCM四次群的接口碼型。在四次群的接口碼型。在光纜傳輸系統(tǒng)中有時也

23、用作線路傳輸碼型光纜傳輸系統(tǒng)中有時也用作線路傳輸碼型特特點點 構構成成重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理常見的線路碼型常見的線路碼型數字雙相碼數字雙相碼CMICMI碼碼密勒碼密勒碼重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理密勒碼（延遲調制碼）密勒碼（延遲調制碼）“1 1”碼用碼元周期中點電平跳變表示，而碼用碼元周期中點電平跳變表示，而“0 0”碼則有兩種情況，當出現(xiàn)單碼則有兩種情況，當出現(xiàn)單“0 0”時，時，在碼元周期不跳變在碼元周期不跳變; ;而遇連而遇連0 0時則在前一個時則在前一個0 0結束時出現(xiàn)電平跳變。它是數字雙相碼經結束時出現(xiàn)電平

24、跳變。它是數字雙相碼經一級觸發(fā)器后得到的波形一級觸發(fā)器后得到的波形可以檢測傳輸誤碼。信號能量主要集中在二可以檢測傳輸誤碼。信號能量主要集中在二分之一碼速的頻率范圍內，直流分量小，故分之一碼速的頻率范圍內，直流分量小，故頻帶窄，僅為數字雙相碼的一半。頻帶窄，僅為數字雙相碼的一半。特特點點 構構成成重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理波形對比波形對比單極性單極性雙極性雙極性單極性歸零單極性歸零雙極性歸零雙極性歸零差分碼差分碼數字雙相碼數字雙相碼CMICMI碼碼密勒碼密勒碼-A0A0AA0-A0A-A0A-A0A-A0A 0 1 1 0 1 0 0 1 1A0AMI碼和碼

25、和HDB3碼碼ITUITUT T給出的建議傳輸碼型：給出的建議傳輸碼型：AMIAMI碼碼HDB3HDB3碼碼重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理AMI碼碼是一種將消息代碼是一種將消息代碼0 0（空號空號) )和和1(1(傳號傳號) )按如按如下規(guī)則進行編碼的碼：代碼中下規(guī)則進行編碼的碼：代碼中“0 0”仍為仍為0 0，而代碼中的而代碼中的“1 1”交替地變換為交替地變換為+1+1、-1-1、+1+1、-1-1. .。消息代碼：消息代碼：100 1 1000 1 1 1 100 1 1000 1 1 1

26、l lAMI AMI 碼碼:+100 -1 +:+100 -1 +l000 l000 1 +1 1 +1 1 +11 +1重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理AMI碼碼這種基帶信號無直流成分，且只有很小的低這種基帶信號無直流成分，且只有很小的低頻成分，因而它特別適宜在不允許這些成分頻成分，因而它特別適宜在不允許這些成分通過的信道中傳輸。通過的信道中傳輸。AMIAMI碼編譯碼電路簡單碼編譯碼電路簡單及便于觀察誤碼情況，是一種基本的線路碼，及便于觀察誤碼情況，是一種基本的線路碼，應用廣泛應用廣泛出現(xiàn)長的連出現(xiàn)長的連“0 0”時，提取位定時信號困難時，提取位定時信號困難優(yōu)

27、點優(yōu)點缺點缺點重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理1B1T碼碼由于由于AMlAMl碼的傳號碼的傳號“1 1”交替反轉，故由它交替反轉，故由它決定的基帶信號將出現(xiàn)正負脈沖交替，而決定的基帶信號將出現(xiàn)正負脈沖交替，而空號空號“0 0” 始終為零電平。始終為零電平。它實際已把一個二進制符號序列變成了三它實際已把一個二進制符號序列變成了三個電平的脈沖序列，但它仍然傳輸的是二個電平的脈沖序列，但它仍然傳輸的是二進制數碼，因此，稱它為準三進制數碼。進制數碼，因此，稱它為準三進制數碼。我們把一個二進制數碼變換成一個三進制我們把一個二進制數碼變換成一個三進制數碼所構成的碼稱為數碼所

28、構成的碼稱為1 1B B1T1T碼。碼。AMI碼和碼和HDB3碼碼ITUITUT T給出的建議傳輸碼型：給出的建議傳輸碼型：AMIAMI碼碼HDB3HDB3碼碼重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理HDB3碼碼HDB3HDB3碼是碼是AMIAMI碼的改進型，其編碼規(guī)則為：碼的改進型，其編碼規(guī)則為：連連0 0數少于數少于4 4時同時同AMIAMI碼碼連連0 0數等于或大于數等于或大于4 4時，加取代節(jié)時，加取代節(jié)000000V V，V V為破為破壞脈沖，極性與前面一個壞脈沖，極性與前面一個“1 1”極性相同

29、，碼極性相同，碼中破壞脈沖的極性要求正、負交替，中破壞脈沖的極性要求正、負交替，當取代節(jié)當取代節(jié)間間“1 1”的個數為的個數為奇數奇數，則所加的取代節(jié)均為，則所加的取代節(jié)均為000000V V連連0 0數等于或大于數等于或大于4 4時，但取代節(jié)間時，但取代節(jié)間“1 1”的個的個數為數為偶數偶數，雖第一個取代節(jié)仍為，雖第一個取代節(jié)仍為000000V V，但第二但第二取代節(jié)要變?yōu)槿〈?jié)要變?yōu)锽00VB00V，B B為補為補“1 1”脈沖，極性與脈沖，極性與前面前面“1 1” 相反，目的是保證破壞脈沖極性的相反，目的是保證破壞脈沖極性的正、負交替。這時正、負交替。這時V V脈沖的極性與脈沖的極性與B

30、 B脈沖相同。脈沖相同。重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理HDB3碼碼【例例】1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1AMIAMI碼碼 + 0 0 0 - + - 0 0 + - + 0 0 0 - + - 0 0 + -HDB3HDB3碼碼 + 0 0 0 - + - 0 0 + - + 0 0 0 - + - 0 0 + -【例例】2 2 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1HDB3HDB3碼碼 + 0 0 0 + 0 0 0

31、 V+ - 0 + - 0 0 0 V- 0 +V+ - 0 + - 0 0 0 V- 0 +重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理HDB3碼碼【例例】3 3 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1HDB3HDB3碼碼 + 0 0 0 + 0 0 0 V+ - + - + B-0 0 V- 0 + 0 -V+ - + - + B-0 0 V- 0 + 0 -譯譯碼：碼：只要從收到的脈沖序列中找到破壞脈沖。只要從收到的脈沖序列中找到破壞脈沖。就可斷定就可斷定V V脈沖前面的脈

32、沖前面的3 3個脈沖一定是個脈沖一定是0 0符符號，從而恢復號，從而恢復4 4個連個連0 0碼，再將所有碼，再將所有1 1變變成成1 1后便得到原消息代碼。后便得到原消息代碼。重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理HDB3碼碼HDB3HDB3碼的特點很明顯的，它除了保碼的特點很明顯的，它除了保持持AMIAMI碼的優(yōu)點外，由于連碼的優(yōu)點外，由于連0 0數不會數不會大于大于3 3所以對于定時信號的恢復十所以對于定時信號的恢復十分有利。分有利。 HDB3HDB3碼是碼是ITUITU推薦推薦使用的傳輸碼之使用的傳輸碼之一。一。特特點點AMIAMI碼、碼、NRZNRZ碼、碼、H

33、DB3HDB3碼功率譜密度曲線碼功率譜密度曲線 AMI AMI碼和碼和HDB3HDB3碼均為碼均為1B1T1B1T碼，即用三種電平來表碼，即用三種電平來表示二進制代碼。示二進制代碼。 編碼效率：編碼效率： %09.633lg12bitbit重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理二元碼與多元碼二元碼與多元碼4B4B/3T/3T碼碼多電平脈沖多電平脈沖重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理4B/3T碼碼1 1B/1TB/1T碼的編碼效率不高，碼的編碼效率不高，4 4B/3TB/3T是為提高是為提高編碼效率而提出的一種編碼，即用編碼效率而提出的一種

34、編碼，即用3 3個三進個三進制碼表示制碼表示4 4個二進制碼。個二進制碼。編碼效率為：編碼效率為：%12.843log342bitbit重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理二元碼與多元碼二元碼與多元碼4B4B/3T/3T碼碼多電平脈沖多電平脈沖重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理多電平脈沖多電平脈沖這種信號多于一個二進制符號對應于一個這種信號多于一個二進制符號對應于一個脈沖的基帶信號這種波形統(tǒng)稱為多值波形脈沖的基帶信號這種波形統(tǒng)稱為多值波形或多電平波形?；蚨嚯娖讲ㄐ巍＠?，令兩個二進制符號例如，令兩個二進制符號0000對應對應+3+3E

35、E，0101對對應應+ +E E，1010對應對應- -E E，1111對應對應-3-3E E，則所得波形則所得波形為為4 4值波形或值波形或4 4電平波形。電平波形。若數字基帶信號中各碼元波形相同而取值若數字基帶信號中各碼元波形相同而取值不同，則可表示為：不同，則可表示為： nsns ta g tnT重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理多電平脈沖多電平脈沖a an n是第是第n n個信息符號所對應的電平值（個信息符號所對應的電平值（0 0、1 1 或或-1-1、1 1 等），由信碼和編碼規(guī)律決定等），由信碼和編碼規(guī)律決定 T Ts s為碼元間隔；為碼元間隔；g(t

36、)g(t)為某種標準脈沖波形，對于二進制代為某種標準脈沖波形，對于二進制代碼序列，若令碼序列，若令g g1 1(t)(t)代表代表“0 0”，g g2 2(t)(t)代表代表“1 1”，則，則 nsns ta g tnT12,0snssgtnTa g tnTgtnT表示符號“ ”,表示符號“1”隨機量隨機量重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理多電平脈沖多電平脈沖數字基帶信號可用隨機序列表示：數字基帶信號可用隨機序列表示： nns tst重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0

37、 1（a）AMIAMI（b）HDBHDB3 30101000101011011110010111100001110（c）+E+3E-E-3E多電平多電平脈沖脈沖重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理傳輸用的基帶信號主要要求傳輸用的基帶信號主要要求對代碼的要求，對代碼的要求，原始消息代碼必須編成適合于傳輸用的碼型；原始消息代碼必須編成適合于傳輸用的碼型；對所選碼型的電波形要求對所選碼型的電波形要求電波形應適合于基帶系統(tǒng)的傳輸。電波形應適合于基帶系統(tǒng)的傳輸。前者屬于傳輸碼型的選擇，后者是基帶脈前者屬于傳輸碼型的選擇，后者是基帶脈沖的選擇。沖的選擇。傳輸碼的結構的主要特性傳

38、輸碼的結構的主要特性重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理傳輸碼結構的主要特征傳輸碼結構的主要特征1.1. 相應的基帶信號無直流分量，且低頻分量相應的基帶信號無直流分量，且低頻分量少；少； 2.2. 便于從信號中提取定時信息；便于從信號中提取定時信息； 3.3. 信號中高頻分量盡量少，以節(jié)省傳輸頻帶信號中高頻分量盡量少，以節(jié)省傳輸頻帶并減少碼間串擾；并減少碼間串擾； 4.4. 不受信息源統(tǒng)計特性的影響，即能適應于不受信息源統(tǒng)計特性的影響，即能適應于信息源的變化；信息源的變化； 5.5. 具有內在的檢錯能力。具有內在的檢錯能力。6.6. 編譯碼設備要盡可能簡單。編譯碼設

39、備要盡可能簡單。重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理4.2 基帶信號及其頻譜特性基帶信號及其頻譜特性123重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理單個基帶脈沖波形的頻譜單個基帶脈沖波形的頻譜三角形脈沖三角形脈沖升余弦形脈沖升余弦形脈沖1T P f0f2T3T4T1T2T4T3T2T f t2T0A1 P f0f23412432 f t20A22A重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理單個基帶脈沖波形的頻譜單個基帶脈沖波形的頻譜矩形脈沖矩形脈沖半余弦形脈沖半余弦形脈沖1T P f0f2T3T1T2T3T1 P f0f2

40、3412432 f t20A2T f t2T0A重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理基帶信號的功率譜密度基帶信號的功率譜密度為什么要對波形序列進行為什么要對波形序列進行頻譜分析頻譜分析？由于實際傳輸的信息不是單一波形，而是由單由于實際傳輸的信息不是單一波形，而是由單一波形組成的波形序列，因此僅了解單一波形一波形組成的波形序列，因此僅了解單一波形的頻譜是不夠的，有必要了解整個序列的頻譜的頻譜是不夠的，有必要了解整個序列的頻譜特性。特性。了解頻譜特性的目的了解頻譜特性的目的通過頻譜特性可知道信號的功率（能量）集中通過頻譜特性可知道信號的功率（能量）集中處，以便選擇合適的

41、措施。處，以便選擇合適的措施。了解頻譜中是否包含了解頻譜中是否包含f fs s和它的倍頻成分，以便和它的倍頻成分，以便提取位定時信號。提取位定時信號。重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理基帶信號的功率譜密度基帶信號的功率譜密度基帶信號是一個基帶信號是一個隨機脈沖序列隨機脈沖序列隨機序列的譜分析隨機序列的譜分析 一個離散的隨機過程一個離散的隨機過程隨機過程的頻譜分析隨機過程的頻譜分析隨機過程的能量通常是無限的，不隨機過程的能量通常是無限的，不能直接用傅氏變換進行分析。能直接用傅氏變換進行分析。dttf)(不滿足傅氏變換要求不滿足傅氏變換要求隨機過程的隨機過程的平均功率

42、譜分析平均功率譜分析 重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理隨機過程的平均功率譜隨機過程的平均功率譜隨機過程的平均功率是隨機過程的平均功率是有限的有限的可對隨機過程的功率譜可對隨機過程的功率譜進行分析進行分析對隨機過程的對隨機過程的功率譜密度分析功率譜密度分析先求樣本函數的先求樣本函數的功率譜密度功率譜密度再求各樣本函數再求各樣本函數功率譜密度的統(tǒng)計平均功率譜密度的統(tǒng)計平均得到整個隨機過程得到整個隨機過程的功率譜密度的功率譜密度分析分析思路思路重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理隨機過程的平均功率譜隨機過程的平均功率譜隨機過程的功率譜密度隨

43、機過程的功率譜密度波形序列的功率譜密度波形序列的功率譜密度重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理隨機過程的功率譜密度隨機過程的功率譜密度x(t)x(t)是隨機過程是隨機過程X(t)X(t)的一個樣本函數的一個樣本函數能量無限能量無限平均功率有限平均功率有限x(t)t重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理隨機過程的功率譜密度隨機過程的功率譜密度對對x x（t t）任意截取一段）任意截取一段截取的一段滿足傅氏變換的條件，可對其進截取的一段滿足傅氏變換的條件，可對其進行傅氏變換。行傅氏變換。x(t)t-TT被截取的一段為被截取的一段為)(txT重慶

44、大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理隨機過程的功率譜密度隨機過程的功率譜密度TttxTtx)(0)(其他x(t)t-TTdeXtxdtetxXtjTTtjTT)(21)()()(持續(xù)時間有限，能量有限，持續(xù)時間有限，能量有限，傅氏變化存在傅氏變化存在重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理隨機過程的功率譜密度隨機過程的功率譜密度dXdttxETTT2221）（）（x(t)t-TTx xT T(t)(t)的能量的能量E ET TTTTTdttxdttx）（）（22平均平均功率功率重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理平均功

45、率平均功率dPdTXdTXXddtetxXTdtdeXtxTdttxTWTTTTTTTTtjTTTTTtjTTTTTTTT）（）（）（）（）（）（）（）（）（212lim21221lim221lim221lim21lim22重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理平均功率平均功率表示樣本函數表示樣本函數x x（t t）在單位頻率內消耗在）在單位頻率內消耗在1 1電阻電阻上的上的平均功率。以下用平均功率。以下用P Px x（、）表示（表示（即第即第個個樣本樣本函數的功率譜密度）。函數的功率譜密度）。dPdTXWTTT）（）（212lim212TXPTTT2)(lim)(2

46、功率譜密度功率譜密度TXPTTx2),(lim),(2重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理隨機過程的功率譜密度隨機過程的功率譜密度隨機過程是各樣本函數的集合隨機過程是各樣本函數的集合隨機過程的功率譜密度為所有各樣本函數功率譜密隨機過程的功率譜密度為所有各樣本函數功率譜密度的統(tǒng)計平均。度的統(tǒng)計平均。對平穩(wěn)隨機過程，且假定它是各態(tài)歷經，若能求對平穩(wěn)隨機過程，且假定它是各態(tài)歷經，若能求出出X X（t t）的自相關函數）的自相關函數B B（），則可用維納，則可用維納辛欣定理求出功率譜密度。辛欣定理求出功率譜密度。TXEXTEPEPTTTTxX2),(lim),(21lim)

47、,()(22dePBdeBPPBjXjXX)(21)()()()()(重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理隨機過程的平均功率譜隨機過程的平均功率譜隨機過程的功率譜密度隨機過程的功率譜密度波形序列的功率譜密度波形序列的功率譜密度重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理波形序列的功率譜密度波形序列的功率譜密度二進制的波形序列二進制的波形序列 1gt)(2sTtg)(2sTtg13sgtT)2(1sTtg)2(1sTtg)4(2sTtg g tt二進制的波形序列由二進制的波形序列由g g1 1(t)(t)和和g g2 2(t)(t)組成組成g g1

48、 1(t)(t)表示表示“0 0”碼碼g g2 2(t)(t)表示表示“1 1”碼碼-TS/2TS/2重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理波形序列的功率譜密度波形序列的功率譜密度g g1 1(t)(t)和和g g2 2(t)(t)出現(xiàn)的概率分別為出現(xiàn)的概率分別為P P和和1 1P P，且統(tǒng)計獨立且統(tǒng)計獨立nntsts)()()()()(21SsnnTtgnTtgts出現(xiàn)概率為出現(xiàn)概率為P P出現(xiàn)概率為出現(xiàn)概率為1-1-P Ps(t)s(t)的分解的分解重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理s(t)的分解的分解s(t)s(t)可以分解成穩(wěn)態(tài)波

49、和交變波可以分解成穩(wěn)態(tài)波和交變波隨機隨機波形波形序列序列穩(wěn)態(tài)波穩(wěn)態(tài)波v v（t t）交變波交變波u u（t t）隨機序列隨機序列s(t)s(t)的的統(tǒng)計平均量統(tǒng)計平均量隨機脈沖序列隨機脈沖序列重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理s(t)的分解的分解 1gt)(2sTtg)(2sTtg13sgtT)2(1sTtg)2(1sTtg)4(2sTtg g tt-TS/2TS/2tv(t)-Ts/2Ts/2 Ts-Tstu(t)重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理v(t)v(t)v(t)是一個以是一個以T TS S為周期的周期函數為周期的周期函數n

50、nnsstvnTtgPnTtPgtv)()()1 ()()(21tv(t)-Ts/2Ts/2 Ts-Ts重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理u(t)交變波交變波u(t)u(t)是是s(t)s(t)與與v(t)v(t)之差，即有：之差，即有：)()()(tvtstu-Ts/2Ts/2 Ts-Tstu(t)考慮第考慮第n n個碼元，即有：個碼元，即有：)()()(tvtstunnn)()(nntutu重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理u(t)PnTtgnTtgPnTtgPnTtPgnTtgPnTtgnTtgPnTtgPnTtPgnTtgtu

51、ssssssssssn1),()()()1 ()()(),()(1)()1 ()()()(2121221211概率為概率為）（-Ts/2Ts/2 Ts-Tstu(t)PPPPanTtgnTtgatunssn，以概率，以概率11)()()(21重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理波形序列的功率譜密度波形序列的功率譜密度v(t)v(t)的功率譜密度的功率譜密度P Pv v(f)(f)u(t)u(t)的功率譜密度的功率譜密度P Pu u(f)(f)s(t)s(t)的功率譜密度的功率譜密度P Ps s(f)(f)重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原

52、理v(t)的功率譜密度的功率譜密度Pv(f)v(t)v(t)是以是以T TS S為周期的周期信號為周期的周期信號 12( )(1)( )v tPg tP g ttmfjmmseCtv2）（dtetvTCsssTTtmfjsm222)(1(-T(-Ts s/2,T/2,Ts s/2)/2)范圍內范圍內221221( )(1)( )sssTjmf tTmsCPg tP g t edtT重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理v(t)的功率譜密度的功率譜密度Pv(f)12( )(1)( )Pg tP g t211222()( )1()( )ssjmf tsssjmf tsG

53、mfg t edtfTG mfg t edt只存在于只存在于(-T(-Ts s/2,T/2,Ts s/2)/2)范圍內范圍內212121( )(1)( )()(1)()sjmf tmssssCPg tP g t edtTfPG mfP G mf重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理v(t)的功率譜密度的功率譜密度Pv(f)根據周期信號功率譜密度與付氏系數根據周期信號功率譜密度與付氏系數C Cm m的關的關系式，有：系式，有：22212( )()()(1)()()vmsmssssmP fCfmffPG mfP G mffmf重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通

54、信原理數字通信原理波形序列的功率譜密度波形序列的功率譜密度v(t)v(t)的功率譜密度的功率譜密度P Pv v(f)(f)u(t)u(t)的功率譜密度的功率譜密度P Pu u(f)(f)s(t)s(t)的功率譜密度的功率譜密度P Ps s(f)(f)重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理u(t)的功率譜密度的功率譜密度Pu(f)sTTuTNfUEfP) 12()(lim)(2)( fUT截短函數截短函數u uT T(t)(t)的頻譜函數的頻譜函數截短時間截短時間T T是是2n+12n+1個碼元長度個碼元長度21sTNTN N足夠大足夠大T T表示表示NN重慶大學通信工

55、程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理u(t)的功率譜密度的功率譜密度Pu(f) NNnssnNNnnTnTtgnTtgatutu)()()(21)()(fUtuTT變換到頻域變換到頻域 NNnfnTjnNNnftjssnftjTTfGfGeadtenTtgnTtgadtetufUs2122112)()()()(重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理u(t)的功率譜密度的功率譜密度Pu(f) NNmNNnTmnfjnmTTTfGfGfGfGeaafUfUfUs212122)()()(統(tǒng)計平均統(tǒng)計平均 NNmNNnTmnfjnmTfGfGfGfGeaaEfU

56、Es212122)(當當m=nm=n時時PPPPaanm以概率以概率1,)1 (22)1 ()1 ()1 (222PPPPPPaEn重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理u(t)的功率譜密度的功率譜密度Pu(f)當當mnmn時時PPPPPPPPaanm以概率以概率以概率12,11,)1 (22220)1 ()1 ()1 (2)()1 (2222PPPPPPPPaaEnm只有只有m=nm=n時才不為時才不為0 0 22122122112)(fGfGPPNfGfGaEfUENNnnT重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理交變波交變波u(t)的功率

57、譜的功率譜是連續(xù)譜是連續(xù)譜與與g g1 1(t)(t)，g g2 2(t)(t)的頻譜及出現(xiàn)概率有關的頻譜及出現(xiàn)概率有關 221221)()()1 () 12()()(112lim)(fGfGPPfTNfGfGPPNfPssNu重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理波形序列的功率譜密度波形序列的功率譜密度v(t)v(t)的功率譜密度的功率譜密度P Pv v(f)(f)u(t)u(t)的功率譜密度的功率譜密度P Pu u(f)(f)s(t)s(t)的功率譜密度的功率譜密度P Ps s(f)(f)重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理s(t)的功

58、率譜密度的功率譜密度Ps(f)波形序列波形序列s(ts(t）的）的雙邊功率譜密度雙邊功率譜密度為：為：msssssuvsmffmfGPmfPGffGfGfPPfPfPfP)()()1 ()()()()1 (2212221）（）（）（單邊單邊功率譜密度功率譜密度為：為：1221222122210),()()1 ()(2)() 0()1 () 0()()()1 (2msssssssfmffmfGPmfPGffGPPGffGfGPPffP）（重慶大學通信工程學院重慶大學通信工程學院數字通信原理數字通信原理s(t)的功率譜密度的功率譜密度Ps(f)隨機脈沖序列的功率譜可能包括連續(xù)譜隨機脈沖序列的功率譜可能包括連續(xù)譜P Pu u(f)(f)和離散譜和離散譜P Pv v(f)(f)連續(xù)譜：連續(xù)譜：G G1 1(f)G(f)G2 2(f), P(f), Pu u(f)(f)始終存在始終存在離散譜：是否存在取決于離散譜：是否存在取決于g g1 1(t)g(t)g2 2(t)(t)的波形及的波形及其出現(xiàn)概率其出現(xiàn)概率P P舉例說明舉例說明mssssssmffmfGPmfPGffGfGfPPfP)()()1 ()()()()1 (2