数字通信原理第5章-自学

1、第第 3 章章 信信 道道 与与 噪噪 声声 1 设带通型噪声的功率谱密度为设带通型噪声的功率谱密度为Pn(f) )( )( )(2 )( 0 cn n cn n n fp dffp fp dffp B fc：带通型噪声功率：带通型噪声功率 谱密度的中心频率谱密度的中心频率 3.5.2 起伏噪声及特性起伏噪声及特性 噪声等效带宽噪声等效带宽 Bn的物理意义：的物理意义：高度为高度为Pn(fc)，宽度为，宽度为Bn的噪声功率的噪声功率 功率谱密度为功率谱密度为Pn(f)的带通型噪声功率的带通型噪声功率 = 面积相等 Pn( f ) Pn( fc ) O Bn ffc 等效噪声带宽等效噪声带宽假想

2、的矩形频谱宽度。假想的矩形频谱宽度。 矩形内的功率与实际频谱在正频率范围内的功率相等。矩形内的功率与实际频谱在正频率范围内的功率相等。 噪声等效带宽噪声等效带宽Bn适用于今后常见的窄带高斯噪声，且认为适用于今后常见的窄带高斯噪声，且认为 带宽为带宽为Bn的窄带高斯噪声，其功率谱密度的窄带高斯噪声，其功率谱密度Pn(f)在在Bn内是常数。内是常数。 第第 3 章章 信信 道道 与与 噪噪 声声 2 两种广义信道两种广义信道 3.6 信道容量的概念信道容量的概念 信道容量：信道容量：在白噪声背景下，在白噪声背景下，信道中信息无差错传输的最大信道中信息无差错传输的最大。 记为记为C。 调制信道：连续

3、信道调制信道：连续信道 可用连续信道的信道容量来表征可用连续信道的信道容量来表征 编码信道：离散信道编码信道：离散信道 可用离散信道的信道容量来表征可用离散信道的信道容量来表征 第第 3 章章 信信 道道 与与 噪噪 声声 3 3.6 信道容量的概念信道容量的概念 1. 香农公式香农公式 )/)(1(log2sb N S BC 香农公式含义香农公式含义：当信号与信道加性高斯白噪声的平均功率给定当信号与信道加性高斯白噪声的平均功率给定 时，在具有一定频带宽度的信道上，理论上单位时时，在具有一定频带宽度的信道上，理论上单位时 间内可能传输的间内可能传输的信息量的极限数值信息量的极限数值。 Shan

4、non信道容量公式信道容量公式 B：连续信道的带宽：连续信道的带宽(Hz) S：信号功率：信号功率 N：噪声功率（信道加性高斯白噪声：噪声功率（信道加性高斯白噪声n(t)的功率）的功率） 信道容量信道容量 根据噪声统计特性得其概率密度，再根据噪声统计特性得其概率密度，再 由平均信息量计算得出最大信息量由平均信息量计算得出最大信息量 第第 3 章章 信信 道道 与与 噪噪 声声 4 香农公式的另一形式香农公式的另一形式 C=Blog2 (3.6 - 8)/)(1( 0 sb Bn S 噪声噪声n(t)的单边功率谱密度为的单边功率谱密度为n0（W/Hz） 则噪声功率则噪声功率N=n0B )1(lo

5、g 0 2limlim Bn S Bc ss 香农公式可得结论：香农公式可得结论： (1) 增大信号功率增大信号功率S可增加信道容量，若信号功率趋于无穷大，可增加信道容量，若信号功率趋于无穷大， 则信道容量也趋于无穷大，即则信道容量也趋于无穷大，即 (2) 减小噪声功率减小噪声功率N (or减小噪声功率谱密度减小噪声功率谱密度n0)可以增加信道容可以增加信道容 量，若噪声功率趋于零量，若噪声功率趋于零(或或n0趋于零趋于零)，则信道容量趋于无穷大，则信道容量趋于无穷大， 即即 )1(log2 00 limlim N S Bc NN S，C N0，C 第第 3 章章 信信 道道 与与 噪噪 声声

6、 5 (3) 增大信道带宽增大信道带宽B可以增加信道容量，但不能使信道容量无限可以增加信道容量，但不能使信道容量无限 制增大。信道带宽制增大。信道带宽B趋于无穷大时，信道容量的极限值为趋于无穷大时，信道容量的极限值为 )1(log)1(log 0 2 0 00 2limlimlim Bn S S Bn n S Bn S BBB Bc 0 2 0 44.1log n S e n S (4) 只要传输速率小于等于信道容量，则总可以找到一种信道编码方式，只要传输速率小于等于信道容量，则总可以找到一种信道编码方式， 实现无差错传输；若传输速率大于信道容量，则不可能实现无差错传输。实现无差错传输；若传输

7、速率大于信道容量，则不可能实现无差错传输。 B，C 0 44.1 n S 信息传输速率信息传输速率信道容量信道容量 不可能无差错传输不可能无差错传输 第第 3 章章 信信 道道 与与 噪噪 声声 6 香农公式给出了通信系统所能达到的极限信息传输香农公式给出了通信系统所能达到的极限信息传输 速率，速率， 达到极限信息速率的通信系统称为达到极限信息速率的通信系统称为理想通信系统理想通信系统。 “存在性存在性”！实现方法？！实现方法？ 第第 3 章章 信信 道道 与与 噪噪 声声 7 2. 香农公式的应用香农公式的应用 一定信道容量一定信道容量C 信道带宽信道带宽B 信号噪声功率比信号噪声功率比S/

8、N 传输时间传输时间 可以互相转换可以互相转换 前提前提 第第 3 章章 信信 道道 与与 噪噪 声声 8 C给定，给定， 互换前互换前B1、S1/N1，互换后，互换后B2、S2/N2 一般信道噪声单边功率谱密度一般信道噪声单边功率谱密度n0一定，一定， )1 (log)1 (log 20 2 22 10 1 21 Bn s B Bn s B （1）信道带宽）信道带宽B、信噪功率比、信噪功率比S/N互换，保持信道容量互换，保持信道容量C不变。不变。 )1 (log)1 (log 2 2 22 1 1 21 N s B N s B 例如：设C=104b/s ，B1=3kHz，S1/N19 ，S2

9、/N2=1， 则求解可得B2=10kHz。 信道带宽信道带宽B B的变化可使输出信噪功率比也变化，而保持信息传输速率不变。的变化可使输出信噪功率比也变化，而保持信息传输速率不变。 这种信噪比和带宽的互换性在通信工程中有很大的用处。这种信噪比和带宽的互换性在通信工程中有很大的用处。 第第 3 章章 信信 道道 与与 噪噪 声声 9 （2）若信噪比不变，那么增加信道带宽可以换取传输时间）若信噪比不变，那么增加信道带宽可以换取传输时间 的减少。的减少。 （1）信道带宽）信道带宽B、信噪功率比、信噪功率比S/N互换，保持信道容量互换，保持信道容量C不变。不变。 第第 3 章章 信信 道道 与与 噪噪

10、声声 10 课后作业课后作业 3-18 3-19 3-20 第第 3 章章 信信 道道 与与 噪噪 声声 1. 随参信道的传输媒质特点：随参信道的传输媒质特点： 1) 对信号的对信号的衰耗衰耗随时间随时间随机随机变化；变化； 2) 信号传输的信号传输的时延时延随时间随时间随机随机变化；变化； 3) 多径传播多径传播。 2. 多径传播对传输信号的影响 多径传播对传输信号的影响 1）多径传播使信号产生瑞利衰落。）多径传播使信号产生瑞利衰落。 2）多径传播引起了频率弥散。）多径传播引起了频率弥散。 3）当发送信号具有一定频带宽度时，多径传播会使信号产生频）当发送信号具有一定频带宽度时，多径传播会使信

11、号产生频 率选择性衰落。率选择性衰落。 相关带宽：相关带宽：信道传输特性相邻两个零点之间的频率间隔。信道传输特性相邻两个零点之间的频率间隔。 m C B 1 m m信道最大多径时延差信道最大多径时延差 减小频率选择性衰落的措施：限制数字信号传输速率。减小频率选择性衰落的措施：限制数字信号传输速率。 第第 3 章章 信信 道道 与与 噪噪 声声 按来源按来源 3 .噪声的分类噪声的分类 人为噪声人为噪声 自然噪声自然噪声 内部噪声内部噪声 按噪声对信号按噪声对信号 的作用方式的作用方式 加性噪声加性噪声 乘性噪声乘性噪声 单频噪声：单频噪声：通过合理设计系统通过合理设计系统可避免可避免。 脉冲噪

12、声：脉冲噪声：合理选频、远离脉冲噪声源。合理选频、远离脉冲噪声源。 起伏噪声：起伏噪声：很宽的频带、始终存在、很宽的频带、始终存在、主要代表是起伏噪声主要代表是起伏噪声 按噪声性质按噪声性质 起伏噪声通常被认为是近似起伏噪声通常被认为是近似。 4. 起伏噪声及特性起伏噪声及特性 调制信道的加性噪声调制信道的加性噪声可表述为可表述为窄带高斯白噪声窄带高斯白噪声 噪声等效带宽噪声等效带宽 认为带宽为认为带宽为Bn的窄带高斯噪声，其功率谱密度的窄带高斯噪声，其功率谱密度Pn(f)在在Bn 内是常数。内是常数。 第第 3 章章 信信 道道 与与 噪噪 声声 5. 信道容量：信道容量：在白噪声背景下，在

13、白噪声背景下，信道中信息无差错传输信道中信息无差错传输 的最大的最大。记为。记为C。 )/()1 (log2sb N S BC Shannon信道容量公式信道容量公式 信息量的极限数值信息量的极限数值 )/()1 (log 0 2 sb Bn S BC S，C N0，C B，C 0 44. 1 n S 信息传输速率信息传输速率信道容量信道容量 不可能无差错传输不可能无差错传输 （1）信道带宽）信道带宽B、信噪功率比、信噪功率比S/N互换，保持信道容量互换，保持信道容量C不变。不变。 （2）若信噪比不变，那么增加信道带宽可以换取传输时间的减少。）若信噪比不变，那么增加信道带宽可以换取传输时间的减

14、少。 第第 3 章章 信信 道道 与与 噪噪 声声 4月月16 5-6节节调整至调整至4月月17 7-8节节 6月月18 5-6节节调整至调整至6月月19 7-8节节 6月月25 5-6节节调整至调整至6月月26 7-8节节 5.1 数字基带传输概述数字基带传输概述 5.2 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 5.3 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 5.4 基带脉冲传输与码间串扰基带脉冲传输与码间串扰 5.5 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性 5.6 无码间串扰基带系统的抗噪声性能无码间串扰基带系统的抗噪声性能 5.7眼图眼图 5.8 均衡技术均衡技术 5.

15、9 部分响应系统部分响应系统 第第 5 章章 数字基带传输系统数字基带传输系统 0101100 输入字符输入字符 0101100 输出字符输出字符 信源信源产生基带信号产生基带信号信宿信宿对基带信号抽样判决对基带信号抽样判决 如何使得基带信号如何使得基带信号更适合更适合信道传输？信道传输？ 1、分析分析信号波形、传输码型及谱特性信号波形、传输码型及谱特性 信号在信道中传输会受到什么信号在信道中传输会受到什么影响影响？ 2、码间干扰、码间干扰和和加性噪声加性噪声 如何直观如何直观估计估计系统性能和系统性能和改善改善系统性能？系统性能？ 3、眼图估计，部分响应、眼图估计，部分响应和和时域均衡改善时

16、域均衡改善 在信道中直接传输基带信号在信道中直接传输基带信号 第第 5 章章 数字基带传输系统数字基带传输系统 在某些具有低通特性的有线信道中，特别是 传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传输， 我 们称之为。 大多数信道，如各种无线信道和光信道，是 带通型的， 数字基带信号必须经过载波调制，把频谱搬移到 高频处才能在信道中传输，我们把这种传输称为数字频带数字频带 （调制或载波）传输。（调制或载波）传输。 5.1 数字基带传输概述数字基带传输概述 数字通信系统的两种传输方式：数字通信系统的两种传输方式： 未经调制的数字信号，它所占据的频谱是从未经调制的数字信号，它所占据的频谱是从 零频

17、或很低频率开始的。零频或很低频率开始的。含有大量的低频分量以及直流分量。含有大量的低频分量以及直流分量。 基带传输系统的研究意义：基带传输系统的研究意义： 近程数据通信系统广泛采用基带传输方式；近程数据通信系统广泛采用基带传输方式； 频带传输系统包含许多相同的基本问题；频带传输系统包含许多相同的基本问题； 线性调制的频带传输系统可线性调制的频带传输系统可等效等效为基带传输系统。为基带传输系统。 5.1 数字基带传输概述数字基带传输概述 信 息 源 信 源 编 码 器 信 道 编 码 器 数 字 调 制 器 信 道 数 字 解 调 器 信 道 译 码 器 信 源 译 码 器 受 信 者 噪声源

18、基带信号基带信号基带信号基带信号 频带信号频带信号 信道信号 形成器 数字 基带信号 GT() 信道 接 收 滤波器 抽 样 判决器 同步 提取 C( ) GR( ) n(t) 图图 5 -1 数字基带传输系统数字基带传输系统 基带传输系统的基本结构基带传输系统的基本结构 各部分作用：各部分作用： 作用：把原始基带信号作用：把原始基带信号成成 。 目的：与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同目的：与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同 步提取和抽样判决。步提取和抽样判决。 信道信号形成器信道信号形成器:码型变换码型变换+波形变换波形变换 P94 m(t) 信道信号形成信道信号形成 将有

19、直流成分不适合信道传输的变换将有直流成分不适合信道传输的变换 因为矩形脉冲（基础码型）低频分量较大；占用频带较宽。因为矩形脉冲（基础码型）低频分量较大；占用频带较宽。 为适合信道传输，变换为较平滑的波形为适合信道传输，变换为较平滑的波形 矩形脉冲，频谱矩形脉冲，频谱Sa函数函数 码型变换码型变换 波形变换波形变换 传输特性通常不满足无失真传输条件而引起波形失真，传输特性通常不满足无失真传输条件而引起波形失真， 还有均值为零的高斯白噪声。还有均值为零的高斯白噪声。 信道信道: 通常为有线信道通常为有线信道 作用：作用：；对信道特性；对信道特性，得到有利于抽样判决，得到有利于抽样判决 的波形。的波

20、形。否则误码否则误码。 接收滤波器接收滤波器: 抽样判决器抽样判决器: 在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收波形进行在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收波形进行抽样判决抽样判决， 以恢复或再生基带信号。再以恢复或再生基带信号。再码型反变换码型反变换得到得到m(t)m(t)。 提供位定时脉冲，与发送序列定时脉冲相同。提供位定时脉冲，与发送序列定时脉冲相同。 以完成收发端时间上同步。以完成收发端时间上同步。 同步提取同步提取: 图图5-2 基带系统各点波形示意图基带系统各点波形示意图 码型变换码型变换 波形变换波形变换 信道输出信号信道输出信号 接收滤波器接收滤波器 输出信号输出信号 位定时位定时

21、 同步脉冲同步脉冲 恢复的信息恢复的信息0 1 0 110110 引起错判的原因：引起错判的原因： 传输特性不理想引起传输特性不理想引起 收、发滤波器、信道收、发滤波器、信道 5.2.1 数字基带信号数字基带信号 数字基带信号数字基带信号是指消息代码的电波形表示，它可以用不是指消息代码的电波形表示，它可以用不 同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。 说明：说明：组成数字基带信号的组成数字基带信号的有：矩形脉冲、有：矩形脉冲、 三角波、高斯形脉冲和升余弦脉冲等。三角波、高斯形脉冲和升余弦脉冲等。 数字基带信号类型有很多，现以矩形脉冲为例，介绍几数字基带信号类型有

22、很多，现以矩形脉冲为例，介绍几 种基本的基带信号波形。种基本的基带信号波形。 5.2 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 矩形脉冲易于形成和变换矩形脉冲易于形成和变换 特点：特点： 1) 零电平零电平“0”、正电平、正电平“1” 2) 码元判定标准：有无电压码元判定标准：有无电压/电流电流 3) 脉冲间无间隔脉冲间无间隔 4) 含直流和低频分量含直流和低频分量 5) 极性单一，抗噪声性能不好极性单一，抗噪声性能不好 1. 单极性不归零波形单极性不归零波形 单极性不归零波形单极性不归零波形 位同步信息包含在电平的转换之中，当出位同步信息包含在电平的转换之中，当出 现连现连0序列时没

23、有位同步信息。序列时没有位同步信息。 Ts +E 0 1 10 0 2. 双极性不归零波形双极性不归零波形 特点：特点： 1) 负负电平电平“0”、正电平、正电平“1” 2) 脉冲间无间隔脉冲间无间隔 3) 0、1等概时，无直流分量等概时，无直流分量 4) 判决电平为判决电平为“0”，稳定不变，抗噪声性能好，稳定不变，抗噪声性能好 Ts +E -E 1 10 0 单极性归零波形可以单极性归零波形可以定时信息，是其他波定时信息，是其他波 形提取位定时信号时需要采用的一种过渡波形。形提取位定时信号时需要采用的一种过渡波形。 3. 单极性归零波形单极性归零波形 有利于同步脉冲的提取。有利于同步脉冲的

24、提取。 特点：特点： 1) 零零电平电平“0”、 宽度小于码元持续时间的正电平宽度小于码元持续时间的正电平“1” 2) 有电脉冲宽度有电脉冲宽度码元宽度，脉冲间有间隔码元宽度，脉冲间有间隔 3) 每个有电脉冲回零每个有电脉冲回零 Ts +E 0 1 10 0 4. 双极性归零波形双极性归零波形 特点：特点： 1) 窄的负窄的负电平电平“0”、 窄窄的正电平的正电平“1” 相邻脉冲有相邻脉冲有0电位间隔电位间隔 2) 0，1等概时，无直流分量等概时，无直流分量 Ts +E -E 1 10 0 1 0 1 1 0 0 1 0 +E 0 +E -E +E 0 +E -E 单极性单极性 双极性双极性

25、单极性归零单极性归零 双极性归零双极性归零 5. 差分波形（相对码波形）差分波形（相对码波形） 前面介绍的四种波形电平和字符是前面介绍的四种波形电平和字符是一一对应关系一一对应关系，也，也 是判决依据。若是判决依据。若判决依据判决依据改变改变（设备初始状态改变设备初始状态改变），），判判 决结果也改变。决结果也改变。 +E 0 若是若是+E电平对应电平对应1 0电平对应电平对应0 则会判为则会判为 1 0 1 1 0 0 1 0 若是若是+E电平对应电平对应0 0电平对应电平对应1 则会判为则会判为 0 1 0 0 1 1 0 1 差分波形就是为消除设备初始状态对判决结果的影响，差分波形就是为

26、消除设备初始状态对判决结果的影响， 不用码元本身的电平表示消息代码，而是用不用码元本身的电平表示消息代码，而是用相邻码元电相邻码元电 平平的的跳变和不变跳变和不变来表示消息代码，来表示消息代码， “1”相邻码元电平变化相邻码元电平变化 +E “0”相邻码元电平不变相邻码元电平不变 -E 1 0 1 1 0 0 1 0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 1 iii bab 差分编码差分编码 5. 差分波形（相对码波形）差分波形（相对码波形） 遇遇1 1码码- -波形反转波形反转 遇遇0 0码码- -波形不变波形不变 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 bi为差分码为差分

27、码 ai为原始码为原始码 1 00000111 b0 ai为原始码为原始码 1 iii bba 差分译码差分译码 “1”相邻码元电平变化相邻码元电平变化 +E “0”相邻码元电平不变相邻码元电平不变 -E 5. 差分波形（相对码波形）差分波形（相对码波形） 1 0 1 1 0 0 1 0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 bi为差分码为差分码 1 00000111 1 iii bab 差分编码差分编码 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b0 遇遇1 1码码- -波形反转波形反转 遇遇0 0码码- -波形不变波形不变 波形反转波形反转- -出出1 1码码 波形不变波形

28、不变- -出出0 0码码 +E +E -E -E 初始位初始位 ai 1 0 1 1 0 0 1 0 bi 0 0 0 1 0 0 0 1 1 特点：特点： 1) 用相邻码元的极性变化表示消息代码用相邻码元的极性变化表示消息代码 2) 码型的波形与码元本身极性无关（可以消除设备初始状码型的波形与码元本身极性无关（可以消除设备初始状 态的影响）态的影响） 在相位调制系统中用于解决载波相位模糊问题。在相位调制系统中用于解决载波相位模糊问题。 bi 1 1 1 0 1 1 1 0 0 6. 多电平波形（多值波形）多电平波形（多值波形） +3E -3E +E -E 01 00 11 10 特点：特点：

29、 1) 多个二进制符号多个二进制符号对应对应一个脉冲。一个脉冲。 2) 一个脉冲多个比特信息量，适宜一个脉冲多个比特信息量，适宜高数据速率传输系统高数据速率传输系统。 上述各种信号都是一个二进制符号对应一个脉冲。上述各种信号都是一个二进制符号对应一个脉冲。 四电平波形四电平波形 信道信号 形成器 数字 基带信号 GT() 信道 接 收 滤波器 抽 样 判决器 同步 提取 C( ) GR( ) n(t) 基带传输系统的基本结构基带传输系统的基本结构 1. 单极性不归零波形单极性不归零波形 2. 双极性不归零波形双极性不归零波形 3. 单极性归零波形单极性归零波形 4. 双极性归零波形双极性归零波

30、形 5. 差分波形（相对码波形）差分波形（相对码波形） 6. 多电平波形（多值波形）多电平波形（多值波形） 传输码的结构应具有下列主要特性传输码的结构应具有下列主要特性 (1) 相应的基带信号相应的基带信号无直流分量无直流分量， 且且低频分量少低频分量少； (2) 便于提取定时信息；便于提取定时信息； (3) 高频分量尽量少，以节省传输频带，减少码间串扰；高频分量尽量少，以节省传输频带，减少码间串扰； (4) 不受信源统计特性影响，能适应于信息源的变化；不受信源统计特性影响，能适应于信息源的变化； 5.3 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 (5) 内在的检错能力；内在的检错能力；码型具有一

31、定的规律码型具有一定的规律 (6) 设备简单，设备简单， 等等。等等。 1、AMI 码码传号交替反转码传号交替反转码 消息代码消息代码 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 +1 0 0 1 +1 0 0 0 0 0 0 0 -1 +1 0 0 -1 +1 AMI码码 “1” “+1”和和“-1”交替变换交替变换(传号传号) “0”0电平电平(空号空号) 1、AMI 码码传号交替反转码传号交替反转码 连连“0”串时，提取定时信号的困难。串时，提取定时信号的困难。 1.0 0.5 0 0.51.0 AMI 归一化功率谱 f / fs +1、-1 交替，交替， 功

32、率谱无直流成分，高、低频分量少，功率谱无直流成分，高、低频分量少， 能量集中在频率为能量集中在频率为1/2码速（码速（fs）处）处 AMI信号经信号经全波整流全波整流单极性归零波形，可提取位单极性归零波形，可提取位 定时信号。定时信号。 可以检错可以检错 AMI码的编译码电路简单码的编译码电路简单 2. HDB3 码码3阶高密度双极性码阶高密度双极性码 （1）消息代码）消息代码AMI码码 （2）检查有无超过）检查有无超过3 个连个连“0”串，没有则串，没有则AMI=HDB3 （3）有超过）有超过3个连个连“0”串，将第串，将第4个个“0”改为改为破坏脉冲破坏脉冲+V或或-V 相邻相邻V符号极性

33、要交替符号极性要交替 No.1 V与前一非与前一非“0”符号同极性符号同极性 为了便于识别为了便于识别 （4）为保证）为保证V码与其前一个非码与其前一个非“0”脉冲的极性相同，脉冲的极性相同，相邻相邻V符符 号间偶数个号间偶数个“1”时，将四连时，将四连“0”的第一个的第一个“0”更更改为改为与该破坏与该破坏 脉冲相同极性的脉冲，记为脉冲相同极性的脉冲，记为+B或或-B补信码补信码； （5）补信码补信码之后的传号码极性要继续交替。之后的传号码极性要继续交替。 代码：代码： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 它是它是AMI码的一种改进型，码的一种改进型， 其

34、目的是为了保持其目的是为了保持AMI码的码的 优点而克服其缺点，优点而克服其缺点， 使连使连“0”个数不超过个数不超过3个。个。 代码：代码： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 V脉冲、脉冲、B脉冲与脉冲与1脉冲波形相同，用脉冲波形相同，用V或或B符号的目符号的目 的是为了示意是将原信码的的是为了示意是将原信码的“0”变换成变换成“1”码。码。 HDB3码：码：-1 0 0 0 -V+1 0 0 0+V -1 +1 B0 0 -V +1 -1 AMI码：码： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1 代码：代码：

35、0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2. HDB3 码码3阶高密度双极性码阶高密度双极性码 代码：代码： 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 HDB3 （1）从收到的符号序列中可以找破坏点）从收到的符号序列中可以找破坏点V 同极性码间有三个同极性码间有三个0，则后一个非零符号是，则后一个非零符号是V 同极性码间有两个同极性码间有两个0，则后一个非零符号是，则后一个非零符号是V， 前一个非零符号是前一个非零符号是B （2）V前前3个符号必是连个符号必是连0符号，恢复符号，恢复4个连个连0码，码， （3）将所有）将所有-1变成变成+1

36、。 2. HDB3 码码3阶高密度双极性码阶高密度双极性码 HDB3 HDB3： 应用最广泛码型，应用最广泛码型，A A律律PCMPCM四次群以下的接口码型均为四次群以下的接口码型均为HDBHDB3 3码。码。 无直流，低频少；无直流，低频少； 频带窄；频带窄； 连连“0”码码3个以内易于位定时信号的提取个以内易于位定时信号的提取； 编译码电路复杂。编译码电路复杂。 2. HDB3 码码3阶高密度双极性码阶高密度双极性码CCITT推荐推荐 AMI、HDB3、PST码码 1位二进制信码位二进制信码1位三进制码位三进制码称为称为1B1T码。码。 3. 数字双相码数字双相码曼彻斯特（曼彻斯特（Man

37、chester）码）码 “0”码码“01” “1”码码“10” 代码：代码： 1 1 0 0 1 0 1 0相位相位 相位相位 特点：只有两个电平特点：只有两个电平+、- 富含位定时信息富含位定时信息 可以检错可以检错 无直流分量，无直流分量， 编码简单编码简单 带宽比原信码大带宽比原信码大1倍倍 双相码：双相码： 10 10 01 01 10 01 10 4. 密勒密勒 (Miller)码码延迟调制码延迟调制码 ： “1”码码“10”或或“01” “0”码码“00”或或“11” 连连“1 1”或连或连“0 0”时交替出现两种编码时交替出现两种编码 “0 0” 码内不电平跃变，与相邻码元的边界

38、处也不跃变码内不电平跃变，与相邻码元的边界处也不跃变 代码：代码： 双相码：双相码： 密勒码：密勒码： CMI 码：码： 1 1 0 1 0 0 1 0 10 10 01 10 01 01 10 01 01 10 00 01 11 00 01 10 11 00 01 11 01 01 00 01 图图 5 - 7双相码、双相码、 密勒码、密勒码、 CMI码的波形码的波形 (a) 双相码；双相码； (b) 密勒码；密勒码； (c) CMI码码 O A A O A A A O A t / T0 t / T0 t / T0 11010010 (a) (b) (c) 密勒码流中出现最大宽度为密勒码流中

39、出现最大宽度为2Ts的波形，即两个码元周期。这一性质可用的波形，即两个码元周期。这一性质可用 来进行宏观检错。来进行宏观检错。 用双相码的下降沿去触发双稳电路，即可输出密勒码。用双相码的下降沿去触发双稳电路，即可输出密勒码。 5. CMI码码传号反转码传号反转码CCITT推荐推荐 双极性二电平码双极性二电平码 CCITTCCITT推荐的推荐的PCMPCM高次群采用的接口码型，速率低于高次群采用的接口码型，速率低于8.448 Mb/s8.448 Mb/s的光纤的光纤 传输系统中有时也用作线路传输码型。传输系统中有时也用作线路传输码型。 含有丰富的定时信息含有丰富的定时信息 10为禁用码组，不会出

40、现为禁用码组，不会出现3个以上的连码，可用个以上的连码，可用 来宏观检错来宏观检错 “1”码码“11”和和“00”交替；交替； “0”码码“01” 数字双相码、密勒码、数字双相码、密勒码、CMI码码 一位二进制信码一位二进制信码2位二进制码位二进制码称为称为1B2B码。码。 6. nBmB码码 信息码流的信息码流的n位一组位一组 m位二进制码的新码组位二进制码的新码组 n bit m bit mn 有禁用码组，可检错有禁用码组，可检错 光纤数字传输系统中，通常选择光纤数字传输系统中，通常选择m mn+1n+1，有，有1B2B1B2B码、码、2B3B2B3B、 3B4B3B4B码以及码以及5B6

41、B5B6B码等，其中，码等，其中，5B6B5B6B码型已实用化，用作三码型已实用化，用作三 次群和四次群以上的线路传输码型。次群和四次群以上的线路传输码型。 降低码速率，提高频带利用率。降低码速率，提高频带利用率。 4B3T码：码：4个二进制码个二进制码 3个三元码。个三元码。 适用于较高速率的数据传输系统，如高次群同轴电缆适用于较高速率的数据传输系统，如高次群同轴电缆 传输系统。传输系统。 7. 4B3T码型码型 5.2.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 谱分析谱分析 信号需要占据的频带宽度，所包含的频谱分量，信号需要占据的频带宽度，所包含的频谱分量， 有有 无直流分量，无直流分量，

42、 有无定时分量等有无定时分量等。 选择相匹配的信道、确定是否可从信号中提取定时信选择相匹配的信道、确定是否可从信号中提取定时信 号。号。 a an n 第第n n个信息符号对应电平值（个信息符号对应电平值（0 0、 1 1或或-1-1、1 1等）等） T Ts s 码元间隔；码元间隔； g(t) g(t) 某种标准脉冲波形某种标准脉冲波形 n s(t) = ang(t-nTs) (5.2 - 1) 若数字基带信号中各码元若数字基带信号中各码元波形相同波形相同而而取值不同取值不同，则可用，则可用 sn(t)=ang(t-nTs)= g1(t-nTs) 表示符号表示符号“0” g2(t-nTs)

43、表示符号表示符号“1” 二进制代码序列：二进制代码序列： s(t)= n sn(t) 一般一般s(t)为为 幅度表示取值幅度表示取值 数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数，数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数， 所所 以只能用以只能用功率谱功率谱来描述它的频谱特性。来描述它的频谱特性。 g1(t)和和g2(t)在可以是任意的脉冲在可以是任意的脉冲 sn(t)=ang(t-nTs)= g1(t-nTs) 符号符号“0” g2(t-nTs) 符号符号“1” s(t)= n sn(t) 设：二进制的随机脉冲序列设：二进制的随机脉冲序列 统计独立统计独立 将将s(t)分解分解

44、s(t)= n sn(t) = v(t) + u(t) n n 稳态波稳态波 v(t)= Pg1(t-nTs)+(1-P)g2(t-nTs)= vn(t) (5.2 - 5) v(t)稳态波，随机序列稳态波，随机序列s(t)s(t)的统计平均分量，的统计平均分量， u(t)交变波，交变波，随机脉冲序列随机脉冲序列 交变波交变波 u(t)= s(t) - v(t) (5.2 - 6) 以概率以概率P出现出现 以概率以概率(1-P)出现出现 数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数，数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数， 所所 以只能用以只能用功率谱功率谱来描述它的频谱特性。来

45、描述它的频谱特性。 sn(t)=ang(t-nTs)= g1(t-nTs) 符号符号“0” g2(t-nTs) 符号符号“1” s(t)= n sn(t) 设：二进制的随机脉冲序列设：二进制的随机脉冲序列 n n 稳态波稳态波 v(t)= Pg1(t-nTs)+(1-P)g2(t-nTs)= vn(t) (5.2 - 5) 交变波交变波 u(t)= s(t) - v(t) (5.2 - 6) 以概率以概率P出现出现 以概率以概率(1-P)出现出现 数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数，数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数， 所所 以只能用以只能用功率谱功率谱来描述它的频

46、谱特性。来描述它的频谱特性。 sn(t)=ang(t-nTs)= g1(t-nTs) 符号符号“0” g2(t-nTs) 符号符号“1” s(t)= n sn(t) 设：二进制的随机脉冲序列设：二进制的随机脉冲序列 n n 稳态波稳态波 v(t)= Pg1(t-nTs)+(1-P)g2(t-nTs)= vn(t) (5.2 - 5) 交变波交变波 u(t)= s(t) - v(t) (5.2 - 6) 以概率以概率P出现出现 以概率以概率(1-P)出现出现 n = un(t) = sn(t) - vn(t) n un(t)= g1(t-nTs)-Pg1(t-nTs)-(1-P)g2(t-nTs

47、) g2(t-nTs)-Pg1(t-nTs)-(1-P)g2(t-nTs) =(1-P)g1(t-nTs)-g2(t-nTs) = - Pg1(t-nTs)-g2(t-nTs) 概率概率P 传传0 概率概率(1-P) 传传1 un(t) 第第n个码元交变波个码元交变波 un(t) 第第n个码元交变波个码元交变波 数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数，数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数， 所所 以只能用以只能用功率谱功率谱来描述它的频谱特性。来描述它的频谱特性。 sn(t)=ang(t-nTs)= g1(t-nTs) 符号符号“0” g2(t-nTs) 符号符号“1”

48、s(t)= n sn(t) 设：二进制的随机脉冲序列设：二进制的随机脉冲序列 n n 稳态波稳态波 v(t)= Pg1(t-nTs)+(1-P)g2(t-nTs)= vn(t) (5.2 - 5) 交变波交变波 u(t)= s(t) - v(t) (5.2 - 6) 以概率以概率P出现出现 以概率以概率(1-P)出现出现 n = un(t) = sn(t) - vn(t) n un(t)= g1(t-nTs)-Pg1(t-nTs)-(1-P)g2(t-nTs) g2(t-nTs)-Pg1(t-nTs)-(1-P)g2(t-nTs) =(1-P)g1(t-nTs)-g2(t-nTs) = - P

49、g1(t-nTs)-g2(t-nTs) 概率概率P 概率概率(1-P) un(t)=ang1(t-nTs)-g2(t-nTs) (5.2 - 9) an= 1-P 以概率以概率P, -P 以概率以概率(1-P) (5.2 - 10) u(t)是随机脉冲序列是随机脉冲序列 1、AMI 码码传号交替反转码传号交替反转码 “1” “+1”和和“-1”交替变换交替变换(传号传号) “0”0电平电平(空号空号) 2. HDB3 码码3阶高密度双极性码阶高密度双极性码 （1）消息代码）消息代码AMI码码 （2） （3）超过）超过3个连个连“0”串，将第串，将第4个个“0”改为改为破坏脉冲破坏脉冲+V或或-

50、V 相邻相邻V符号极性要交替符号极性要交替 V与前一非与前一非“0”符号同极性符号同极性 （4）相邻相邻V符号间偶数个符号间偶数个“1”时，将四连时，将四连“0”的第一个的第一个“0” 改为改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，记为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，记为+B或或-B补信码补信码 （5）补信码补信码之后的传号码极性也要继续交替。之后的传号码极性也要继续交替。 CCITT推荐推荐 3. 数字双相码数字双相码曼彻斯特（曼彻斯特（Manchester）码）码 “0”码码“01” “1”码码“10” 4. 密勒密勒 (Miller)码码延迟调制码延迟调制码 ： “1”码码“10”或或“01” “0”

51、码码“00”或或“11” 连连“1 1”或连或连“0 0”时交替出现两种编码时交替出现两种编码 “0 0” 码内不电平跃变，与相邻码元的边界处也不跃变码内不电平跃变，与相邻码元的边界处也不跃变 5. CMI码码传号反转码传号反转码CCITT推荐推荐 双极性二电平码双极性二电平码 “1”码码“11”和和“00”交替；交替； “0”码码“01” 6. nBmB码码 n bit m bit mn 有禁用码组，可检错有禁用码组，可检错 5.2.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 sn(t)=ang(t-nTs)= g1(t-nTs) 符号符号“0” g2(t-nTs) 符号符号“1” s(t)=

52、 n sn(t) 二进制的随机脉冲序列二进制的随机脉冲序列 s(t)分解分解 s(t)= n sn(t) = v(t) + u(t) 图图 5 4 随机脉冲序列示意波形随机脉冲序列示意波形 g2(t4 Ts) g1(t3 Ts) g1(t2 Ts) g2(t Ts) g (t) g1 (t) g2(t Ts) g2(t2 Ts) t t O Ts 2 Ts 2 O Ts 2 TsTs 2 Ts v(t) tO u(t) (a) (b) (c) 分别求出稳态波分别求出稳态波v(t)和交变波和交变波u(t)的功率谱，将两者的功率谱，将两者 的功率谱合并起来就可得到随机基带脉冲序列的功率谱合并起来就

53、可得到随机基带脉冲序列s(t)的频谱的频谱 特性。特性。 1. v(t)的功率谱密度的功率谱密度Pv(f) v(t)= Pg1(t-nTs)+(1-P)g2(t-nTs) 展成傅氏级数分析得稳态波功率谱：展成傅氏级数分析得稳态波功率谱： n )()()1()()( 2 21s m sssv mffmfGPmfPGffP 根据离散谱可以确定随机序列根据离散谱可以确定随机序列 是否包含直流分量（是否包含直流分量（m=0） 是否包含定时分量是否包含定时分量 (m=1) 基频基频 s f s T/1 基频的各次谐波基频的各次谐波 s mf 稳态波稳态波v(t)的功率谱的功率谱Pv(f)是是 2. u(

54、t)的功率谱密度的功率谱密度Pu(f) u(t)是功率型的随机脉冲序列，参照第2章中的功率谱 密度的定义求解得交变波的功率谱 2 21u )()()1()(fGfGPPffP s 交变波交变波u(t)的功率谱的功率谱Pu(f)是是 0波形的频谱波形的频谱 1波形的频谱波形的频谱 )( 1 fG )( 2 fG P20 根据连续谱可以确定随机序列的带宽。根据连续谱可以确定随机序列的带宽。 g1(t)及及g2(t)不能完全相同，所以不能完全相同，所以 交变波频谱总存在。交变波频谱总存在。 0)( u fP 3. s(t)=u(t)+v(t)的功率谱密度的功率谱密度Ps(f) Ps(f)=Pu(f)

55、+Pv(f) =fsP(1-P)|G1(f)-G2(f)|2 + |fsPG1(mfs)+(1-P)G2(mfs)|2(f-mfs) (5.2-25) m 单边单边功率谱密度功率谱密度 Ps(f)=2fsP(1-P)|G1(f)-G2(f)|2 + f2s|PG1(0)+(1-P)G2(0)|2(f) +2f2s |PG1(mfs)+(1-P)G2(mfs)|2(f-mfs), f0 1m 双边功率谱密度双边功率谱密度 随机脉冲序列的功率谱由连续谱随机脉冲序列的功率谱由连续谱Pu(f)和离散谱和离散谱Pv(f)组组 成成。连续谱总是存在连续谱总是存在；离散谱是否存在，取决离散谱是否存在，取决g

56、1(t)和和g2(t)的的 波形及其出现的概率波形及其出现的概率P 当当P=0.5，且，且g1(t)= - g2(t)，即双极性波形，即双极性波形， G1(f)= - G2(f)时，时， 离散谱不存在，离散谱不存在， Pv(f)=0 Pv(f)= |fsPG1(0)+(1-P)G2(0)|2(f) m=0时：时：判断有无直流判断有无直流 Pv(f)= |fsPG1(fs)+(1-P)G2(fs)|2(f - fs) m=1时：时： 判断在判断在fs有无定时分量有无定时分量 可否提取同步信号可否提取同步信号 Ps(f)=fsP(1-P)|G1(f)-G2(f)|2 + |fsPG1(mfs)+(

57、1-P)G2(mfs)|2(f-mfs) (5.2-25) m 单极性波形单极性波形： 等概等概（P=1/2）时，）时， 上式简化为上式简化为 5.2.3 特殊基带信号的功率谱密度特殊基带信号的功率谱密度 Ps(f)=fsP(1-P)|G (f)|2 + |fs(1-P)G(mfs)|2(f-mfs) m 4 1 Ps(f)= fs|G (f)|2 + fs2 |G(mfs)|2(f-mfs) m 4 1 设设g1(t)=0，g2(t)=g(t)，则随机脉冲序列的双边功率谱密度，则随机脉冲序列的双边功率谱密度 为为 Ps(f)=fsP(1-P)|G1(f)-G2(f)|2 + |fsPG1(m

58、fs)+(1-P)G2(mfs)|2(f-mfs) (5.2-25) m (1) 单极性不归零单极性不归零 矩形脉冲矩形脉冲 傅里叶变换得频谱函数傅里叶变换得频谱函数 m=0 时，时，G(mfs)=TsSa(0)0，离散谱中有直流分量；离散谱中有直流分量； m=1时，时，G(fs)=TsSa()=0，离散谱为零，因而无定时信号。，离散谱为零，因而无定时信号。 m为其他不为零整数离散谱都为零为其他不为零整数离散谱都为零 单极性波形单极性波形： g1(t)=0，g2(t)=g(t) 等概等概 时时 4 1 Ps(f)= fs|G (f)|2 + fs2 |G(mfs)|2(f-mfs) m 4 1

59、 g(t)= 1 t 0 其他其他 2 S T )(a sin SS S S fTST fT fT G(f)=TS f=mfs 5.2.3 特殊基带信号的功率谱密度特殊基带信号的功率谱密度 (1) 单极性不归零单极性不归零 矩形脉冲矩形脉冲 单极性波形单极性波形： g1(t)=0，g2(t)=g(t) 等概等概 时时 4 1 Ps(f)= fs|G (f)|2 + fs2 |G(mfs)|2(f-mfs) m 4 1 5.2.3 特殊基带信号的功率谱密度特殊基带信号的功率谱密度 )( 4 1 sin 4 1 )( 22 f fT fT TffP S S SsS )( 4 1 )(a 4 2 f

60、fTS T S S 频谱的第一个零点在频谱的第一个零点在f=fs )(a sin SS S S fTST fT fT G(f)=TS P P( ( f f ) ) 不归零码不归零码 f f O O 1 1 T T 单极性不归零，单极性不归零，p(0)=p(1)=1/2 有直流分量有直流分量 无定时分量无定时分量 B=fs (2) 半占空半占空 单极性归零单极性归零 矩形脉冲矩形脉冲 ) 2 ( 2 )( Ss fT Sa T fG g(t) 脉冲宽度脉冲宽度=Ts/2 单极性波形单极性波形： g1(t)=0，g2(t)=g(t) 等概等概 时时 4 1 Ps(f)= fs|G (f)|2 +