第4课 数字信号的基带传输

关于直流
关于位同步
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关于位同步
在数字通信系统中，接收端将接收到的信号还原为原始的 信号，首先必须对它进行采样判决。数据序列是按一定的 速率一个码元一个码元地传送，接收端也应该按相同的速 率一个码元一个码元的接收下来，这就要求接收端必须提 供一个确定采样判决时刻的定时时钟信号。这个定时时钟 信号的重复频率必须与发送端的码元速率相同，同时在最 佳判决时刻（或称为最佳相位时刻）对接收码元进行抽样 判决。在接收端产生这样一个定时时钟信号就是位同步。 有了准确的位同步，就可以用较低的误码率恢复已被接收 到了的可能畸变了的数字信号。 位同步的方法可分为外同步法和自同步法。
2.3 常用码型
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2.3 常用码型
②差分曼彻斯特码
r=1/2
t
1
Tb
0
1
2Tb 3Tb
1
4Tb
0
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2.3 常用码型
（2）传号反转CMI码 CMI码中，1用“++”“--”交替表示，0用“-+” 表示。 CMI码没有直流分量，有频繁的波形跳变，这 个特点便于恢复定时信号。有一定的规律性可 用来进行宏观检测。 由于 CMI 码易于实现且具有上述特点，因此在 高次群脉冲编码终端设备E4中被广泛用作接口 码型，在光纤传输系统中也有时用作线路传输 码型。
（4） 单极性归零码 用正极性的归零码表示1，用零电平表示0。发送1 时正电平在整个位期间 Tb 内只持续一段时间，在 其余时间则返回到零电平。
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2.1 基本码型
发送1时正电平在整个位期间Tb内只持续一段时间，在其余 时间则返回到零电平，发送0时是零电平。
0
1
Tb 2Tb
0
t
1
3Tb
1
4Tb
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2.3 常用码型
（2）传号反转CMI码 1用“--” “++” 交替表示；0用“-+”表示。
r= 1/2
t
1
Tb
0
1
2Tb 3Tb
1
4Tb
0
32
2.3 常用码型
（3）AMI码 传号交替反转码常记作 AMI 码。在 AMI 码中，二 进制位0用0电平表示，二进制位1交替地用+1和-1 表示。 AMI 码中正负电平个数大致相等，故无直流分量， 低频分量较小。利用传号交替反转规则，在接收 端可以检错纠错，比如发现有不符合这个规则的 脉冲时，就说明传输中出现错误。
第4课 数字信号的基带传输
1
1 数字基带信号
来自数据终端的原始数据信号，如计算机输出的 二进制序列，或者是来自模拟信号经数字化处理 后的PCM码组等等都是数字信号。这些信号往往 包含丰富的低频分量，甚至直流分量，称之为数 字基带信号。在某些有线信道中，特别是传输距 离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传输， 称之为数字基带传输。而大多数信道，如各种无 线信道，数字基带信号必须经过载波调制，把频 谱搬移到高频处才能在信道中传输，这种传输称 为数字频带（调制或载波）传输。
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1 数字基带信号
什么是数字基带信号？
频带分布在低频段（通常包含直流）且未经过调制的 数字信号通常被称为数字基带信号。在数字基带传输 系统中，发送端和接收端不需要安装调制、解调装臵， 直接在信道上传送基带信号。
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1 数字基带信号
基带信号是什么样子？
基带信号有很多种码型。最基本的是不归零码。
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2.3 常用码型
①曼彻斯特码 1用“-+”表示；0用“+-”表示
r=1/2
t
1
Tb
0
1
2Tb 3Tb
1
4Tb
0
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2.3 常用码型
曼彻斯特码适用于数据终端设备在短距离上的 传输，这种码常被用于以太网10Base-T中。
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2.3 常用码型
②差分曼彻斯特码 曼彻斯特码极性反转时会引起译码错误，为解 决此问题，可以采用差分曼彻斯特码，这种码 常被用于令牌环网中。在差分曼彻斯特码中， 每个码元中间的跳变仅做同步之用，每个比特 的值根据其开始的边界是否存在跳变来决定。 比特的开始有跳变代表0，无跳变代表1。
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2.1 基本码型
以下先介绍几种基本的码型。 （1）单极性不归零码（NRZ） 用正电平和零电平两种取值分别表示二进制码1和 0，在整个位持续期间电平保持不变，此种码通常 记作 NRZ（不归零）码。这是一种最简单的码型。
7
2.1 基本码型
单极性不归零码
1
Tb
0
2Tb
1
3Tb
1
4Tb
0
t
优点：简单，易于实现 缺点：有直流成份 连续的1或0码元难以实现同步。
数字基带信号的码型种类很多，但没有一种码 型能满足上述所有要求，在实际应用中，往往 是根据需要全盘考虑，有取有舍，合理选择。 下面给大家介绍一些目前广泛应用的重要码型。
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2.3 常用码型
（1）双相码 双相码是一种在比特中点位臵上电平跳转为相反 极的码型。目前最常用的两种双相码是曼彻斯特 码和差分曼彻斯特码。 ①曼彻斯特码 它的特点是每个比特用两个连续极性相反的电平 来表示。如1 用负、正电平表示， 0用正、负电 平表示。因为该码在每个比特间隔的中心都存在 电平跳变，所以有丰富的位定时信息。电平的跳 变既作为数据信息又作为同步信息。在中点位臵 上出现的由负到正的跳变表示 1 ；由正到负的跳 变表示0 。在这种码中，正、负电平各占一半， 因而不存在直流分量。
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2.2 码型设计原则
（4）码型具有一定检错能力。
若传输码型有一定的规律性，那么就可根据这一规律 性来检测是否有误码，即做到自动监测，以保证传输 质量。
（5）编码方案信源统计依赖性最小
信道上传输的基带传输码型应具有对信源统计依赖最 小的特性，即对信源经信源编码后，直接转换的数字 信号的类型不应有任何限制（例如“1”和“0”出现的 概率及连“0”多少等）。
2.1 基本码型
差分码（1表示“电平跳变”；0表示“不跳变”）设初Βιβλιοθήκη 状态为 高电平t1
Tb
0
2Tb
1
3Tb
1
4Tb
0
差分码是以电平跳变来表示数据信息。以差分码传输数据时，在 一个位传输的持续时间内信号电平不会出现跳变。 特点：在传输连续的码元1时，能同步，连续的0时不能同步
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2.1 基本码型
定义比率r为每个信号元素承载的数据元素的数量。 也称为编码效率。该值越大越好。
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2.3 编码效率
1 0
1个数据元素
1
1 t
0
1个数据元素
1
r=1
r=1/2
t
2个信号元素 4个数据元素
1个信号元素 2个数据元素
11
01
11
1101 r=4/3 t
3个信号元素
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r=2 t
1个信号元素
2.3 编码效率
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2.1 基本码型
发送1时正电平在整个位期间Tb内只持续一段时间，在其余 时间则返回到零电平，发送 0 时负电平在整个位期间 Tb内 只持续一段时间，在其余时间则返回到零电平。
0
1
Tb 2Tb
0
t
1
3Tb
1
4Tb
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优点：无直流、 最佳判决电平确定(=0) 可以保持正确的码元同步
2.2 码型设计原则
（6）编译码设备应尽量简单。
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2.2 码型设计原则
（7）码型要尽量增大编码效率，从而降低对带宽 的需求。
数据元素：表示一块信息的最小实体，即位。 信号元素：用于承载数据元素，是载体。 数据速率：又称为信息速率、比特率，1秒发送的数据 元素（位）的数量。单位是bps。 信号速率：又称为码元速率、调制速率、波特率，1秒 发送的信号元素的数量。单位是波特baud
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2.3 常用码型
（3）AMI码 1用“+”“-”交替表示；0用“0电平”表示。 r=1
0
1
Tb 2Tb
0
t
1
3Tb
1
4Tb
优点：无直流、 且可以发现简单错误 若接收端收到的码元极性与发送端完全相反，也能正确判断 缺点：如果出现长“0”则提取同步困难
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2.3 常用码型
（4）3阶高密度双极性零码（ HDB3 ） 当信息中出现连0码时，AMI码将长时间不出现电 平跳变，这给提取定时信号带来困难。为了克服 传输波形中出现长连0的情况，在AMI的基础上设 计了改进型的 HDB3码。在它的码字中最长连 0数 不超过3个。 双相码适用于局域网 ，并不适合于长距离通信 （由于宽带宽需求 ），有直流成分的编码 （如 NRZ ）也不适合长距离的电接口编码， AMI 编码 中连续0的长序列会不同步，也不适合长距离，相 比，HDB3码就适合于长距离通信。 35
由于不同的码型具有不同的特性，因此在设计或 选择适合于给定信道传输特性的码型时，通常要 考虑以下的因素，或者说要遵循以下原则：
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2.2 码型设计原则
（1）码型中应不含直流分量，低频分量尽量少。
当数字信号中的电平保持一段时间的恒定时，频谱会产 生很低的频率，这些接近于0的频率称为直流成分，会 给不允许通过低频率的系统或者使用电子耦合的系统 （如变压器）带来问题。如，电话线不能通过低于 200Hz的频率。还有长距离的链路可能使用一个或多个 变压器来隔离线路的不同部分，对于这些系统，我们要 使用无直流的方案。如果传输信号中存在接近0频率的 分量，则在传输中就会丢失，而在接收端会产生波形失 真。
缺点：有直流、 连续的0难以实现同步