1、數(shù)字通信基礎(chǔ)與應(yīng)用(24)六、基帶傳輸 第2章 格式化與基帶調(diào)制1. 概述 (1) 數(shù)字基帶信號：未經(jīng)調(diào)制（頻譜搬移）的、用以表示數(shù)字信 息的電脈沖信號稱之。(2) 數(shù)字基帶信號頻譜的特點：信號頻譜占據(jù)從直流開始至某一 頻率fm的低頻段。(3) 若把調(diào)制/解調(diào)過程看作廣義信道的一部分，任何數(shù)字傳輸 系統(tǒng)均可看作數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。第2章 格式化與基帶調(diào)制 2. 基帶傳輸系統(tǒng)的基本模型 信號發(fā)送 信號接收波形變換傳輸信道干擾匹配濾波器均衡器取樣判決器定時信號數(shù)字代碼數(shù)字代碼第2章 格式化與基帶調(diào)制第2章 格式化與基帶調(diào)制 基帶信號波形示例：二進制信息序列 PCM脈沖波形1 PCM脈沖波形2 2.

2、基帶傳輸系統(tǒng)的基本模型（續(xù)前） 波形變換：對數(shù)字代碼進行信號的波形編碼，使基帶信號 a）適合在特定的信道中傳輸； b）易于提取同步信號； c）具有一定的檢錯功能； d） 。 信道均衡：信道特性校正，減少由于信道畸變造成的碼間串?dāng)_。 匹配濾波器：保證在抽樣時刻，實現(xiàn)最大信噪比的信號提取。第2章 格式化與基帶調(diào)制3. 數(shù)字基帶信號的波形（碼型） 1. 碼型：數(shù)字基帶信號的電/光脈沖波形表示。 2. 碼型設(shè)計原則： （視不同的傳輸信道及要求，信號脈沖具有如下的若干特性) a）不含直流分量，易于實現(xiàn)交流耦合； b）對信源具有透明性，不受信源統(tǒng)計特性的影響（例如不會 由于信源的特性變化，過多的連“0”連

3、“1”的個數(shù)影響信號 頻譜特性和同步性能等）； c）易于提取同步信號（含同步信息）； 第2章 格式化與基帶調(diào)制2. 碼型設(shè)計原則（續(xù)前）： d）具有一定的檢錯能力； e）誤碼增值影響小； f）對分組形式的傳輸碼型，可恢復(fù)出分組同步信息； g）高頻分量小以減少碼間串?dāng)_、提高頻帶利用率； h）編譯碼（波形產(chǎn)生和變換）設(shè)備復(fù)雜性小。第2章 格式化與基帶調(diào)制 3. PCM波形的類型不歸零（NRZ）脈沖波形 NRZ-L：一種電平代表“0”，另一種電平代表“1”； NRZ-M(傳號差分碼)：電平變化代表“1”，電平不變化代表“0”； NRZ-S(空號差分碼)：電平變化代表“0”，電平不變化代表“1”。第2

4、章 格式化與基帶調(diào)制 差分碼的優(yōu)點：解決信號解調(diào)時信號的“0”“1”倒換問題； （相位模糊問題,詳見后。） 差分碼的編碼與解碼 編碼（異或運算）： 設(shè)輸入信息碼為 an，差分編碼輸出為bn ,則： bnan bn-1 解碼，因為： bn bn-1 (an bn-1) bn-1= = an (bn-1 bn-1) = an 0 = an 解碼輸出 an bn bn-1第2章 格式化與基帶調(diào)制歸零（RZ）脈沖波形 單極性RZ：半個比特寬度的脈沖代表“1”，沒有脈沖代表“0”； 雙極性RZ：兩個極性相反寬度均為半個比特的脈沖分別代表“0” 和“1”； RZ-AMI：幅度相等正負(fù)交替的脈沖代表“1”，

5、沒有脈沖代表“0”。第2章 格式化與基帶調(diào)制相位編碼脈沖波形 bi-L碼：前半個比特有脈沖后半個比特?zé)o脈沖代表“1”，反之 代表“0”； bi-M碼：每個碼元開始時都發(fā)生躍變，如果在半個碼元后再 次躍變代表“1”，不躍變則代表“0”； bi-S碼：每個碼元開始時都發(fā)生躍變，如果在半個碼元后再 次躍變代表“0”，不躍變則代表“1” (與bi-M碼相反)。第2章 格式化與基帶調(diào)制 bi-L碼的特點：在每個碼元中心出現(xiàn)電平跳變(分相/裂相)，有利于 時鐘信號的提取。 bi-L碼的形成:由時鐘和信息碼（NRZ形式）模2和產(chǎn)生。 第2章 格式化與基帶調(diào)制 曼切斯特碼：一種均值為零的條件雙相（bi-）碼。

6、 以太網(wǎng)采用曼徹斯特碼作為傳輸碼型。第2章 格式化與基帶調(diào)制相位編碼脈沖波形 延遲調(diào)制碼：碼元持續(xù)時間中心點躍變代表“1”， 單個“0”時電平不變，連 “0”時在碼元起始點出現(xiàn)跳變； Dicode NRZ碼：相鄰數(shù)據(jù)發(fā)生“0”-“1”或“1”-“0”變化時脈沖極性發(fā)生變化， 相鄰數(shù)據(jù)無變化時發(fā)送零電平； Dicode RZ： 除脈沖占空比不同外，其它變化規(guī)律與雙相NRZ碼同。第2章 格式化與基帶調(diào)制 n階高密度雙極性碼（HDBn碼） HDBn碼：AMI碼的改進型，將連“0”電平的狀態(tài)數(shù)限定為n。 改進方法：若連“0”狀態(tài)數(shù)n，則對每n1位連“0”，用特定 的碼組取代之取代節(jié)。 取代節(jié)的編碼方式

7、，每個取代節(jié)共含n1個脈沖： B000V，或0000V 其中：B脈沖符合極性交替的規(guī)律； V脈沖破壞極性交替的規(guī)律（以便接收端識別）第2章 格式化與基帶調(diào)制 HDB3碼（一種最常用的HDBn碼） HDB3碼的取代節(jié)選擇規(guī)則： 前一破壞點極性 - + - 前一脈沖極性 - - + 取代節(jié)碼組 00 00 000 000 （B00V） （B00V） （000V） （000V） 取代節(jié)設(shè)計原則： 避免出現(xiàn)3個以上的連“0”； 既可實現(xiàn)標(biāo)識，又盡可能保持直流平衡。第2章 格式化與基帶調(diào)制例 HDB3碼的編碼，設(shè)輸入二元代碼為： 輸入 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0

8、0 0 1設(shè)前一破壞點極性為負(fù) B+ 0 B-B+0 0 0 V+0 0 0 B- B+ B- 0 0 V-0 0 B+設(shè)前一破壞點極性為正 B+ 0 B-B+B-0 0 V-0 0 0 B+ B- B+ 0 0 V+0 0 B- 第2章 格式化與基帶調(diào)制設(shè)前一破壞點極性為負(fù)設(shè)前一破壞點極性為正 HDB3碼信號還原出信息碼方法： 當(dāng)出現(xiàn)某個脈沖與前面一個脈沖同極性時，將該脈沖及前 面三位均置為“0”。 第2章 格式化與基帶調(diào)制 4. PCM波形的頻譜特性示例第2章 格式化與基帶調(diào)制5.隨機序列功率譜計算 設(shè)隨機信號符號集為aj，相應(yīng)的信號波形為gj(t)，則數(shù)字基帶信號S(t) S(t)的截短

9、信號為： 按定義， 由SN(t)的傅氏變換可得其功率密度譜：SN(f). 若下列的極限存在，則信號S(t)的功率密度譜為 考慮二元獨立序列aj=0,1 碼形變換： 0 g1(t) 1 g2(t)第2章 格式化與基帶調(diào)制 則隨機脈沖序列重新表達為 其中： k： 1 2 概率 p 1p 當(dāng)信源aj統(tǒng)計特性確定之后，S(t)的統(tǒng)計平均值為 定義信號的交變分量為 其中：第2章 格式化與基帶調(diào)制 由gk(t)的分布特性，有 ,以概率p ,以概率1-p 改寫 ,以概率p ,以概率1-p 下面分別求 和 的功率譜第2章 格式化與基帶調(diào)制 （1）信號 的功率譜 因為 所以 應(yīng)為周期為T 的函數(shù)。 利用傅氏級數(shù)

10、展開 式中 第2章 格式化與基帶調(diào)制 其中第2章 格式化與基帶調(diào)制 利用周期信號與其功率譜間的關(guān)系 信號 的功率譜 （2）信號 的功率譜 信號的截短函數(shù) 兩邊取傅氏變換：第2章 格式化與基帶調(diào)制 求 ，歸結(jié)為求 （1）若 m 不等于 n，且假定bn與bm相互獨立，則由 bm bn bmbn p(bm) p(bn) p(bmbn) 1-p 1-p (1-p)2 p p p2 -p -p p2 1-p 1-p (1-p)2 1-p -p -(1-p)p p 1-p p(1-p) -p 1-p -p(1-p) 1-p p (1-p)p 得： 第2章 格式化與基帶調(diào)制因為有： （2）若 m 等于 n，

11、由 從而得： 信號 的功率譜： 綜合（1）、（2）隨機序列S(t)的功率譜 第2章 格式化與基帶調(diào)制 隨機序列S(t)的功率譜 式中，第一項為連續(xù)譜部分，第二項為離散譜（線譜）部分。 例1. 求雙極性非歸零碼的功率譜。已知： an A -A 由 g1(t) = - g2(t) Pn 得 G1(f) = - G2(f) 其中 代入公式得：第2章 格式化與基帶調(diào)制 例2 求數(shù)字雙相碼的功率譜。 當(dāng) P = 時， 不存在離散線譜。第2章 格式化與基帶調(diào)制6.PCM碼字與碼元 PCM碼字：對應(yīng)于每個模擬采樣值量化后的一組比特值。 量化電平數(shù)L與比特數(shù)l(碼字長度)之間的關(guān)系： L = 2l PCM碼字長度l的選擇（均勻量化）設(shè)量化誤差|e|與模擬電壓峰峰值之間的關(guān)系為 |e| pVppp為希望獲得的比例系數(shù)，對于均勻量化，有 |e|max = q/2 = Vpp/2L = Vpp/(2 2l) pVpp整理得： l log2（1/2p）第2章 格式化與基帶調(diào)制6.PCM碼字與碼元碼元：每個M進制碼元可攜帶的信息比特數(shù)k k log2M 相應(yīng)地 M = 2k PCM碼字與傳輸碼元（可以有亦可沒有特定的關(guān)系） PCM碼字 碼元符號 碼元波形第2章 格式化與基帶調(diào)制7.M進制脈沖調(diào)制