通信原理 课件 12-基带传输的常用码型、13-无码间干扰的基带传输特性

11.传输码的码型选择原则2.AMI码(1)编码规则；(2)优点和缺点；(3)AMI码的LabVIEW仿真3.HDB3码(1)编码规则；(2)优点和缺点；(3)HDB3码的LabVIEW仿真6.4基带传输的常用码型2基带信号的波形和码型选择问题在实际的基带传输系统中，对在信道中传输的电波形的要求。高频分量尽量少；不含直流分量，低频分量尽量少；能提取位定时信号为满足传输数字基带信号的要求，主要从两个方面来考虑：码型:对代码的要求--码型变换，变换成适合的传输码；--本节内容波形:对所选码型的电波形要求--波形变换。--上节内容3（1）不含直流，且低频分量和高频分量尽量少；（2）含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取位定时信号；（3）功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带，码型的传输效率应尽可能地高；（4）不受信源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；（5）码型结构含有内在的检错能力；（6）编译码简单，以降低通信延时和成本等。以上1、2、3点是最主要的考虑因素。传输码的码型选择原则41.AMI码2.HDB3码3.PST码4.双相码5.密勒码6.CMI码7.nBmB码是CCITT建议的接口码型本节重点介绍课后自学5传号交替反转码（AMI码）AMI(AlternateMarkInversion)码编码规则：信息码的“0”--空号--仍编为传输码的0；信息码的“1”--传号--交替地变换为+1，-1，+1，-1，…，

--传号交替反转6AMI码的功率谱AMI码和HDB3码的功率谱7AMI码的优缺点优点没有直流成分，高、低频分量少，能量集中在1/2码速率处；编译码电路简单，可利用传号极性交替这一规律观察误码情况；如果它是AMI-RZ波形，接收后只要全波整流，就可变为单极性RZ波形，从中可以提取位定时分量。鉴于上述优点，AMI码成为较常用的传输码之一。缺点

当原信码出现长连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。

解决连“0”码问题的有效方法之一是采用HDB3码。8AMI码的LabVIEW仿真程序框图：信号波形：9AMI码子程序：0603_AMI_sub.vi图标：1011三电平波形产生子程序：digitalWave_threeLevel_NRZ_sub.vi图标：后面板程序框图：12设采样率fs=1000Hz，码速率RB=200Baud时，AMI波形：实际波形由采样点组成：TS=1/fs=1ms,码周期TB=1/RB=5msTS=1ms每码周期内点数n=fs/RB=513AMI码的LabVIEW仿真频谱分析程序框图：能量集中在1/2码速率处码速率14三阶高密度双极性码（HDB3码）HDB3(HighDensityBipolar3)码_3阶高密度双极性码：是AMI码的一种改进型，使连“0”个数不超过3个；改进目的：保持AMI码的优点而克服其缺点，便于提取位定时。

15HDB3码编码规则首先，将信息码变换成AMI码；然后，检查AMI码中连“0”的情况：当没有发现4个以上（包括4个）连“0”时，则不作改变，AMI码就是HDB3码；当发现4个以上或4个以上连“0”串时，就将第4个“0”变成与前一非“0”码元（“-1”或“+1”）同极性的码元；将这个码元称为“破坏码元”，并用符号“V”表示，即用“+V”表示“+1”，即用“-V”表示“-1”；为了保证相邻“V”符号也是极性交替：当相邻“V”之间有奇数个非“0”码元时，这是能够保证的；当相邻“V”之间有偶数（包括0）个非“0”码元时，不符合此极性交替要求。这时，需将这个连“0”码元串的第1个“0”编成“+B”或“-B”，B的符号与前一非“0”码元符号相反；让后面的非“0”码元从V码元开始再极性交替变化。16例6.4-1AMI码、HDB3编码和译码信息码：010010000100001100001…AMI码：0+100-10000+10000–1+10000-1…HDB3码：0+100-1000-V+1000+V–1+1-B00+V-1…0+100-1000-V+1000+V–1+1-B00-V

+1…即：0+100-1000-1+1000+1–1+1-100-1

+1…译码：HDB3码：0+100-1000-1

+1000+1–1+1-100-1+1…信息码：0+100-10000+10000–1+10000+1…信息码：01001000010000

110000

1…×√17HDB3码编码规则总结若信息码中不出现四连“0”，HDB3码就是AMI码；若出现四连“0”：加“V”：将第四个“0”变成“V”；

0000→000V判断是否加"B"：若"V”与前一个"V”之间“1”的个数为偶数（包括0），则将第一个“0”变成“B”；0000→B00V“V”和“B”的极性：B与前一非0符号极性相反,

“V”与前一非零符极性相同，这是四连“0”的标记，是编码要领的核心，其余非零符均正负交替。是译码的核心，找到同号的，就找到了四连“0”，恢复四连“0”即可实现译码“V”与前一非零符极性相同18HDB3码的译码规则：若HDB3码中出现相连的同符号的“

非0符号”，将后面的“非0符号”及其前面的三个符号均译为“0”；

+100+1

→0000，-100-1

→0000，0+10000+1-1

→01000001然后，将“+1”和“-1”均译为“1”。

只有V与前一非0符号极性相同--HDB3码的显著特点相邻V符号极性交替

B与前一非0符号极性相反同一个破坏节中，B与V极性相同所有1与B一起极性交替HDB3码的编码特点：“V”与前一非零符极性相同是译码的核心，找到同号的，就找到了四连“0”，恢复四连“0”即可实现译码19例6.4-2AMI码、HDB3编码和译码信息码：01001000000001100001…AMI码：0+100-100000000–1+10000-1…HDB3码：0+100-1000-V+B00-V+1-1+B00-V+1…0+100-1000-V+B00+V–1+1-B00-V+1…即：0+100-1000-1

+100+1–1+1-100-1+1…译码：HDB3码：0+100-1000-1

+100+1–1+1-100-1+1…信息码：0+100-10000

0000–1+10000+1…信息码：010010000

0000

110000

1…×√20AMI码：消息代码an:10000111000010001HDB3码:AMI码和HDB3码用归零码表示例6.4-3AMI码和HDB3的编码及波形+10000–1+1-10000+1000–1+1000V+–1+1

-1000V-+1000–121

HDB3码保持了AMI码的优点；将连“0”码限制在3个以内，故有利于位定时信号的提取。HDB3码是应用最为广泛的码型，A律PCM四次群以下的接口码型均为HDB3码。HDB3码的优点：没有直流成分，且高、低频分量少，能量集中在1/2码速率处；编译码电路简单，且可利用传号极性交替这一规律观察误码情况。AMI码的优点22HDB3码的实现方法一、LabVIEW仿真实现二、硬件电路实现1、采用专用电路芯片CD22103实现2、采用数字逻辑电路实现3、采用FPGA实现相关资料及技术论坛23HDB3码的LabVIEW仿真前面板：能量集中在1/2码速率处码速率24HDB3码后面板程序框图：（b）出现四连“0”时（a）不出现四连“0”时2526写出信息码an对应的AMI码和HDB3码1、an:（-1）

10000110000100000012、an:（-1）10000110000110000013、an:（-1）10000

0000

000011271、an:10000110000100000012、an:10000110000110000013、an:100000000000011HDB3码:+1000V+-1+1B-00V-+1000V+00-1HDB3码:+1000V+-1+1B-00V-+1-1B+00V+0-1HDB3码:+1000V+B-00V-B+00V+-1+128

基带脉冲传输与码间串扰

无码间串扰的理论条件

无码间串扰的基带传输系统设计例题6.5无码间干扰的基带传输特性29基带脉冲传输与码间串扰(码间串扰ISI——InterSymbolInterference)数字基带传输系统模型发端

滤波器GT(ω)传输

信道C(ω)接收

滤波器GR(ω)抽样判决＋n（t）{an}{an’}系统函数h(t)H(ω)

问题：如何设计基带系统的传输特性H(ω)或h(t)，才能使系统无ISI，提高系统的可靠性？30发端信号：在第k个时刻的抽样值为:接收滤波器输出信号：第k个码元在tk时刻的输出值--有用信号值ak除第k个码元之外所有的码元在t=tk时刻对ak造成的干扰总和。称为码间串扰ISI。信道中随机噪声在t=tk时刻对ak的干扰值。31

基带脉冲传输与码间串扰

无码间串扰的理论条件

无码间串扰的基带传输系统设计6.5无码间干扰的基带传输特性32理想信道的情况下（忽略噪声的影响），基带信号经过传输后在抽样点上无码间串扰，也即瞬时抽样值应满足：（设t0=0）无ISI的理论条件=0=1先暂时忽略33无ISI的理论条件—时域条件：例如：k=0时,值为1k≠0时,值为0关于RB：(是已知条件)

fs=1/Ts=1kHz

RB=1/Ts=1kbaud

数值相等，单位不同若满足上述条件，则以RB的码速率传输，系统无ISI抽样信号Sa(x)=(sinx)/x34对应于序列1011010的抽样脉冲序列(采用双极性)35时域：抽样信号频域：理想低通滤波器截至频率为:

RB

(rad/s)或RB/2(Hz)因此，若系统函数H(w)是截至频率为RB/2(Hz)的理想低通滤波器，以RB为码速率时，系统无ISI。等价于：36tw利用傅立叶变换的对称性：w令：w令：已知：冲击响应h(t)为抽样信号两边同乘TS理想低通滤波器返回推导过程37无ISI的理论条件--频域条件--奈奎斯特第一准则：凡是能符合此要求的H(

)，以RB为码速率时，均能消除码间串扰。H(

)的特性若能等效成一个理想低通滤波器，则可实现无ISI。等价为：或：38在此范围内等效成理想低通H(ω)

=TB/2[1+cos(ωTB/2)]，|w|<2

/TB，升余弦特性函数系统，若以RB=1/TB

的码速率传输，有无ISI？等效理想低通39将H(

)在

轴上以2/Ts--即2RB为间隔切开--等价于在f轴上以RB为间隔切开然后分段沿

轴平移到(-/Ts,/Ts)--即(-RB,RB)区间内；

--等价于沿f轴平移到(-RB/2,RB/2)区间内将它们进行叠加，若叠加结果为一常数（不必一定是TS

），则系统无ISI。频域条件的等效2RB为间隔40

基带脉冲传输与码间串扰

无码间串扰的理论条件

无码间串扰的基带传输系统设计6.5无码间干扰的基带传输特性41h(t)为抽样函数，满足无ISI的时域条件，无ISI。一、理想低通系统:以RB=1/TS为码速率。频带利用率:单位频带内的传码率。数字基带系统的理论极值-最大值42对于带宽为B=1/(2TS）=RB/2的理想低通传输特性：若以RB=1/Ts波特的速率进行传输，则在抽样时刻上无ISI。若以高于RB=1/Ts波特的码元速率传送时，将存在码间串扰。此基带系统能提供的最高频带利用率----理论极大值通常将此带宽B称为奈奎斯特带宽，将RB称为奈奎斯特速率。 二者关系：RB

=2B，B

=RB

/

2----理论极值若系统带宽为B，则此系统无ISI的最大码速率为(RB)max

=2B若系统码速率为RB,则无ISI传输所需要的最小带宽为(B)min=RB/2但是理想低通传输特性系统不能实用：这种特性在物理上是无法实现的；h(t)的振荡衰减慢，使之对定时精度要求很高。二、余弦滚降特性一种常用的滚降特性是余弦滚降特性：在互补对称点呈奇对称可以满足奈奎斯特第一准则：从而实现无码间串扰传输。互补对称点fN当互补对称点fN=RB/2系统无ISI的码速率RB=2fN因此，找到互补对称点，就可求出系统无ISI的码速率奇对称滚降是指它的频谱过渡特性，而不是时域波形的形状。44定义：滚降系数：频带利用率系统带宽B=截止频率45余弦滚降传输特性的数学表达式ω1是互补对称点此时，以RB为码速率时无ISI:若已知系统函数，即可得到W1，从而得到RB，此时的RB是系统无ISI的最大码速率带宽B=(W1+W2)/(2

)Hz46对应的冲击响应与理想低通特性相比较：冲击响应尾巴衰减快，从而放宽对位定时精度的要求47余弦滚降传输特性的优点：1）物理可实现2）冲击响应尾巴衰减快，从而放宽对定时精度的要求余弦滚降传输特性的缺点：频带利用率下降余弦滚降传输特性与理想低通特性相比较余弦滚降传输特性时：理想低通特性时：理论极大值48二进制基带系统的总传输特性为画出H(W)波形，试确定该系统的最高传码率RB，求频带利用率。时的余弦滚降传输特性—即升余弦49当α=1时50H(ω)

=T/2[1+cos(ωT/2)]，|w|<2

/T，余弦滚降特性函数系统，

T为常数，设T=1ms;

(1)画出H(ω)波形；(2)求该系统无ISI的最大码速率(RB)max(3)若以RB=1000Baud的码速率传输，有无ISI？(4)若以RB=2000Baud的码速率传输，有无ISI？(5)求最大码速率(RB)max下的频带利用率(6)求滚降系数例题6.5-151H(ω)

=T/2[1+cos(ωT/2)]，|w|<2

/T，升余弦特性，T为常数，设T=1ms;

(1)画出H(ω)波形；互补对称点--对应

(RB)max截至频率点--对应系统带宽B

(RB)max=

/T(RB)max=1/T=1000BaudB=2/Trad/s=[2/T]/(2)=1/THz=1000Hz52若已知系统函数H(w)，问以RB的码速率传输，有无ISI？解题思路：找到互补对称点，求出无ISI的最大码速率(RB)max若系统码速率RB=(RB)max，无ISI；若系统码速率RB>(RB)max，一定存在ISI；若系统码速率RB<(RB)max,有无ISI不一定，要用乃奎斯特第一准则验证；或用经验公式：当(RB)max是RB的整数倍时，可能无ISI，否则，有ISI。互补对称点--对应

(RB)max

(RB)max=/T(RB)max=1/T=1000Baud53(2)该系统无ISI的最大码速率(RB)max=1000Baud(3)若以RB=1000Baud的码速率传输，RB=(RB)max，无ISI(4)若以RB=2000Baud的码速率传输，RB>(RB)max，有ISI(5)最大码速率(RB)ma