第4章数据通信原理

1、1、数据通信原理，第四章数据信号的基带传输，第二和第四章数据信号的基带传输，数字基带信号的未调制脉冲电信号的概要，它们占据的频带通常从直流和低频开始，来自数据终端的原始电信号等。 数据库传输数据通信中最基本的传输方式。 数据终端可经历简单级别和码型的变换，并在信道上直接传送。 主要应用于局域网等距离比较短的数据传输。 数据频带传输数字基带信号必须是可以经由载波调制，将频谱移动到高频以便在信道上传输的方式。 许多信道，例如，各种无线信道和光信道属于带通传输。 3、研究数字基带传输系统的原因：在近距离数据通信系统中，包括带宽传输的许多基本问题中的一个广泛采用线性调制的频带传输系统，并可与一个基带传

2、输系统等效地研究。 基带传输方案也趋向于快速地发展，根据第四、第四章数据信号的基带传输，第4.1数据库信号及其特性，在实际的基带传输系统中，并不是所有原始基带数字信号都能够通过信道传输，并且某些信号是丰富的。 在基带传输系统中，首先要考虑的问题是1，在传输线路中选择什么形式的信号？ 2、在传输信道上选择什么形式的码元脉冲的波形？ 3、在传输信道上选择什么形式的码元序列的码型？ 另外，为了在传输信道上获得良好的传输特性，一般，码元进行适于在信道上传输的码型变换。 传输编码型的选择要求： 1、传输编码型不包含直流成分，低频成分衰减和元件尺寸要求很大，高频成分会对邻近线路产生串扰，所以低频成分和高频

3、成分也不太多。 2、传输编码类型中应该包括定时时钟信息，并且对提取接收侧定时时钟是有利的。 6、3、传输码型必须具有检错能力，能自动检测。 4、码型转换设备简单容易实现。 5、没有代码类型，或者只有小的错误代码有附加价值。 6 .编码方式不能对要发送的信息的类型进行限制，适用于所有的二进制信号。 7、码型具有高编码效率。 8、代码类型具有一定的抗干扰能力。7，1，零极性码(NRZ )码：编码规则： 1表示高电平，0表示低电平，电平在一个符号周期内不变化的8，使用特征和：的发射能量的提高大于接收侧的信号比带宽窄但大于直流和低频分量另外，9、占空比：/Tb，通常，/Tb=50%，2，单极性码零(R

4、Z )码：码规则： 1传送时发送小于符号持续时间的零脉冲，而0传送时不发送脉冲。 10、特征和应用：单极性代码有很多特征但带宽增大，能够直接提取同步信息一般用于设备内部和短距离通信。 11，3，零双极性码(BNRZ )码：编码规则： 1表示高电平，-1表示低电平，电平在码元周期内不变化12，特征和应用发射能量大表示接收侧的信号不是直流，但低频分量大，不能提取同步信息不需要线路接地，13，4，双极性码零(BRZ )码：编码规则：构成原理与RZ相同，1正、-1负，相邻脉冲之间存在零电平。 因为在接收侧接收波形变为0电平，所以可知1比特的信息已结束。 特征和应用：如果具有双极码的优点，则容易提取同步

5、信息，14、编码规则：差分码用相邻的两个电平变化表示“1”和“0”，所以也称为相对码，bn、5，差分码又分为两种：传输号码和空号码：传输其中1被表示为高电平，0被表示为低电平。 实际上他们的运算是异或运算。 空号码相反。另外，15，特征和应用使得即使所有电平在传输期间反转，接收侧也能够精确地判断，消除设备初始状态的影响，尤其在相位调制系统中用于解决载波相位的模糊的问题。 在数据传输系统中常用的码型，16，6，极性交替(AMI )码：码规则：消息码0还被转换为传输码的0，码中的1交替地被传输码的1，-1，特征：没有直流分量， 并且只有很少的低频分量从二进制符号的序列变为三进制符号的序列，编码电路

6、很简单，容易观察错误代码的状况，缺点：为了获取定时信息，会出现长的0列，所以很难提取定时信号、17、7、三阶高密度双极型(HDB3 )编码：编码规则： (1)用ami编码(2)将长连零节0000替换为000V，v的极性与前面的非零符号的极性相同，(3)检查v编码的极性是否交替。 如果不替换，则将当前000V替换为B00V，加上b的极性与前面非零符号的极性相反的b，后面非零的符号全部反转。 检查HDB3代码是否正确，把“1”和“b”加在一起，看极性是否互换，v代码是否互换，两者互换后是否正确。 样品动画演示，18，例如，信息流： 01000011000001110，第一步骤： 010000-11

7、00000-1-10，第二步骤： 01000v-11000v0-1-10，第三步骤： 01000 v-1-b -B，0，0，-v，0，1，0， 缺点：如果HDB3代码发生错误代码，则可能发生假的4连0，解码侧发生多个错误代码，HDB3代码发生错误代码增殖。 解码： (1)检测v码，识别B00V和000V的两个同极性码之后的一个是v码(将B00V或000V替换为0000 )进行全波整流返回单极性码。 20、编码规则：“1”用高电平表示，“0”用低电平表示，8、曼彻斯特编码：特征和应用：不包含直流分量，定时信息丰富，编码冗馀极性反转时会引起解码错误，21、9.cmi编码CMI编码的全名其编码规则如

8、下：信息代码中的“1”代码交替地用“11”和“00”表示，“0”代码用“01”表示。 例如：22，这样的符号类型电平迁移多，所以包含了丰富的定时信息。 ITU-T向PCM次组接口代码类型推荐此代码。 在光纤传输系统中，CMI代码可以用作线路传输码型。CMI码、23、编码规则： n个二进制码元(比特)以m个二进制码元(比特)编码，10.nB/mB码：特征和应用：具有差分码的特征，容易提取同步信息，返回，24，4.1.2基带信号的空格在数据通信中，传输着一系列的二进制脉冲序列。 随机的二进制脉冲序列在频域中是如何描述的？因为是随机的，所以在傅立叶变换中不能描述，并且必须用功率谱密度来描述。25、二

9、进制随机脉冲序列的波形和通式、1、波形二进制随机脉冲序列具有随机性，不能描绘它，只能描绘某一时刻的样本。 数字信号的波形如下图所示，用g1(t )表示“1”，用g2(t )表示“0”，26，1码元周期Tb内出现“1”的概率为p，出现“0”的概率为1-p，2，通式中，关于双极信号：成为单极信号Tb、码元速率RBG1(f )和G2(f )分别在数值上与g1(t )和g2(t )相等的傅立叶变换式的第一项表示连续频谱，能够决定信号带宽的第二项是离散频谱，能够判断信号的直流分量的有无和是否包含同步信息连续频谱总是存在是因为表示数据信息的g1(t )和g2(t )的波形不完全相同，所以存在g1(t )和

10、g2(t )。 频谱的形状依赖于g1(t )和g2(t )的频谱和出现概率p。 离散频谱是否存在取决于g1(t )和g2(t )的波形及其出现概率p。 通常总是存在，但在双极信号g1(t)=-g2(t)=g(t )且概率P=1/2(等概念)的情况下，离散分量(f-mfs )不存在。 根据离散频谱，可以判断随机序列中是否有直流分量和定时分量。 29、部分编码型功率谱结构如下图： 30，例1 :求出双极零码的功率谱密度。 设“1”代码出现的概率为p=1/2，脉冲宽度为a。 解：由于是双极零码，所以g1(t)=g2(t)g1(t )的波形为右图：即： 31、g1(t )和g2(t )的傅立叶变换式代

11、入上式，若观察双极零码的功率谱密度，则为双极零码尤其是出现零点，在p(f )的第一零点处，信号能量的大部分集中在第一零点频率范围，因此为了传送该信号，基本上需要基本带宽。 现在返回32，结论： (1)随机序列的带宽主要取决于单个码元频谱函数G1(f )或G2(f )，并且两者的较大带宽应是序列带宽。 时间波形占空比越小，频带越宽。 通常，设频谱的第一零点为矩形脉冲的近似带宽，其为脉冲宽度的倒数，即B=1/.(如上所述)，33，部分编码型的功率谱结构如下图所示：34，(2)单极基带信号的离散频谱是否由矩形脉冲的占空比决定由于不复位单极性归零的脉冲没有定时成分，因此在想要得到定时成分时，不进行波形

12、变化。 35、总结：研究随机脉冲序列的功率谱很有意义。 虽然可以从该连续谱确定序列的带宽，但明确地知道能否从脉冲序列直接提取定时分量，以及可以如何从基带脉冲序列获得所需要的离散分量，这是基于该离散谱是否存在的特征这在研究比特同步、载波同步等问题上非常重要。 另外，36、4.2基带传输系统的结构、基带传输系统的模型，如图所示，返回到目录，37，码型转换器将数据信号转换成更适于信道传输的码型发送滤波器，并进行信号波形转换，从而得到接收滤波器，如带外噪声、均衡信号波形等使该输出波形采样判定同步系统的作用有利的是，用特定的方法提取同步信息，生成同步控制信号的采样判定器在位同步脉冲的控制下对信号波形进行

13、采样，根据特定的代码类型的判定规则复原原数据信号，38、系统各部的波形如下图所示，基带脉冲、基带数据信号的波形、受噪声和干扰信号影响的波形、由接收滤波器滤波后的接收信号、由采样判定器复原的数据基带信号、采样采样值、采样脉冲、数据序列返回部3 输入信号、码型转换后，传输的波形、信道输出、接收滤波器输出、比特定时脉冲、恢复信息、40、4.3不存在码间干扰的基带传输、 4.3.1码间串扰概念的两种错误原因：码间串扰信道相加、噪声码间串扰原因：系统传输的总特性不理想(发送滤波器、接收滤波器和信道特性不理想)、这导致前一个符号和后一个符号的波形失真如果当前码元的判决码间串扰很严重，它可能导致错误的判定，

14、如下图所示：41，4.3码间无干扰的基带传输，4.3.1数字基带信号传输的定量分析数字基带信号传输模型假设： an传输滤波器如果与d(t )对应的基带信号、采样判定、42、和发送滤波器输出方程中的gT(t )发送滤波器的冲激响应被设为GT ()，则设具有总传输特性的信道的传输特性为c ()，并且设接收滤波器的传输特性为GR () 把基带传输系统的总传输特性作为其单位冲激响应， 43、将信道噪声设为n(t )作为加性噪声的系统传输后的输出为nR(t )，对第k个码元进行采样，如果采样时刻为t0 kTb，则得到的采样值为：改写上式，获得：44，第k个符号为第k个通过设计作为采样时刻噪声的采样值的、

15、第2个k个码元的采样时刻处的另一个码元的采样值的码间干扰即h(t )的波形(即，设计系统的传输特性h () )，可以实现无码间干扰的传输，典型的波形是下一个码元的采样值消除码间干扰的思想，1，相邻符号的前一个符号的波形在到达下一个符号采样时被衰减为零。 前面的符号不干涉后面的符号。 然而，由于h(t )的波形具有较长的尾部尾部，并且实际上难以实现，因此仅通过在采样时刻如t0 Tb、t0 2Tb、和(k-n)Tb t0的值恰好为0，就可消除码间干扰。 另外，只要基带传输系统中的冲激响应h(t )在采样码元时的波形的峰值在另一码元时为0，在没有码元间串扰的基带传输特性就可以消除码间干扰。 4.3.

16、2用于消除码间串扰的基本方式如从上式可知，由于an是随机的，所以其需要向h(t )的波形提出请求，而不能在各项目上相互抵消以使码间串扰为零。 由以上的分析可知，当h(t )满足下式时，可以消除码间干扰。 如果k-n=k，则函数与参数的符号无关，因此如果k表示为k，并且传输延迟t0=0，则公式：返回、4.3.3码间干扰不存在的时域条件、48、4.3.3理想的低通网络波形形成(奈奎斯特第一基准)、1、码间干扰不存在的条件和单位冲激响应h(t )是一对傅立叶变换对：对上式以b=2/Tb的长度，以阶段积分的形式为：49，Hn ()把第n个区间的h ()定义为：由于命令=-n、n=n、d=d，故： 在这

17、种情况下，系统的冲激响应满足码间干扰无的时域条件，可以实现码间干扰无的传输，使得bn=1/2TB(rad/rad )的奈奎斯特带宽、51和2、理想的低通特性、系统传输特性在惯性带宽内是理想的低通特性因为传输速度是Rb=1/TB=FB带宽，并且信道带宽是B=fb/2Hz，所以带宽利用率r=Rb/b=2带宽/Hz。 另外，在系统的传送特性是奈良带宽内理想的低通特性的情况下，当发送侧以频率的两倍的速率传送信号时，如果接收侧还以符号峰值在间隔Tb进行采样，则可以消除码间干扰。 在此情况下，可以获得最大带宽利用率为2Baud/Hz、Nyquist第一标准53，基于理想的低通，可以f非物理地实现：要求振幅特性尖锐的截止f在接收侧的定时准确：冲激响应的开头、末尾大的问题：传输系统有满足奈氏问题的构想：修正理想的低通的振幅特性，使fN附近