本章要點常用碼型數字基帶信號傳輸系統的頻譜分析數字基帶傳輸系統眼圖與均衡數字基帶傳輸系統應用第五章數字信號的基帶傳輸系統基帶傳輸：將數字基帶信號直接送入信道傳輸，就稱之為基帶傳輸(計算機局域網)。PCM、ΔM編碼常用碼型§5.1概述頻帶傳輸：為了適應信道傳輸而將基帶信號進行調制，即將基帶信號的頻譜搬移到某一高頻處，變為頻帶信號進行傳輸，這種傳輸頻帶信號的方式稱為頻帶傳輸方式。

信源

信源編碼

信道編碼

調制器

信道

解調器

信道譯碼

信源譯碼

收信者噪聲、干擾表示數字信息序列或碼元序列的電脈沖形式稱為碼型，如單極性歸零碼、雙極性非歸零碼等。在有線信道中傳輸的基帶信號又稱為線路傳輸碼型，即傳輸碼。一、碼型設計的原則：（1）編碼方案與信源的統計特性無關；（2）接收端能正確解碼；（3）碼型中直流成分、低、高頻成分很少；（4）便于提取定時信息；（5）具有內在的檢錯能力；（6）變換設備簡單、可靠。§5.2數字基帶信號的常用碼型二、常用碼型：有單極性不歸零碼、雙極性不歸零碼、單極性歸零碼、雙極性歸零碼、差分碼等。高電平+V“1”零電平“0”（占滿一個碼元周期Ts）

基本二元碼1．單極性不歸零碼（NRZ）----通信系統內部二進制代碼11101001000110碼元周期Ts高電平+V規則：+V0接收端：由識別電路來完成接收，識別電路由放大、限幅、整形、抽樣判決器等組成。限幅整形器是把接收信號整理成“近似的方波”，即把低于限幅門限的信號變成零電平，而把高于限幅門限的信號變成有電脈沖。特點：有直流分量；判決電平不穩定；難以提取位同步信息；傳輸時一端應接地。

信道抽樣時刻判決電平2．單極性歸零碼（RZ）特點：同NRZ，但可提取位同步信息。（占空比<1

）高電平+V“1”零電平“0”規則：二進制代碼11101001000110碼元周期Ts持續時間τ+V特點：無直流分量；判決電平穩定；難以提取位同步信息；無接地問題。

正電平+V“1”負電平-V“0”（占空比＝1

）3．雙極性不歸零碼規則：二進制代碼11101001000110負電平-V正電平+V+V-V4．雙極性歸零碼特點：同雙極性不歸零碼，經整流可提取位同步信息。

正電平+V“1”負電平-V“0”（占空比＜1

）規則：二進制代碼11101001000110+V-V以上四種信號只適用于設備內部及近距離傳輸利用前后碼元電平的相對極性來傳送信息，是一種相對碼。5．差分碼相鄰碼元電平變化“1”相鄰碼元電平不變“0”規則：特點：收端的碼元極性與發送端完全相反也能正確判決

二進制代碼11101001000110參考極性6．數字雙相（分相、曼徹斯特－Manchester）碼

規則：交替正、負脈沖(-V、+V)“0”交替負、正脈沖(+V、-V)“1”特點：無直流分量，定時信息豐富，編譯碼電路簡單；但其碼元速率比輸入的信碼速率要高一倍。二進制代碼

11101001000110

1B/2B碼

+V-V7．CMI（傳號反轉碼）碼

規則：交替正、負脈沖(-V、+V)“0”交替負、正脈沖(+V

+V、-V-V)“1”特點：無直流分量，定時信息豐富，編譯碼電路簡單，可檢錯。二進制代碼

11101001000110

+V-V

1B/2B碼

8．密勒（延遲調制—Miller）碼規則：“1”碼用碼元時隙的中點出現跳變來表示(即“10”、“01”)

碼元起點電平極性與前碼元末相相同

“0”碼分兩種情況處理(“00”、“11”)

對于單個“0”時，在碼元持續時間內不出現電平躍變，電平與前相鄰碼元的末相相同對于連“0”時，在兩個“0”碼的邊界處出現電平躍變特點：碼流中出現最大寬度為2T、最小寬度為T的波形，故可檢錯。二進制代碼111010010001109．交替雙極性（AMI）碼代碼：10011000111…AMI碼：＋100－1＋1000－1＋1－1…交替的正、負電平“1”（＋1、-1－歸零)零電平“0”規則：二進制代碼10110000101000011特點：無直流，低頻少，可檢錯。但連“0”碼多時丟失定時信息。

偽三元碼

+V-V歸零的AMI碼10．三階高密度雙極性碼（HDB3）是AMI碼改進型，克服了連“0”碼多時丟失定時信息的缺點，是CCITT推薦使用的碼型之一。編碼規則：1.先編成AMI碼，檢查代碼連“0”情況，若連“0”數<4個，編碼完畢2.若連“0”數≥

4個

①代碼中的“1”稱為信碼B，并用B+、B-表示②將連“0”按4個分組，將“0000”用“000V”取代，且V的極性與前一個B碼相同，稱為破壞碼③檢查兩個V之間B的個數

若為奇數，編碼完畢若為偶數，將后一組“000V”用“B’00V”取代，B’稱補碼，極性與前一個B碼相反，后一個V與B’極性相同④保證V、BB’兩序列極性交替出現代碼10110000101000011AMI+1

0-1

+1

000

0

-1

0+1

0

0

00-1

+1B碼B+

0B-

B+

0

00

0

B-

0B+

0000

B-

B+

V碼B+

0B-

B+

0

00

V+

B-

0

B+

000V+

B-

B+

B’碼B+

0B-

B+

0

00

V+

B-

0

B+

B-’

0

0V-

B+

B-HDB3

+1

0-1

+1

0

00+1

-1

0+1

-1

0

0-1

+1

-1二進制代碼10110000101000011特點：同AMI，且克服其缺點，譯碼簡單。

譯碼：1.找出兩相同極性的碼，后一個即為V碼；2.自V碼向前數第三個碼，若不是零即為B’碼；3.去掉V碼和B’碼，余下的全是B碼；4.經全波整流即為原單極性代碼。

代碼10110000101000011AMI+1

0-1

+1

0

00

0

-1

0+1

0

0

00-1

+1B碼B+

0B-

B+

0

00

0

B-

0B+

0000

B-

B+

V碼B+

0B-

B+

0

00

V+

B-

0B+

000V+

B-

B+

B’碼B+

0B-

B+

0

00

V+

B-

0

B+

B-’

0

0V-

B+

B-HDB3

+1

0-1

+1

0

00+1

-1

0+1

-1

0

0-1

+1

-1譯碼1+1

0-1

+1

0

00+1

-1

0

+1

-1

0

0-1

+1

-1譯碼2+1

0-1

+1

0

00+1

-1

0

+1

-1

0

0-1

+1

-1譯碼3+1

0-1

+1

0

000

-1

0

+1

0

0

00+1

-1譯碼41

0

1

1

0

000

1

0

1

0

0

001

118數字基帶信號是一個隨機信號，通常用功率譜密度來描述,具有統計特性。功率譜密度與基帶傳輸系統的帶寬選擇和位同步信號提取密切相關。5.3數字基帶信號的功率譜密度一、任意波形的二進制隨機序列的功率譜密度tf(t)g2(t)g1(t)TsTS:碼元周期19g1(t)代表”1”概率:P設g2(t)代表”0”概率:1-P則單邊功率譜密度可表示為:fS

(基波)－

1/TS單位:BaudG1(f)－g1(t)的頻譜函數；G2(f)－g2(t)的頻譜函數mfs－fs的各次諧波20結論:2.第二項表直流分量，不一定存在(等概的雙極性碼－不存在）①②③1.第一項表連續譜，永遠存在，確定帶寬（能量）3.第三項表離散譜，不一定存在，可分析是否有位同步信號二、舉例1.單極性不歸零碼(NRZ)脈沖序列的功率譜密度。(等概）g1(t)=0其它At≤Tsg2(t)=01二、舉例則7.3.3基帶信號的功率譜計算單邊功率譜密度為:結論:1.連續譜（能量）分布于整個f軸，主要在低頻，B=fs2.有直流分量3.f＝kfs值為0，無離散譜，無同步信息單極性不歸零碼不可提取同步信息12.單極性歸零碼(RZ)脈沖序列的功率譜密度。（、等概）

g1(t)=0其它At≤Ts/2g2(t)=0Ts/2=t則單邊功率譜密度為:(P=1/2)結論:1.連續譜（能量）分布于整個f軸，主要在低頻，B=2fs2.有直流分量3.有諧波離散譜，出現于f＝(2k－1)fs處，

同步信息可從基波中提取單極性歸零碼可直接提取同步信息3.雙極性不歸零碼和歸零碼碼序列的功率譜密度。（P=1/2）g1(t)=－g2(t)G1(f)=－G2(f)雙極性不歸零碼結論:1.B=fs

；

B=2fs雙極性歸零碼2.無直流分量和離散譜，不可直接提取同步信息3.對于雙極性歸零碼，可利用整流或前沿起動信號，得到定時信息275.4數字基帶傳輸系統一、數字基帶信號傳輸系統模型：如下圖所示一個典型的數字基帶信號傳輸系統模型

碼型變換：將數字信息源產生的基帶信號進行碼型變換；發送濾波器：它限制發送信號頻帶，并進行波形轉換；信道：電纜等狹義信道也可以是帶調制器的廣義信道，信道中的窄帶高斯噪聲會給傳輸波形造成隨機畸變；接收濾波器：濾除混在接收信號中的帶外噪聲和由信道引入的噪聲，對失真波形進行盡可能的補償（均衡）；再生抽樣判決器：是一個識別電路，將接收濾波器輸出的信號波形放大、限幅、整形后再加以識別，進一步提高信噪比；碼型譯碼：將抽樣判決器送出的信號還原成原始信碼。

系統各部分波形如下圖所示TS

TS

TS

抽樣值g抽樣判決再生：由識別電路來完成接收，識別電路由放大、限幅、整形、抽樣判決器等組成。限幅整形器是把接收信號整理成“近似的方波”，即把低于限幅門限的信號變成零電平，而把高于限幅門限的信號變成有電脈沖。信道抽樣時刻判決電平1.定義：由于系統傳輸特性不良或加性噪聲的影響，使信號波形發生畸變，造成收端判決上的困難，因而造成誤碼，這種現象稱為碼間串擾。

2．現象：時域脈沖會被展寬，甚至重迭（串擾）到鄰近時隙中去成為干擾。

二、基帶傳輸中的碼間串擾：變形延時拖尾圖中a1、a2和a3分別為前三個“1”碼在t=3Tb+t1時刻產生的碼間串擾值；a4為第四個碼（“0”碼）在t=3Tb＋t1時刻的值。當a1+a2＋a3+a4<0時，判決正確；反之，當a1+a2＋a3+a4>0時，判決錯誤。1110最佳判決時刻三、無碼間串擾的基帶傳輸特性

1.簡化的基帶傳輸系統

其中發送濾波器接收濾波器信道要求：輸出在抽樣判決點無碼間串擾無碼間串擾基帶傳輸系統沖激函數即當前碼元除了k=0時有抽樣值，在其他抽樣點上的取值應該均為02.理想基帶傳輸系統

理想基帶傳輸系統是典型基帶傳輸系統的數學分析模型，它具有理想的低通濾波特性（即傳輸特性），傳輸函數為：式中，為低通濾波器的截止頻率H(ω)=e–jωt00其它ωH(ω)10沖激響應為ωH(ω)1a）理想低通特性0TS

h(t’)b）理想低通特性的沖激響應0tBN＝1/2TSt’=0時出現最大值,有延時,有拖尾,t’=TS處出現零點2TS

3TS

4TS

-TS

-2TS

-4TS

-3TS

奈奎斯特(Nyquist)定理（奈奎斯特第一準則）當基帶傳輸系統具有理想低通濾波器特性時，以截止頻率兩倍的速率傳輸數字信號，能消除碼間串擾。RB＝1/TSRB=2BNTT2T3T3．理想低通濾波器基帶傳輸的特征參量：（1）奈奎斯特帶寬:BN

（2）奈奎斯特速率:RB

（3）奈奎斯特間隔:TS（4）無碼間串擾的理想低通系統的頻帶利用率:

η=RB/

BN=2Bd/Hz4．理想低通濾波器的缺點：（1）工程不易實現，濾波器截止特性不會做得很陡。（2）接收時對判斷要求很嚴。（3）沖激響應衰減慢，拖尾長。四、無碼間串擾的滾降系統

無碼間串擾的基帶傳輸特性等效式0

若將該系統的傳輸特性按間隔分段,再搬回(,)區間疊加,若疊加后的幅度值為一常數,則此基帶傳輸系統可實現無碼間串擾。

*

升余弦滾降傳輸特性一種無碼間串擾的系統是具有升余弦滾降特性，對處呈奇對稱的傳輸系統。注意，“滾降”是指升余弦信號的頻譜過渡特性，而不是指波形的形狀。具有滾降系數α的升余弦傳輸函數的數學表達式為：

H(ω)=TS0≤

0

其時域函數

滾降因子α（α在0—1之間變化）BNB1頻帶利用率實際帶寬=帶寬的擴展量奈奎斯特帶寬fH(f)例：已知RB=56kbit/s,求基帶傳輸時取α=0.25，α=0.5，α=0.75，α=1時所需實際信道帶寬。解：先求奈奎斯特帶寬（頻率）∵BN=RB/2=56×103/2=28KHz∴B=(1+α)BNB=(1+0.25)28=35KHzB=(1+0.5)28=42KHz§5.6眼圖與均衡

一、眼圖1.誤碼的來源:發送濾波器、信道、接收濾波器特性不理想，定時判斷誤差等2.評價方法—眼圖(定性),