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信息传输基础 第六章数字信号的基带传输 数字基带信号的频谱特性HDB3码的编码原理奈奎斯特 Nyquist 准则无码间干扰的基带传输特性 本章重点 数字基带信号的码型和波形 简介 数字信息可表示为一个数字符号序列 a 2a 1a0a1a2 记作 an 其中an 基本单元 码元 每个码元只能取离散的有限个值 二进制数信息an取0或1M进制数信息an取0 1 2 M 1 数字信号 来源 各种数字终端设备输出的数字信号模拟信号 A D 数字信号 从频域看 上述信号所占据的频谱是从直流和低频开始的 故称数字基带信号 研究目的 从剖析数字基带传输系统 掌握数字通信系统分析和设计的基本方法和思路 1 基带传输 数字基带信号不加调制在某些具有低通特性的有线信道中传输 特别是传输距离不太远的情况下 2 频带传输 数字基带信号对载波进行调制后再进入带通型信道中传输 数字信号的传输 为什么要研究数字基带传输系统 1在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广泛采用了这种传输方式 2数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题 也就是说 基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题 3任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基带传输系统来研究 数字基带信号传输系统的构成 脉冲形成器 亦称码型变换器 形成比较适合于信道传输的各种码型 发送滤波器 脉冲形成器输出的各种码型均以矩形脉冲为基础 低频分量大 占用频带宽 通过发送滤波器变换为较平滑的波形 信道 电缆 架空明线等有线信道 通常不满足无失真传输条件 接收滤波器 滤除带外噪声 对失真波形进行均衡 使输出的基带波形有利于抽样判决 抽样判决 在规定时刻对接收信号进行抽样判决 以恢复或再生基带信号 码元再生 码型反变换 还原出输入序列 同步提取 数字信号传输 存在有时间上的同步问题 由定时脉冲完成 收端由同步提取电路提取 基带系统各点波形示意图 1 对于传输频带低端受限的信道 数字信号频谱中应不含直流分量 2 信号中高频分量尽量少 以节省传输频带并减少码间串扰 3 便于在数字信号中提取位定时信息 位同步 4 基带传输码型最好具有内在的纠错能力 5 编译码设备简单 可靠 6 1数字基带信号的码型设计 码型变换或形成是数字信息转换为数字信号的过程 不同的码型将有不同的频谱结构 对信道有着不同的要求 码型设计时要考虑的一些主要因素 数字基带信号的码型有很多种 其设计的目的是使其在传输信道中得到良好的传输 几种常见的基带信号码型 单极性不归零码双极性不归零码单极性归零码双级性归零码差分码极性交替转换码 AMI 三阶高密度码 HDB3 数字双相码 Manchester 码多进制 电平 码 单极性不归零码 NRZ 最简单 但只适用极短距离传输 应用很少 1 有直流分量 2 判决电平不稳定 3 不能直接提取定时信号 4 要求一端接地 用高电平和零电平分别表示二进制信息 1 和 0 缺点 双极性不归零码 特点 1 0 等概时无直流分量 2 仍不能提取同步信息 用正电平和负电平分别表示 1 和 0 3 判决电平稳定 特点 还具有一般单极性不归零码缺点 但可直接提取位同步信息 是其它波形提取位定时信号时需要采用的一种过渡波形 单极性归零 RZ 码 信码 1 高电平只保持一段时间 T 其余时间为零电平 信码 0 用零电平表示占空比 T 常取 T 2 占空比 1 2称半占空 T 特点 具有双极性不归零码的优点 且可方便的提取位同步信息 双极性归零码 有三种电平 称伪三元码 可方便的变换为单极性归零码提取同步信号 应用比较广泛 与双极性非归零码相似 只是脉冲的宽度小于码元间隔 特点 利用前后码元电平相对极性变化来传送信息 是一种相对码 差分码 参考电平为 1 编码规则 1 变 0 不变或 0 变 1 不变 码元极性相反时亦可正确输出 优点 用电平的跳变或不变来表示 1 和 0 也称为相对码 可以解决起始相位的不确定问题 极性交替转换码 AMI码 特点 1 无直流且低频分量少 2 编 译码设备简单 4 长连零串会使位同步丢失 3 反相信号也可正确判决 用零电平表示码元 0 而码元 1 则交替地用正负极性的归零码表示 T 2 三阶高密度双极性码 HDB3 码 优缺点 无直流分量 占用频带窄 解决了AMI码长连零位同步的提取问题 是目前较为广泛采用的码型之一 但编译码电路较复杂 1 在连续 0 码个数 3时 编码方法与AMI码相同 2 当 0 码为连续四个或以上时 将第四个改为 1 码 并与信息码中的 1 码为同极性符号 以利于辨认 因其破坏了极性交替的关系 故称破坏脉冲 记作V 相邻V码极性交替以保持码中无直流分量 3 V码与信码保持各自极性交替且与信码同极性的原则 当不能同时满足时 引入补码B 将4个连零的第一个零改为B码 其极性与前面的信码极性相反 HDB3码的编码方法 HDB3编码举例 a 输入二进制码元序列01000011000001010 e HDB3码0 1000 1 1 1 100 10 10 10 d 引入补码B0 1000V 1 1 B00 V0 10 10 0 1000V 1 1000 V0 10 10 1表示正脉冲 1表示负脉冲 b AMI码0 10000 1 100000 10 10 注意 任意两个相邻的V脉冲之间信息码和B脉冲的个数之和应为奇数 c 信码和加上的破坏脉冲V 极性关系不能满足 需引入B 信息码极性从B开始继续交替 1 无直流且低频少 频带窄 2 可提出位同步信息 特点 HDB3码0 1000 1 1 1 100 10 10 10 1 11 11 11 11 11 11 11 11 2 000 vB00v B00 vB00v 特例 全 1 和全 0 的HDB3码 任意两个相邻的V脉冲之间信息码和B脉冲的个数之和应为奇数 一个简单的方法 任意两个相邻的V脉冲之间的信息码个数为偶数时 加入一个B脉冲 为奇数则不加 HDB3码的译码方法 由相邻极性相同码找出V码 根据向前数第三个是否为零找出B码 去掉V B后其余都是信码 HDB3码0 1000 1 1 1 100 10 10 10 AMI码0 10000 1 100000 10 10 VBV 1 5种码型低频成分比较丰富 且在 1 0 不等概情况下会有直流分量 6 8种码型低频成分较小 且没有直流分量 讨论 曼彻斯特码 每个码元都用两个连续极性相反的脉冲表示 1 正 负 则 0 负 正 特点 无直流分量 且有较尖锐的频谱特性 连 1 或连 0 仍能显示码元间隔 有利于码同步的提取 但带宽大 多元码 以上几种都是二电平码 即用两种电平来表示 0 和 1 多电平码的每个码元可以代表n log2L个二进制符号 其中L为电平数 因此 在码元速率一定时 多元码提高了信息速率 带传输系统中的码