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1、2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理第四章 数字信号的基带传输 本章要点：数字传输的基带理论 PCM信号的再生中继及传输性能分析 传输码型设计原则及常用码型 差错控制编码的控制方式和原理2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理基带传输：基带是指未经调制变换的信号所占的频带基带信号是指高限频率与低限频率之比远大于1的信号基带传输是指不搬移基带信号频谱的传输方式。2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理基带传输系统定义：不使用调制和解调装置而直接传送基带信号的系统基本结构：信道信号形成器信道接收滤波器抽样判决器干扰基带脉冲基带脉冲输入输出2022

2、-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理码型编码：将信源或信源编码输出的码型（通常为单极 性不归零码NRZ）变为适合于信道传输的码 型。发滤波器：将m(t)变为适合于信道传输的波形，如将 m(t)中的高频成分滤掉，限制进入信道信号 的带宽。收滤波器：与发滤波器、信道相配合，使进入抽样判 决器的信号无码间串扰，滤除带外噪声。位同步器：提取位同步信号，cp(t)的频率等于码速率，上升沿与r(t)中信号的最大值对齐。抽样判决器：再生数字基带信号m3(t)，一般为NRZ码，可能有误码。码型译码：使输出码型符合收终端的要求。2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理误码原因：1）码

3、间串扰 2）噪声3）位同步信号相位抖动 等 T s市10011Em(t)m(t)m1(t)m2(t)r(t)cp(t)m3(t)码间串扰m(t)r(t)cp(t)2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理数字基带信号就是消息代码的电波形以由矩形脉冲组成的基带信号为例，介绍几种最基本的基带信号波形：单极性波形 基带信号的零电位及正电位分别与二进制符号0及1一一对应 特点：在一个码元时间内，不是有电压，就是无电压；电脉冲之间无间隔；极性单一2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理 双极性波形 基带信号的正、负电位分别与二进制符号0、1一一对应 特点：电脉冲之间也无间隔

4、；当0、1符号等可能出现时，它将无直流成分。单极性归零波形 单极性波形的归零形式 电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电位 双极性归零波形 双极性波形的归零形式 对应每一符号都有零电位的间隙产生，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理 差分波形/相对码波形 把信息符号0和1反映在相邻码元的相对变化上的波形 特点：在形式上与单极性或双极性波形相同；但它代表的信息符号与码元本身电位或极性无关，而仅与相邻码元的电位变化有关 多值波形（多电平波形）多于一个二进制符号对应一个脉冲的波形 由于一个脉冲可以代表多个二进制符号，故在高速率数据传输系统中，

5、采用这种信号形式是适宜的2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理基带信号的表示：实际上，组成基带信号的单个码元波形并非一定是矩形的 根据实际的需要，还可有多种多样的波形形式，比如升余弦脉冲、高斯形脉冲、半余弦脉冲等等 这说明，信息符号并不是与唯一的基带波形相对应。2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理几几种种常常见见二二元元码码2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理1B2B1B2B码码2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理AMIAMI与与HDB3HDB3码码2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理HDB3码编

6、码步骤如下。取代变换：将信码中4个连0码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻的V码中间有奇数个1码时用000V代替4个连0码，有偶数个1码时用B00V代替4个连0码。信息代码中的其它码保持不变。加符号：对中得到的1码、破坏码V及平衡码B加符号。原则是，V码的符号与前面第一个非0码的符号相同，1码及B码的符号与前面第一个非0码的符号相反。AMI码波形及HDB3码波形都无直流且低频分量微弱，比较适合于基带信道传输。AMI码信号的正负电平交替出现、HDB3码信号中连0电平数最多为3，若接收信号破坏了上述规则说明传输过程中出现误码，因此这两种码型具有自检错能力。HDB3码连0个数最多为3，这对位

7、定时信号的提取十分有利。四次群以下的A律PCM终端设备的接口码型均为HDB3码。2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理码间串扰码间串扰1t/sd(t)m(t)r(t)Ts(t)r(kTs)Ts(t)m(t)无码间串扰有码间串扰000012022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理理想低通系统理想低通系统2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理 理想低通频率特性理想低通频率特性无码间串扰的最大码速率为 当 时，无ISI。当 RBRBmax 但时，仍有ISI。占用信道带宽Bc=W，)wt2(wSa22wt4Sa2w4)t(h)(D)(Hw2故信道频带利

8、用率为)B(w2RmaxBKRRBBmaxKRRmaxBBmax2max2222log2logBBBbbbRBBwHzHzkMRbbMws Hzs HzK2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理升余弦滚降系统升余弦滚降系统2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理 余弦滚降频率特性余弦滚降频率特性 冲激响应的第一项为理想低通系统的冲击响应，此系统无码间串扰的码速率为RB=Bd，无码间串扰的最大码速率为2W Bd，占用信道带宽为Bc=W(1+)，式中为滚降系数，故升余弦滚降系统的最大频带利用率为 Bd/Hz bps/Hz下面从频域证明RB=2w时无码间串扰 H(f)

9、在f=W两边是互补的，所以 ，称W为H(f)的互补对称频率。aB12aMb1log22 H(f+RB)H(f)H(f-RB)-2 -1 0 1 2 f/WcnRfHB)(2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理理想低通理想低通系统与余弦滚降系统的比较：系统与余弦滚降系统的比较：理想低通系统的频带利用率高，但系统时域响应衰减慢，对定时信号（抽样信号、位同步信号）相位抖动敏感，对位同步信号相位抖动的要求严格；余弦滚降系统的频带利用率低，但可放宽对抽样信号相位抖动的要求。另外，理想低通系统的频率特性无法实现，而余弦滚降频率特性是可以实现的。2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通

10、 信 原 理第一类部分响应系统第一类部分响应系统2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理第四类部分响应系统第四类部分响应系统2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理基基带带系系统统抗抗噪噪性性能能d(t)r(t)n(t)cp(t)GT(f)C(f)GR(f)抽样判决 d(t)t A-A A rS(t)t nR(t)t cp(t)t 2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理眼眼图图 无码间串扰 有码间串扰2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理时时域域均均衡衡原原理理 d(t)x(t)y(t)(t)h(t)h(t)H()cp(t)G

11、T()C()GR()T()抽样判决 Heq(f)1/2x H(f)1-1.5-1-0.5 0 0.5 1.5 f/fS x 2x T(f)H(f)1 xt)2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理Ce1dmin(a)1tC1C2tdmin(b)C1C2tedmint(c)2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理线性分组码线性分组码定义：是指信息码元与监督码元间为线性关系的一种差错控制码记为（n,k),其中n为码长，k为信息位长汉明码：设计用来纠正一位错码的线性分组码。若监督位有r位，则码长n=2r-1。编码效率较高：R=k/n=(2r-1-r)/(2r-1)=1

12、-r/(2r-1)2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理举例：构造一（n，k)分组码，k=4并能纠正一位错码 欲纠正一位错码，由（2）式知r 3。取r=3，则n=k+r=7 设7位码元为：a6a5 a0；三个伴随式：S1、S2、S3；则可规定S1S2S3的八种组合与一位错码的对应关系如下（也可规定为另一种对应关系）：S1S2S3错码位置S1S2S3错码位置000无错011a3001a0101a4010a1110a5100a2111a62022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理从上表可见：当一位错码发生在a2、a4、a5或a6上时，S1为1；否则为0。即 a2、a

13、4、a5和a6构成偶监督关系：S1=a2+a4+a5+a6同理，a1、a3、a5和a6构成偶监督关系：S2=a1+a3+a5+a6 a0、a3、a4和a6构成偶监督关系：S3=a0+a3+a5+a6 发端编码的原则：信息码元a6、a5、a4、a3来源于待编码的信息序列；监督码元 a2、a1、a0的取值应根据信息码元按监督关系式来决定，即使上面三式中的S1、S2、S3均为0：a2+a4+a5+a6=0 a1+a3+a5+a6=0 （3）a0+a3+a5+a6=02022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理 进一步推导得：a2=a4+a5+a6 a1=a3+a5+a6 （4）a0=a3

14、+a5+a6 于是，给定信息位后，根据上式算出各监督位，于是该编码的所有码组如下表：2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理信息位监督位信息位监督位a6a5a4a3a2a1a0a6a5a4a3a2a1a000000001000111000101110011000010101101001000111101011001010011011000010101101110101001100111110100011100011111112022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理卷积码卷积码基本概念几点说明：又名连环码，是一种非分组码 与分组码相比，在同等码率和相似的纠错能力下

15、，卷积码的实现往往更简单 卷积码主要应用于FEC数据通信系统中基本原理：在任何一段规定时间里编码器产生的n个码元，不仅取决于这段时间中的k个信息码元,而且还取决于前N-1段规定时间内的信息码元，编码过程中相互关联的码元为Nn个。N段时间内的码元数目Nn称为卷积码的约束长度。记作(n，k，N)，编码效率R=k/n。2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理举例说明：编码：输入信息码位一方面直接输出，另一方面可暂存在移位器中。每当输入编码一个信息位，就立即计算出一监督位，并且此监督位紧跟此信息位之后发送出去。D1D2+mcmici卷积码输出mi信息码输入简单(2,1,2)卷积码编码器

16、tm1m2m3m4tm1c1m2c2m3c3m4c42022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理 编码器工作过程：移位寄存器按信息位的节拍工作，输入一位信息，电子开关倒换一次，即前半拍（半个输入码元宽）接通m端，后半拍接通c端。编码公式：c1=0+m1 c2=m1+m2 c3=m2+m3 ci=mi-1+mi 可见：卷积码结构为：“信息码元、监督码元、信息码元、监督码元、”。一个信息码元和一个监督码元组成一组，但每组中的监督码元除与本组信息码元有关外，还跟上一组信息码元有关。2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理译码：1D2D1+信息码输出卷积码输入+D3+Smc

17、3c简单(2,1,2)卷积码译码器2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理 解码器工作过程：解码器输入端的电子开关按节拍把信息码元与监督码元分接到m端与c端；3个移位寄存器的节拍比码序列节拍低一倍，其中移位寄存器D1，D2在信息码元到达时移位，监督码元到达期间保持原状；而移位寄存器D3在监督码元到达时移位，信息码元到达期间保持原状；移位寄存器D1，D2和模2加法器1构成与发端一样的编码器，它从接收到的信息序列中计算出对应的监督序列来；模2加法器2把计算出的监督序列与接收到的监督序列进行比较：两者相同，输出“0”；两者不同，输出“1”，显然此时，必定出现了差错。如果有差错，则要确

18、定差错位置并纠错。2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理 本本 章章 小小 结结 数字信号传输方式按它是否需要载波可分为：数字信号基带传输和数字频带传输。由于可以把对载波进行调制的调制器和从载波中将信号解调出来的解调器划归广义信道，因此，许多数字信号传输的共性问题均可划归数字信号基带传输中讨论，由此而得出的结论具有通用性。2022-8-3电信学院通信教研室数 字 通 信 原 理 在数字通信系统中，对均衡波形为什么要采用时域分析方法？均衡波形为什么不需要与发送的脉冲波形完全相同？均衡波形确定后，如何确定均放特性？带限传输对波形有没有影响？码间干扰是怎样形成的？说明脉冲抖动对PCM通信的影响，抖动信噪比与什么有关?思考题