第5章基帶數(shù)字信號(hào)的表示和傳輸

1、 來(lái)自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號(hào)，包含豐富的低頻分量。來(lái)自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號(hào)，包含豐富的低頻分量。 在某些具有低通特性的有線(xiàn)信道中，特別是傳輸距離在某些具有低通特性的有線(xiàn)信道中，特別是傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，數(shù)字基帶信號(hào)直接進(jìn)行傳輸。不太遠(yuǎn)的情況下，數(shù)字基帶信號(hào)直接進(jìn)行傳輸。 大多數(shù)信道則是帶通型的，數(shù)字基帶信號(hào)必須經(jīng)過(guò)載波大多數(shù)信道則是帶通型的，數(shù)字基帶信號(hào)必須經(jīng)過(guò)載波調(diào)制，把頻譜搬移到高載頻處在信道中傳輸。調(diào)制，把頻譜搬移到高載頻處在信道中傳輸。 數(shù)字基帶信號(hào)傳輸前為什么要進(jìn)行變換？數(shù)字基帶信號(hào)傳輸前為什么要進(jìn)行變換？ 除去直流分量和頻率很低的分量；除去直流分量和頻率很低的分量； 在接收端

2、得到每個(gè)碼元的起止時(shí)刻信息；在接收端得到每個(gè)碼元的起止時(shí)刻信息； 使信號(hào)的頻譜和信道的傳輸特性相匹配使信號(hào)的頻譜和信道的傳輸特性相匹配 。 數(shù)字基帶信號(hào)是指數(shù)字基帶信號(hào)是指消息代碼的電波形消息代碼的電波形，它是用，它是用不同的電平或脈沖來(lái)表示相應(yīng)的消息代碼。不同的電平或脈沖來(lái)表示相應(yīng)的消息代碼。 1.1.單極性不歸零波形單極性不歸零波形（Unipolar Nonreturn-to-zero）NRZ 最簡(jiǎn)單最常用的基帶信號(hào)形式。最簡(jiǎn)單最常用的基帶信號(hào)形式。 零電平和正電平分別對(duì)應(yīng)著二進(jìn)制代碼零電平和正電平分別對(duì)應(yīng)著二進(jìn)制代碼0 0和和1 1。應(yīng)用應(yīng)用：導(dǎo)線(xiàn)連接的各點(diǎn)之間近距離傳輸。：導(dǎo)線(xiàn)連接的各

3、點(diǎn)之間近距離傳輸。特點(diǎn)特點(diǎn)：極性單一，有直流分量。另外位同步信息包含在電平：極性單一，有直流分量。另外位同步信息包含在電平 的轉(zhuǎn)換之中，當(dāng)出現(xiàn)連的轉(zhuǎn)換之中，當(dāng)出現(xiàn)連0 0序列時(shí)沒(méi)有位同步信息。序列時(shí)沒(méi)有位同步信息。 2雙極性不歸零波形雙極性不歸零波形 （Bipolar Nonreturn-to-zero）NRZ 脈沖的正負(fù)電平分別對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制代碼脈沖的正負(fù)電平分別對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制代碼1、0。 特點(diǎn)特點(diǎn)： 無(wú)直流分量。幅度相等極性相反的雙極性波形，故當(dāng)無(wú)直流分量。幅度相等極性相反的雙極性波形，故當(dāng)0、1符號(hào)等概率出現(xiàn)時(shí)，無(wú)直流分量。符號(hào)等概率出現(xiàn)時(shí)，無(wú)直流分量。 節(jié)省能源。平均功率為節(jié)省能源。平均功

4、率為E2/4。 抗干擾能力較強(qiáng)?；謴?fù)信號(hào)的判決電平為零值。抗干擾能力較強(qiáng)?；謴?fù)信號(hào)的判決電平為零值。 3單極性歸零波形單極性歸零波形（Unipolar Return-to-zero）RZ 與單極性不歸零波形的區(qū)別是有電脈沖寬度小于碼元寬度，與單極性不歸零波形的區(qū)別是有電脈沖寬度小于碼元寬度，每個(gè)有電脈沖在小于碼元長(zhǎng)度內(nèi)總要回到零電平。每個(gè)有電脈沖在小于碼元長(zhǎng)度內(nèi)總要回到零電平。 通常使電脈沖寬度為碼元寬度的一半。通常使電脈沖寬度為碼元寬度的一半。 4雙極性歸零波形雙極性歸零波形（Bipolar Return-to-zero）RZ 雙極性波形的歸零形式。每個(gè)碼元內(nèi)的脈沖都回到零電平。雙極性波形的

5、歸零形式。每個(gè)碼元內(nèi)的脈沖都回到零電平。特點(diǎn)特點(diǎn)：相鄰脈沖之間必定留有零電位的間隔。除了具有：相鄰脈沖之間必定留有零電位的間隔。除了具有雙極性不歸零波形的雙極性不歸零波形的特點(diǎn)特點(diǎn)外，還有利于同步脈沖的提取。外，還有利于同步脈沖的提取。 5差分波形差分波形 相鄰碼元的電平的跳變和不變來(lái)表示消息代碼。相鄰碼元的電平的跳變和不變來(lái)表示消息代碼。 NRZ（M）以電平跳變表示以電平跳變表示1，電平不變表示，電平不變表示0。 NRZ（S）以電平跳變表示以電平跳變表示0，電平不變表示，電平不變表示1。 由于差分波形是以相鄰脈沖電平的相對(duì)變化來(lái)表示代碼，由于差分波形是以相鄰脈沖電平的相對(duì)變化來(lái)表示代碼，因此

6、稱(chēng)為因此稱(chēng)為相對(duì)碼相對(duì)碼，前面的單極性或雙極性波形為，前面的單極性或雙極性波形為絕對(duì)碼絕對(duì)碼。 6 多電平波形多電平波形 上述各種信號(hào)都是一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖。實(shí)際上述各種信號(hào)都是一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖。實(shí)際上還存在多于一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖的情形。這種波上還存在多于一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖的情形。這種波形統(tǒng)稱(chēng)為形統(tǒng)稱(chēng)為多電平波形多電平波形或或多值波形多值波形。例如，若令兩個(gè)二進(jìn)制符。例如，若令兩個(gè)二進(jìn)制符號(hào)號(hào)00對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)+3E，01對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)+E，10對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)-E，11對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)+3E，則所得波，則所得波形為形為4電平波形。電平波形。 問(wèn)題問(wèn)題 動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)1001010101 01

7、010101 101010 010110 01010101 1001 l 對(duì)于傳輸碼型，有如下一些要求：對(duì)于傳輸碼型，有如下一些要求： 無(wú)直流分量和只有很小的低頻分量；無(wú)直流分量和只有很小的低頻分量； 含有碼元的定時(shí)信息；含有碼元的定時(shí)信息； 傳輸效率高；傳輸效率高； 最好有一定的檢錯(cuò)能力；最好有一定的檢錯(cuò)能力； 適用于各種信源，即要求以上性能和信源的統(tǒng)計(jì)適用于各種信源，即要求以上性能和信源的統(tǒng)計(jì) 特性無(wú)關(guān)特性無(wú)關(guān) 實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)中，實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)中，并不是并不是所有代碼的電波形都能在所有代碼的電波形都能在信道中傳輸。信道中傳輸。u含有直流分量和較豐富低頻分量的單極性基帶波形不宜在低頻

8、含有直流分量和較豐富低頻分量的單極性基帶波形不宜在低頻 傳輸特性差的信道中傳輸。傳輸特性差的信道中傳輸。u當(dāng)消息代碼中有長(zhǎng)串的連當(dāng)消息代碼中有長(zhǎng)串的連“1”或連或連“0”時(shí)，非歸零波形呈現(xiàn)出時(shí)，非歸零波形呈現(xiàn)出 連續(xù)的固定電平，因而無(wú)法獲取定時(shí)信息。連續(xù)的固定電平，因而無(wú)法獲取定時(shí)信息。1、AMI碼碼 (Alternative Mark Inverse)傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼(1) 編碼規(guī)則編碼規(guī)則：“1” （傳號(hào)）（傳號(hào)） 交替變成交替變成“1”和和“1”; “0”（空號(hào)）（空號(hào)） 仍保持為仍保持為“0” 例：消息碼：例：消息碼： 0 1 0 1 1 0 0 0 1 AMI碼：碼：0

9、+1 0 -1 +1 0 0 0 -1(2) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有直流分量：沒(méi)有直流分量 、譯碼電路簡(jiǎn)單、譯碼電路簡(jiǎn)單 、能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼、能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼.(3) 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：出現(xiàn)長(zhǎng)串連：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。時(shí)，將使接收端無(wú)法取得定時(shí)信息。又稱(chēng)：又稱(chēng)：“1B/1T”碼碼 1位二進(jìn)制碼變成位二進(jìn)制碼變成1位三進(jìn)制碼。位三進(jìn)制碼。 2.HDB3碼（碼（3rd Order High Density Bipolar） HDB3碼碼的全稱(chēng)是的全稱(chēng)是3階高密度雙極性碼，目的是為了保持階高密度雙極性碼，目的是為了保持AMI碼的優(yōu)點(diǎn)而克服其缺點(diǎn)，使連碼的優(yōu)點(diǎn)而克服其缺點(diǎn)，使連“0”個(gè)數(shù)不超過(guò)個(gè)數(shù)不超

10、過(guò)3個(gè)。個(gè)。編碼規(guī)則編碼規(guī)則： （1）連連“0”個(gè)數(shù)不超過(guò)個(gè)數(shù)不超過(guò)3，按，按AMI碼的規(guī)則編；碼的規(guī)則編； （2）連連“0”個(gè)數(shù)超過(guò)個(gè)數(shù)超過(guò)3，將第，將第4個(gè)個(gè)“0”改為非改為非“0”脈沖，記為脈沖，記為+V或或-V，稱(chēng)，稱(chēng)破壞脈沖破壞脈沖。相鄰。相鄰V碼的極性必須交替出現(xiàn)，確保編碼的極性必須交替出現(xiàn)，確保編好的碼中無(wú)直流；好的碼中無(wú)直流； （3）V碼的極性應(yīng)與前一個(gè)非碼的極性應(yīng)與前一個(gè)非“0”脈沖的極性相同，否則，將脈沖的極性相同，否則，將四連四連0000更改為更改為B000,B、V極性與前一個(gè)非零碼元相反極性與前一個(gè)非零碼元相反； （4）破壞脈沖之后的傳號(hào)碼極性也要交替。破壞脈沖之后的傳

11、號(hào)碼極性也要交替。消息碼消息碼: 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1AMI碼碼: -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1譯譯 碼：碼： -1 0 0 0 0 +1-1 +1+1 -11 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1HDB3碼碼: -1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V -1 +1 -B 0 0 -V +1 -1-1 0 0 0 -1 +1 0 0 0-1 +10 0+1 -1n 發(fā)現(xiàn)相連的兩個(gè)同符號(hào)的發(fā)現(xiàn)相連的兩個(gè)同符號(hào)的“1”時(shí)，后面的時(shí)，后面的“1”及其前面的及其前

12、面的3個(gè)符號(hào)都譯為個(gè)符號(hào)都譯為“0”。n 然后，將然后，將“+1”和和“-1”都譯為都譯為“1”，其它為，其它為“0”。 3.雙相碼雙相碼(Biphase Code)(1B/2B碼碼) 數(shù)字雙相碼又稱(chēng)曼徹斯特（數(shù)字雙相碼又稱(chēng)曼徹斯特（Manchester）碼。用一個(gè)周期）碼。用一個(gè)周期的正負(fù)對(duì)稱(chēng)方波表示的正負(fù)對(duì)稱(chēng)方波表示“0”，而用其反相波形表示，而用其反相波形表示“1”。編碼規(guī)則編碼規(guī)則：“0”碼用碼用“01”兩位碼表示，兩位碼表示， “1”碼用碼用“10 ”兩位碼表示。兩位碼表示。 代碼：代碼： 1 1 0 0 1 0 1 雙相碼：雙相碼： 10 10 01 01 10 01 10 特點(diǎn)特

13、點(diǎn)：因?yàn)殡p相碼在每個(gè)碼元周期的中心點(diǎn)都存在電平跳：因?yàn)殡p相碼在每個(gè)碼元周期的中心點(diǎn)都存在電平跳變，所以富含位定時(shí)信息。又因?yàn)檫@種碼的正、負(fù)電平各半，變，所以富含位定時(shí)信息。又因?yàn)檫@種碼的正、負(fù)電平各半，所以無(wú)直流分量，編碼過(guò)程也簡(jiǎn)單。所以無(wú)直流分量，編碼過(guò)程也簡(jiǎn)單。但但帶寬比原信碼大帶寬比原信碼大1倍。倍。 4、密勒碼、密勒碼編碼規(guī)則：編碼規(guī)則：消息碼消息碼“1” 用中點(diǎn)處電壓的突跳表示，或者說(shuō)用用中點(diǎn)處電壓的突跳表示，或者說(shuō)用 “01” 或或“10”表示；表示；消息碼消息碼“0” 單個(gè)消息碼單個(gè)消息碼“0”不產(chǎn)生電位變化，連不產(chǎn)生電位變化，連“0” 消息碼則在邊界使電平突變，或者說(shuō)用消息碼則

14、在邊界使電平突變，或者說(shuō)用 “11” 或或“00”表示。表示。00消息碼：消息碼： 1 0 1 1 0 0 0 1雙相碼：雙相碼： 10 01 10 10 01 01 01 10 雙相碼波形：雙相碼波形： 雙相碼相位：雙相碼相位： 0 0 0 0密勒碼：密勒碼：5、CMI碼（碼（Coded Mark Inverse傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼編碼規(guī)則：編碼規(guī)則：00消息碼：消息碼： 1 0 1 1 0 0 0 1雙相碼：雙相碼： 10 01 10 10 01 01 01 10 雙相碼波形：雙相碼波形： 雙相碼相位：雙相碼相位： 0 0 0 0密勒碼：密勒碼：0CMI碼：碼：消息碼消息碼“1” 交替用交替用“11”和和“00”表示；表示；消息碼消息碼“0” 用用“01”表示，表示，例例 已知信息代碼為已知信息代碼為100000000011，求相應(yīng)的，求相應(yīng)的AMI碼，碼，HDB3碼，雙相碼，密勒碼，碼，雙相碼，密勒碼，CMI碼。碼。信息碼：信息碼： 1 0 0 0