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第15讲基带数字信号的表示和传输之四2

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基带数字信号的表示和传输课件

基带数字信号的表示和传输课件
例：消息码： 0 1 0 1 1 0 0 0 1 AMI码：0 +1 0 -1 +1 0 0 0 -1
优点：没有直流分量 、译码电路简单 、能发现错码 缺点：出现长串连“0”时，将使接收端无法取得定时
信息。 又称：“1B/1T”码 － 1位二进制码变成1位三进制码。
27
HDB3码 － 3阶高密度双极性码
电平的跳变和不变来表示消息代码； 传号差分码（电平跳变表示1）：NRZ（M） 空号差分码（电平跳变表示0）：NRZ（S）
属于相对码，多用于相位调制系统的码变换器中，可 以克服相位模糊。
13
(8) 多元码 数字信息由码元(符号)组成 码元形式：二元码和多元码 多元码的一个码元表示一个n位二进制码组M=2n 四元码的波形 (M=4, n=2) 线路码型为四元码2B1Q 在2B1Q中，2个二进制码元用1个四元码表示
➢ 双极性二进制信号 (NRZ)
设信号g1(t) = -g2(t) = g(t)，则由其构成的随机序列
的双边功率谱密度为：
Ps ( f ) 4 fs P(1 P) G( f ) 2 fs (2P 1)G(mfs ) 2 ( f mfs ) m
当P = 1/2时，上式可以改写为 Ps ( f ) fs G( f ) 2
1000 0 1000 0 1 1 0 0 0 0 1 1
29
【例】已知信息代码为：1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0，请就AMI码、HDB3码、Manchester码三种情形，
(1)给出编码结果； (2)画出编码后的波形；
(1)信息代码： 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 AMI 码： +1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1+1 -1 0 0+1 0 0 0 0 -1 0 HDB3码： +1 0 0 0+V-B 0 0-V+1-1+1 0 0-1+B 0 0+V-1 0

第15讲基带数字信号的表示和传输之四2

第15讲基带数字信号的表示和传输之四2

均衡前系统冲激响应：
x-1=1/4，x0=1，x1=-1/2, 利用前面给出的式：
yk
Cx N
iN i ki
1/4

1
1/ 2

0
0
1 / 16
0
0
1/ 4 1
1/ 2
0 1/ 4
1


1/ 4 1
1/ 2

在迫零调整法中，使用2N+1行的X和Y，并令输出中除所需码元的抽样值外，其他
前后的抽样值均为零，即：
1
k0
y(k) 0 k1,2 N
通过发送训练信号,在接收端均衡器前得到矩阵X的值[x(k)], 再利用C=X-1Y关号电压抽样值[x(k)]为1/8、1/4、1、1/2、1/4； 其他x(k)的值为零。试用迫零法求出具有3个抽头的横向滤波器的抽头系数；并对于 k=±2、±3计算输出的y(k)值。
过零点畸变
门限电平
2020/1/22
可用的抽样时间
最佳抽样时刻 第15讲 基带数字信号的表示和传输之四
返回
4
时域均衡器
5.8.1 概述 均衡器的用途 － 对传输系统进行校正以减小码间串扰。
均衡器的种类：频域均衡器（模拟）和时域均衡器（数字）
时域均衡器的实现 － 采用横向滤波器
5.8.2 横向滤波器基本原理 基带传输的总传输特性：H(f) = GT(f)C(f)GR(f)
定义：
e 2

1 y0

yk 2
k
k0
此时误差信号为：ek=yk-ak,其中yk为均衡后冲激响应的抽样值， ak为发送的幅度电平。

通信原理教程基带数字信号的表示和传输

通信原理教程基带数字信号的表示和传输

5.3 基带数字信号的波形

1 1
0 0 0 1
单极性波形
双极性波形 单极性归零波形 双极性归零波形 差分波形 多电平波形 二
(a)
0
+V
(b)
-V
+V
进
制
(c)
0
+V (d) 0 -V
(e)
+3V 0 +V -V -3V
(a) 单极性波形 (b)双极性波形 (c)单极性归零波形 (d)双极性归零波形 (e)差分波形
01
10
+E
-E
译码规则：消息码“0”和“1”交替处有连“0”和连“1”，

可以作为码组的边界。 优缺点：只有2电平，可以提供定时信息，无直流分量； 但是占用带宽较宽。
6

密勒码 编码规则： 消息码“1” 用中点处电压的突跳表示，或者说用“01” 或 “10”表示； 消息码“0” 单个消息码“0”不产生电位变化， 连“0”消息码则在边界使电平突变，或者说 用 “11”或“00”表示
基带数字信号的表示和传输
5.1 概述

数字信号传输时为什么需要不同的表示方法？
为了除去直流分量和频率很低的分量； 为了在接收端得到每个码元的起止时刻信息； 为了使信号的频谱和信道的传输特性相匹配
。
5.2 字符的编码方法


何谓字符？ － 汉字、数字和英文字母 … ，统称为字符。 汉字的编码方法 ：4位十进制数字表示一个汉字。 例如，电报编码： “中” “0022”，“国” “0948”。 区位码： “中” “5448”，“国” “2590”。 英文字母编码方法：ASCII 码 － 7位二进制数字表示一个字 1 符。

通信原理课件第四章 数字信号的基带传输

通信原理课件第四章 数字信号的基带传输
和零电平，或负电平和零电平。在表示一个码元时，电压均无需回到零，故称不归零 码。它有如下特点。
(1) 发送能量大，有利于提高接收端信噪比； (2) 在信道上占用频带较窄； (3) 有直流分量，将导致信号的失真与畸变；且由于直流分量的存在，无法 使用一些交流耦合的线路和设备； (4) 不能直接提取位同步信息； (5) 接收单极性NRZ码的判决电平应取“1”码电平的一半。
11
6. 交替极性(AMI)码 AMI是交替极性(Alternate Mark Inversion)码。这种码名称较多，如双极方 式码、平衡对称码、信号交替反转码等。 此方式是单极性方式的变形， 即把单 极性方式中的“0”码仍与零电平对应，而“１”码对应发送极性交替的正、负电 平， 如图6 - 1(f)所示。这种码型实际上把二进制脉冲序列变为三电平的符号序 列(故叫伪三元序列)， 其优点如下： (1) 在“1”、“0”码不等概率情况下，也无直流成分， 且零频附近低频分 量小。因此，对具有变压器或其他交流耦合的传输信道来说，不易受隔直特性影 响。
3
4.1.1 数字基带信号的常用码型
传输码型的选择，主要考虑以下几点： (1) 码型中低频、 高频分量尽量少； (2) 码型中应包含定时信息， 以便定时提取； (3) 码型变换设备要简单可靠； (4) 码型具有一定检错能力，若传输码型有一定的规律性，则就可根据这一规 律性来检测传输质量，以便做到自动监测。
9
4） 双极性归零(RZ)码 双极性归零码构成原理与单极性归零码相同，如图6 - 1(d)所示。 “1”和“0” 在传输线路上分别用正和负脉冲表示， 且相邻脉冲间必有零电平区域存在。因此， 在接收端根据接收波形归于零电平便知道1比特信息已接收完毕， 以便准备下一比 特信息的接收。所以，在发送端不必按一定的周期发送信息。 可以认为正负脉冲 前沿起了启动信号的作用，后沿起了终止信号的作用, 因此，可以经常保持正确的 比特同步。 即收发之间无需特别定时，且各符号独立地构成起止方式， 此方式也 叫自同步方式。此外，双极性归零码也具有双极性不归零码的抗干扰能力强及码中 不含直流成分的优点。双极性归零码得到了比较广泛的应用。

数字信号的基带传输

数字信号的基带传输

17
数字信号的基带传输

HDB3码的译码： HDB3码的编码虽然比较复杂，但译码却比较简单。 脉冲同极性(包括B在内)。这就是说，从收到的符号序列 中可以容易地找到破坏点V，于是也断定V符号及其前面
从上述编码规则看出，每一个破坏脉冲V总是与前一非“0”
的3个符号必是连“0”符号，从而恢复4个连“0”码，再将
其中
un (t ) an [ g1 (t nTs ) g 2 (t nTs )] 1 P, 以概率P an P, 以概率(1 P)
显然， u(t)是一个随机脉冲序列 。
11
数字信号的基带传输

2 基带传输的常用码型

对传输用的基带信号的主要要求:
对代码的要求：原始消息代码必须编成适合于传输 用的码型； 对所选码型的电波形要求：电波形应适合于基带系 统的传输。
所有-1变成+1后便得到原消息代码。
18
数字信号的基带传输

双相码：又称曼彻斯特（Manchester）码



用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表 示“1”。 “0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10 ”两位码表示 例： 消息码： 1 1 0 0 1 0 1 双相码： 10 10 01 01 10 01 10 优缺点： 双相码波形是一种双极性NRZ波形，只有极性相反的 两个电平。它在每个码元间隔的中心点都存在电平跳变， 所以含有丰富的位定时信息，且没有直流分量，编码过程 也简单。缺点是占用带宽加倍，使频带利用率降低。
16

数字信号的基带传输
（4）B的取值可选0、+1或-1，以使V同时满足（3）中 的两个要求； （5）V码后面的传号码极性也要交替。 例： 消息码： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 l 1 AMI码： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 +1 HDB码： -1 0 0 0 –V +1 0 0 0 +V -1 +1-B 0 0 –V +B 0 0 +V -l +1 其中的V脉冲和B脉冲与1脉冲波形相同，用V或B 符号表示的目的是为了示意该非“0”码是由原信码的“0” 变换而来的。

第4章 基带数字信号的表示和传输

第4章 基带数字信号的表示和传输
消息码： 消息码： 1 双相码： 双相码： 10 双相码波形： 双相码波形： 双相码相位： 双相码相位： 0 密勒码： 密勒码： 0 01 1 10 1 10 0 01 0 01 0 01 1 10
0
π
0
0
π
π
π
0
0
特点： 特点：当 “1”之间有一个 “0”时，码元宽度最长（等于两 之间有一个 时 码元宽度最长（ 倍消息码的长度）。这一性质也可以用来检测误码。 倍消息码的长度）。这一性质也可以用来检测误码。 ）。这一性质也可以用来检测误码 产生：双相码的下降沿正好对应密勒码的突变沿。因此， 产生：双相码的下降沿正好对应密勒码的突变沿。因此， 8 用双相码的下降沿触发双稳触发器就可以得到密勒码。 用双相码的下降沿触发双稳触发器就可以得到密勒码。
0 0 0 0 -B 0 -1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 -V -1 0 0
1 1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 1 1
译码： 译码： 发现相连的两个同符号的“ 时 后面的“ 及其前面 发现相连的两个同符号的“1”时，后面的“1”及其前面 个符号都译为“ 。 的3个符号都译为“0”。 个符号都译为 然后， 都译为“ ，其它为“ 。 然后，将“+1”和“-1”都译为“1”，其它为“0”。 和 都译为 优点：除了具有 码的优点外， 优点：除了具有AMI码的优点外，还可以使连“0”码元串 码的优点外 还可以使连“ 码元串 的数目不多于3个 而且与信源的统计特性无关。 中“0”的数目不多于 个，而且与信源的统计特性无关。 的数目不多于
6
3. 双相码 － 曼彻斯特码 编码规则：消息码 传输码“ 编码规则：消息码“0” → 传输码“01” 消息码 传输码“ 消息码“1” → 传输码“10” 例： 消息码 0 1 0 1 消息码： 1 1 0 双相码： 双相码：10 10 01 01 10 01 10

数字信号的基带传输资料课件

滤波器设计 通过对信号的频谱进行分析，可以设计出不同的滤波器， 实现对信号的频率域滤波。
调制解调 在通信系统中，通过对信号的频谱进行分析，可以实现调 制和解调操作，以实现不同频率信号之间的传输。
THANKS
感谢观看
传输的信号。
原理
振幅调制是通过改变载波的幅度来 传递数字信号的信息，通常是将数 字信号的幅度变化规律与载波的幅 度相叠加。
应用场景
振幅调制在无线通信、卫星通信等 领域广泛应用。
频率调制
概念
频率调制是指将数字信号的频率 按照一定规律变化，以产生可以
传输的信号。
原理
频率调制是通过改变载波的频率 来传递数字信号的信息，通常是 将数字信号的频率变化规律与载
同步检波器
同步检波器需要一个参考信号与 输入信号同步，通过乘法器将两 个信号相乘，然后通过低通滤波 器提取低频信号。
频率解调
希尔伯特变换
希尔伯特变换是一种频率解调方法，它通过将信号进行时间 延迟并叠加，从而得到与原始信号相位差90度的信号，通过 两个信号的相减得到幅度信息，相加得到相位信息。
平方环法
循环冗余校验（CRC）
CRC是一种基于模运算的校验方式，它通过在信息比特流的末尾添加校验码来检测错误。CRC可以检 测出较高位数的错误，并提供更强的错误检测能力。
交织与去交织技术
交织
交织是一种将输入数据重新排列的技术， 它可以将输入数据中相邻的符号或比特 分散到不同的传输符号或比特中。交织 可以降低突发性错误的影响，提高系统 的抗干扰性能。
非线性编码
非线性编码是一种更复杂的编码方式，它将信息比特流映射为传输符号序列， 并利用符号之间的相关性进行编码。非线性编码的优点在于它可以提高传输效 率，同时可以提供更好的误码率性能。

数字信号基带传输


5.3 数字基带信号的功率谱密度
2. 信号对应的功率谱
Ps ( f ) fsP(1 P) |G1( f ) G2 ( f ) |2
| fs[PG1(nfs ) (1 P)G2 (nfs )]|2 ( f nfs ) n
fs=1/Ts，数值上等于码元速率RB G1(f)和G2(f)分别为g1(t)和g2(t)的傅氏变换 式中的第一项表示连续谱，由其可以确定信号的带宽 第二项是离散谱，由其可以判断信号有无直流分量以及是否包含 同步信息
数据传输
a0 a1 a2 a3 ... c0 c1 c2 c3
Tb
抽样
脉冲
Tb
...
样值ck
...
t
t
c0 a0 c1 a0 a1 ...
ck ak 1 ak ...
除第一个样值c0以外，其它样值中前一个码元对后一个码元都有码 间干扰 ，这种码间干扰可以按照下式消除
h(kTs
)
1
2
n
s
/
s
2 /2
H
n
(
'
n
s
)e
j
'k
Ts
e
j
2
nk
d
'
1
2
s / 2 s / 2
H
n
n
(
ns
)e
jkTs
d
1
2
H ( )e d s /2
s / 2 eq
jkTs
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5.4.4 无码间干扰的传输特性
基带传输系统的等效传输特性
Heq () H n ( ns )
n
若Heq(ω)满足理想传输特性，即

基带数字信号的传输



第5章 基带数字信号的传输
2. 三阶高密度双极性(HDB3)码
HDB3码就是一系列高密度双极性码(HDB1、
HDB2、HDB3等)中最重要的一种。其编码原理是 这样的：先把消息变成AMI码，然后检查AMI的 连“0”情况，当无3个以上连“0”串时，则这时的 AMI码就是HDB3码。当出现4个或4个以上连“0”
第5章 基带数字信号的传输

图5.7（b）很重要，它表示窄脉冲传输经过矩形的信 道时，接收端出现形的波形，每隔一定时间出现零点。 这个波形图重要性在于它表明；如果每隔时间(常称奈 氏时段)发数据脉冲，不管发0码或者1码，只要准确在 按照这种间隔时间依次发脉冲。就不会发生码间干扰 （即符号间干扰），因为这一位码（符号）的接收波 形峰值正是前后码（符号）的零点。 不过，应该注意，如图5.8 所示，这种矩形频谱所产生 的形时间响应，第一个零点以后的尾巴振荡较为剧烈， 振荡幅度较大。这意味着，发送端发出脉冲的间隔时 间必须很准确，接收端取样判决时间必须很准确，低 通滤波特性载止频率必须很稳定，就是说。要求的三 个条件都很严格。稍差一点就可能引起码间干扰。这 也是矩形频谱的缺点。
归零码 移位 寄存器 全宽码 Tb 归零码
定时信号
定时信号 1 0 1 1 0 全宽码
图5.3归零码变换为全宽码的方框和过程
第5章 基带数字信号的传输

如欲调整归零码的每一脉冲宽度，就是说，从 较窄的归零码变换为较宽的归零码，可使用双 稳触发器。窄归零码和定时信号都加到双稳触 发器的两个输入端，定时信号与窄归零码的间 隔预先算好。恰等于较宽的归零码的脉冲宽度， 那么双稳触发器输出就得到需要的宽归零码。 这种变换的方框图和过程如图5.4。
1 2 fc

通信原理——基带数字信号的表示与传输

于是 式中
u (t ) =
n = −∞
∑u
∞
n
(t )
g1 (t − nTs ) − Pg1 (t − nTs ) − (1 − P ) g 2 (t − nTs ) = (1 − P)[ g (t − nT ) − g (t − nT )], 以概率P 1 s 2 s un (t ) = g 2 (t − nTs ) − Pg1 (t − nTs ) − (1 − P) g 2 (t − nTs ) = − P[ g1 (t − nTs ) − g 2 (t − nTs )], 以概率(1 − P) 或写成 u n (t ) = a n [ g1 (t − nTs ) − g 2 (t − nTs )] 其中
2
总的功率谱由v(t)的功率谱和 的功率谱和u(t)的功率谱相加 总的功率谱由 的功率谱和 的功率谱相加
Ps ( f ) = f s P (1 − P ) G1 ( f ) − G2 ( f ) +
2
fs
2
m =−∞
∑
∞
PG1 (mf s ) + (1 − P )G2 (mf s ) ⋅ δ ( f − mf s )
n n =− N n 1 s 2 s
N
N
其傅立叶变换为
U T (ω ) =
n =− N
∑
N
N
∞
an
−∞
[ g1 (t − nTs ) − g 2 (t − nTs )] e− jωt dt ∫
=
n =− N
∑
G1 (ω )e − jω nTs − G2 (ω )e − jω nTs an
v n (t ) = [Pg1 (t − nTs ) + (1 − P ) g 2 (t − nTs )]
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解：由给出的[x(k)]得：x-2=1/8、x-1=1/4、x0=1、x1=1/2、x2=1/4
根据Y=XC及迫零法要求得：
0 1 1/4 1/8c1
1 1/2
1
1/
4c0
0 1/4 1/2 1 c1
2020/5/16
第15讲 基带数字信号的表示和传输之四
11
解上面这个三元联立方程组得：
c1 0.245
为了消除码间串扰，要求H(f)满足奈奎斯特准则。即： 在系统中插入一个均衡器，其传输特性为E(f)。上式变为：
H(f) = GT(f)C(f)GR(f) E(f) 设计E(f)使总传输特性H(f)满足奈奎斯特准则。
2020/5/16
第15讲 基带数字信号的表示和传输之四
5
1.时域均衡的基本原理
h(t)
通信系统原理教程
第15讲 基带数字信号的表示 和传输之四
通信教研室
本讲内容
概述 字符的编码方法 基带数字信号的波形 基带数字信号的传输码型 基带数字信号的频率特性 基带数字信号传输与码间干扰 眼图
时域均衡器
2020/5/16
第15讲 基带数字信号的表示和传输之四
2
5.7眼图
码间串扰所造成的影响和噪声干扰一样，产生误码。为得到传输系统的性能，需借 助实验手段。
iN i
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第15讲 基带数字信号的表示和传输之四
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设横向滤波器输入为x(t)，则输出
y ( t ) x ( t ) e ( t ) x ( t ) i N N C i( t i) T i N N C i x ( t i) T
上式可以简记为：
yk
Cx N
返回
4
时域均衡器
5.8.1 概述 均衡器的用途 － 对传输系统进行校正以减小码间串扰。
均衡器的种类：频域均衡器（模拟）和时域均衡器（数字）
时域均衡器的实现 － 采用横向滤波器
5.8.2 横向滤波器基本原理 基带传输的总传输特性：H(f) = GT(f)C(f)GR(f)
式中， GT(f) － 发送滤波器传输函数； GR(f) － 接收滤波器传输函数； C(f) － 信道传输特性。
前后的抽样值均为零，即：
y(k) 1 0
k0 k1,2N
通过发送训练信号,在接收端均衡器前得到矩阵X的值[x(k)], 再利用C=X-1Y关系,即 可得到C值[c(k)]。
例：设接收到的带码间串扰的信号电压抽样值[x(k)]为1/8、1/4、1、1/2、1/4； 其他x(k)的值为零。试用迫零法求出具有3个抽头的横向滤波器的抽头系数；并对于 k=±2、±3计算输出的y(k)值。
0
0
1/ 4 1
1/ 2
0 1/ 4
1
1/ 4
1
1 / 2
0 1 1 / 2
0 5 / 4 0 1/ 4
可得：y-2=-1/16，y-1=0，y0=5/4，y1=0，y2=-1/4，
可见，邻近抽样点的码间串扰已校正为零，但y-2 和y2不为零。
一般地，当N足够大时，可使yk的绝对值足够地小。 有限项的横向滤波器还不能完全消除码间串扰。
j iT
iN i
T
Ci 21T
T E()ejiTd
T
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第15讲 基带数字信号的表示和传输之四
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3.预置式自动均衡与迫零调整法
传输数据前先发送一系列单个测试脉冲（训练信号），调整并确定横向滤波器的系 数，然后传输数据。
在迫零调整法中，使用2N+1行的X和Y，并令输出中除所需码元的抽样值外，其他
h’(t)
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第15讲 基带数字信号的表示和传输之四
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2.横向滤波器
xn
xn-1
xn-2
T
T
T
xn-3
C-N
C-N+1
C-N+2
C-N+3
T
T
CN-1
CN
时域均衡通常利用横向滤波器来实现
yn
横向滤波器冲激响应：
e(t) iN NCi (ti T )
频率特性：
E( )
Ce N
j iT
在无噪声情况下，“眼睛”张开的程度，即在抽样时刻的上下两阴影区间 的距离之半，为噪声容限；若在抽样时刻的噪声值超过这个容限，就可能 发生错误判决。
抽样时刻畸变
噪声 容限
斜率：反映对定时
误 差的对 敏 感 程 度
过零点畸变
门限电平
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可用的抽样时间
最佳抽样时刻 第15讲 基带数字信号的表示和传输之四
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第15讲 基带数字信号的表示和传输之四
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例：设横向滤波器均衡系统抽头的系数为：
C-1=-1/4，C0＝1，C1＝1/2， Y XC
均衡前系统冲激响应：
x-1=1/4，x0=1，x1=-1/2, 利用前面给出的式：
yk
Cx N
iN i ki
1/4
1
1/ 2
0
0
1 / 16
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第15讲 基带数字信号的表示和传输之四
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眼图模型
“眼睛”张开最大的时刻是最佳抽样时刻； 中间水平横线表示最佳判决门限电平； 阴影区的垂直高度表示接收信号振幅失真范围；
“眼睛”斜边的斜率表示抽样时刻对定时误差的灵敏度；斜率越陡对定时 误差的灵敏度越高，即要求抽样时刻越准确。
iN i ki
用矩阵表示： Y=XC
cN
C
c0
c N
xN
0
0 0
0
x
N
1
xN
0
0
0
X
xN
xN 1 xN 2
x N 1
xNBiblioteka 000 xN xN 1
0
0
0 0 xN
Y是4N+1矩阵,X是2N+1矩阵,X是4N+1乘2N+1矩阵。 若X是方阵，则:C=X-1Y
c0
1.265
2020/5/16
第15讲 基带数字信号的表示和传输之四
9
设系统是一个非时变的系统，按奈奎斯特第一准则的无码间串扰的条件， 要求:
Y e(q
)
Y i
2i T , T
T
Y e(q) E ()
X ( 2i) T , T i
T
E() X(T2i),
i
T
E( )
Ce N
眼图 －用示波器实际观察接收信号质量的方法，可直观地观测分析码间串扰和 噪声干扰对系统的影响（在Y轴上加接收的码元信号，X轴上加传输速率等于码 元信号的锯齿波）。示波器上显示的是许多接收信号码元叠加在一起的波形。
对于二进制双极性信号：
在理想情况下，显示有如一只睁开的眼睛。
在有干扰情况下， “眼睛”张开的程度代表干扰的强弱。眼的张开度越大， 轨迹越清晰，信道性能越好。