數(shù)據(jù)通信-數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸5

計(jì)算機(jī)學(xué)院1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第5章數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸（1）數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)學(xué)院2第4章復(fù)習(xí)1、采樣

定義、物理過(guò)程、采樣信號(hào)的數(shù)學(xué)表示2、采樣的分類(lèi)理想采樣、自然采樣和平定采樣3、采樣定理

4、量化的定義數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)學(xué)院3第4章復(fù)習(xí)5、量化過(guò)程

確定量化范圍，確定量化級(jí)數(shù)，確定量化電平、確定量化間隔6、量化誤差理想采樣、自然采樣和平定采樣7、量化的分類(lèi)

均勻量化和非均勻量化

8、非均勻量化

壓縮、擴(kuò)展數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)學(xué)院4第4章復(fù)習(xí)9、A律壓縮和律壓縮特性

10、A律13折線(xiàn)壓縮特性11、PCM通信系統(tǒng)

12、二進(jìn)制PCM編碼

自然碼、格雷碼、折疊碼13、線(xiàn)性編碼器：級(jí)聯(lián)逐次比較型編碼器原理14、非線(xiàn)性編碼器：逐次反饋型編碼原理15、增量調(diào)制的概念16、增量調(diào)制的調(diào)制和解調(diào)原理17、增量調(diào)制的噪聲數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)學(xué)院5第4章復(fù)習(xí)18、自適應(yīng)的增量調(diào)制19、增量調(diào)制和PCM的性能比較20、差分脈沖編碼系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)6第10次課要求數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)內(nèi)容：5.1數(shù)字基帶信號(hào)4.6常用基帶信號(hào)傳輸碼型掌握：1、數(shù)字基帶信號(hào)的波形2、常用基帶信號(hào)傳輸碼型理解：1、常用基帶信號(hào)傳輸碼型。

計(jì)算機(jī)學(xué)院75.1數(shù)字基帶信號(hào)原始模擬信號(hào)通過(guò)采樣、量化和編碼等A/D轉(zhuǎn)換，得到的數(shù)字信號(hào)有較低頻率范圍，而且可以經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換直接還原為聲音和圖像，這種信號(hào)稱(chēng)為數(shù)字基帶信號(hào)。數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸主要研究二進(jìn)制0、1數(shù)字序列用什么樣的波形表示才更容易通過(guò)基帶信道。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的處理有兩種變換：消息和數(shù)字脈沖之間的變換；數(shù)字脈沖信號(hào)和已調(diào)信號(hào)之間的變換。數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)消息和數(shù)字脈沖信號(hào)之間的變換：

終端機(jī)把消息變換成二進(jìn)制的脈沖序列即基帶信號(hào)，這種數(shù)字基帶信號(hào)一般占帶較寬，從0頻或者低頻開(kāi)始，直到某一頻率fm，這個(gè)過(guò)程叫基帶變換。5.1數(shù)字基帶信號(hào)5.1.1數(shù)字基帶信號(hào)的波形

數(shù)字基帶信號(hào)是指消息代碼的電波形，它是用不同的電平或脈沖來(lái)表示相應(yīng)的消息代碼。數(shù)字基帶信號(hào)的類(lèi)型有很多，常見(jiàn)的有矩形脈沖、三角波、高斯脈沖和升余弦脈沖等。最常用的是矩形脈沖，因?yàn)榫匦蚊}沖易于形成和變換。5.1數(shù)字基帶信號(hào)單極性不歸零波形（NRZ）

單極性不歸零波形脈沖的零電平和正電平分別對(duì)應(yīng)著二進(jìn)制代碼0和1.特點(diǎn)極性單一，容易產(chǎn)生；有直流分量，要求信道具有直流傳輸能力。5.1數(shù)字基帶信號(hào)

2.單極性歸零波形（RZ）

單極性歸零波形電脈沖寬度小于碼元寬度，每個(gè)有電脈沖在小于碼元長(zhǎng)度內(nèi)總要回到零電平。+E00101011是脈沖窄，有利于減小碼間干擾。特點(diǎn)5.1數(shù)字基帶信號(hào)3.雙極性不歸零波形

雙極性不歸零波形的正、負(fù)電平分別對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制代碼1、0。當(dāng)0、1符號(hào)等可能出現(xiàn)時(shí)無(wú)直流分量，有利于在信道中傳輸；不受信道特性變化的影響，抗干擾能力也較強(qiáng)。特點(diǎn)5.1數(shù)字基帶信號(hào)

4.雙極性歸零波形

它是雙極性波形的歸零形式。每個(gè)碼元內(nèi)的脈沖都回到零點(diǎn)平。接收端容易識(shí)別出每個(gè)碼元的起止時(shí)刻，有利于同步脈沖的提取。特點(diǎn)有三種電平，稱(chēng)偽三元碼有三種電平，稱(chēng)偽三元碼有三種電平，稱(chēng)偽三元碼有三種電平，稱(chēng)偽三元碼5.1數(shù)字基帶信號(hào)

特點(diǎn)：利用前后碼元電平相對(duì)極性變化來(lái)傳送信息,是一種相對(duì)碼；差分波形

參考電平為“1”編碼規(guī)則：“1”變“0”不變或“0”變“1”不變000100001100000101t碼元極性相反時(shí)亦可正確輸出。優(yōu)點(diǎn):用電平的跳變或不變來(lái)表示“1”和“0”，也稱(chēng)為相對(duì)碼?？梢越鉀Q起始相位的不確定問(wèn)題。5.1數(shù)字基帶信號(hào)6.多電平波形

多電平波形是指多于一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖的情形。若令兩個(gè)二進(jìn)制符號(hào)00對(duì)應(yīng)+3E，01對(duì)應(yīng)+E，10對(duì)應(yīng)-E，11對(duì)應(yīng)+3E，則所得波形為4電平波形：5.1數(shù)字基帶信號(hào)5.1.2數(shù)字基帶信號(hào)的編碼原則

1、有利于提高系統(tǒng)的頻帶利用率2、基帶數(shù)字信號(hào)應(yīng)該具有盡量少的直流、甚低頻和高頻分量3、基帶信號(hào)中應(yīng)該具有足夠大的供提取碼元同步信號(hào)用的信號(hào)分量4、基帶傳輸?shù)拇a型應(yīng)基本上不受信號(hào)源統(tǒng)計(jì)特性的影響5、基帶傳輸碼型最好對(duì)噪聲和碼間串?dāng)_具有較強(qiáng)的抵抗力和自檢能力6、盡量降低譯碼過(guò)程引起的誤碼擴(kuò)散，提高傳輸性能5.1數(shù)字基帶信號(hào)若一個(gè)變換器把數(shù)字基帶信號(hào)變換成適合于基帶信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào)，則稱(chēng)此變換器為數(shù)字基帶調(diào)制器；相反，把信道基帶信號(hào)變換成原始數(shù)字基帶信號(hào)的變換器，稱(chēng)之為基帶解調(diào)器。以上兩者，合稱(chēng)為“基帶調(diào)解器”。5.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

傳輸碼的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有下列主要特性：

1)

能從其相應(yīng)的基帶信號(hào)中獲取定時(shí)信息；

2)

相應(yīng)的基帶信號(hào)無(wú)直流成分和只有很小的低頻成分；

3)

不受源統(tǒng)計(jì)特性的影響，即能適應(yīng)于信源的變化；

4)

盡可能地提高傳輸碼型的傳輸效率；

5)

具有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力。滿(mǎn)足或部分滿(mǎn)足以上特性的傳輸碼型種類(lèi)很多5.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

1.極性交替反轉(zhuǎn)碼（AMI碼）

AMI碼的全稱(chēng)是信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼，按如下規(guī)則進(jìn)行編碼：代碼“0”仍為0；代碼“1”交替變換為+1、-1、+1、-1、┅。例如：

消息代碼100011101AMI碼+1000-1+1-10+15.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

AMI碼的優(yōu)點(diǎn)：是不含直流成分，低頻分量小，編譯碼電路簡(jiǎn)單。不足：當(dāng)原信碼出現(xiàn)連“0”串時(shí)，信號(hào)的電平長(zhǎng)時(shí)間不跳變，造成提取定時(shí)信號(hào)的困難。10110000111000010-110000-11-100005.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

2、三階高密度雙極性碼（HDB3瑪）HDB3碼中的連“0”數(shù)被限制為小于或等于3個(gè)。10110000000111000000編碼原則：1、沒(méi)有4個(gè)以上連0串時(shí)，則為AMI碼；2、有4個(gè)或以上連0串時(shí)，將每4個(gè)0劃為一小節(jié)，定義為“B00V”或“000V”；3、“V”與前一非0符號(hào)的極性相同，并且相鄰V的極性交替變化；4、通過(guò)設(shè)置B為0或1，使得任意兩個(gè)V之間的1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)；10110000000111000000+1-10+1000+V000-1+1-B00-V00+15.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

HDB3編碼舉例：(a)輸入二進(jìn)制碼元序列01000011000001010(e)HDB3碼0+1000+1-1+1-100-10+10-10(d)引入補(bǔ)碼B0+1000V–1+1-B00-V0+10-100+1000V-1+1000-V0-10+10(1表示正脈沖，-1表示負(fù)脈沖）(b)AMI碼0+10000–1+100000-10+10注意：任意兩個(gè)相鄰的V脈沖之間信息碼和B脈沖的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)。(c)信碼和加上的破壞脈沖V極性關(guān)系不能滿(mǎn)足，需引入B信息碼極性從B開(kāi)始繼續(xù)交替

01000011000001010t01.無(wú)直流且低頻少,頻帶窄；2.可提出位同步信息；特點(diǎn):

HDB3碼0+1000+1-1+1-100-10+10-10（1）-11-11-11-11-11-11-11-11（2）-B00-vB00v-B00-vB00v特例：全“1”和全“0”的HDB3碼：

任意兩個(gè)相鄰的V脈沖之間信息碼和B脈沖的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)。

一個(gè)簡(jiǎn)單的方法：任意兩個(gè)相鄰的V脈沖之間的信息碼個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，加入一個(gè)B脈沖，為奇數(shù)則不加。HDB3碼的譯碼方法：

由相鄰極性相同碼找出V碼，根據(jù)向前數(shù)第三個(gè)是否為零找出B碼，去掉V、B后其余都是信碼。

HDB3碼0+1000+1-1+1-100-10+10-10

AMI碼

0+10000–1+100000-10+10VBV

HDB3碼0+1000+1-1+1-100-10+10-10HDB3是CCITT建議歐洲系列一、二、三次群的接口碼型。

解:(1)編碼過(guò)程:原碼：

100001000000000110100000001標(biāo)記V和B：

B000VB000V000V0BB0B000V000B加入B′：B000VB000VB′00V0BB0B000V000B極性交替:B000V-B000-VB′00V0-BB0-B000-V000BHDB3碼:

10001-1000-110010-110-1000-10001(2)解碼過(guò)程HDB3碼:10001-1000-1

10010-110-1000-10001課堂練習(xí)：將原碼“100001000000000110100000001”編成HDB3碼#原碼:1000010000

000001101000000013、裂相碼（曼徹斯特碼）曼徹斯特碼編碼原理是：“0”碼用“01”兩位碼表示，“1”碼用“10”兩位碼表示。消息碼：１１００１０１曼徹斯特碼：１０１００１０１１００１１０曼徹斯特碼每一個(gè)碼元的正中間都出現(xiàn)一次電平的轉(zhuǎn)換，使它可以實(shí)現(xiàn)自同步。5.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

3、裂相碼（差分曼徹斯特碼）曼徹斯特碼編碼原理是：比特中間位置上的電平的跳變作為同步信息，以比特開(kāi)始時(shí)刻是否出現(xiàn)電平跳變作為數(shù)據(jù)信息，比特開(kāi)始出現(xiàn)跳變，則該比特為0，否則為1.消息碼：１１００１０１差分曼徹斯特碼：１０01０１０１１０10

01

5.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

4、Miller（密勒）碼編碼規(guī)則如下：1碼用10或01表示0碼分兩種情況處理：對(duì)于單個(gè)0時(shí)，在碼元持續(xù)間內(nèi)不出現(xiàn)電平躍變，且與相鄰碼元的邊界處也不躍變；對(duì)于連0時(shí)，在兩個(gè)0碼的邊界處出現(xiàn)電平躍變，即00與11交替。11101001０１1００1１１1０0０１１1０5.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

5、信號(hào)反轉(zhuǎn)碼（CMI碼）CMI碼是信號(hào)反轉(zhuǎn)碼的簡(jiǎn)稱(chēng)

其編碼規(guī)則為：1碼交替用11和00表示(信號(hào)帶寬不變)；0碼用固定用01表示。這種碼型有較多的電平躍變，因此含有豐富的定時(shí)信息，已被CITT推薦為PCM四次群的接口碼型。在光纜傳輸系統(tǒng)中有時(shí)也用作線(xiàn)路傳輸碼型。11101001１１００１1０１００0１０１1１5.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

5、信號(hào)反轉(zhuǎn)碼（CMI碼）

特點(diǎn)：不存在直流分量具有頻繁出現(xiàn)的電平跳變，有利于接收端取位定時(shí)。具有內(nèi)檢錯(cuò)能力，正常情況下，無(wú)“10”碼，也無(wú)“00”或“11”連續(xù)出現(xiàn)。5.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

6、塊編碼

為了提高線(xiàn)路編碼性能，需要某種冗余來(lái)確保碼型的同步和檢錯(cuò)能力，引入塊編碼可以在某種程度達(dá)到上述目的。

nBmB碼是一類(lèi)塊編碼，其原理是把輸入碼流中每n比特碼分為一組，然后變換為m比特分為一組，且m＞n，即變換后碼組的比特?cái)?shù)比變換前大。在nBmB類(lèi)碼型中，最常用的是5B6B碼。5.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

前面介紹的雙相碼、CMI碼、DMI碼等屬于1B2B碼。1B2B碼還可以有其他變換規(guī)則，但功率譜有所不同。用2個(gè)比特代表1個(gè)二元碼，線(xiàn)路傳輸速率增高一倍，所需信道帶寬也要增大，但卻換來(lái)了便于提取定時(shí),低頻分量小,迅速同步等優(yōu)點(diǎn)?？砂?B2B碼推廣到一般的mBnB碼，即m個(gè)二元碼按一定規(guī)則變換為n個(gè)二元碼，m＜n。

在光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，通常選擇n＝m+1，有1B2B碼、2B3B、3B4B碼以及5B6B碼等，其中，5B6B碼型已實(shí)用化，用作三次群和四次群以上的線(xiàn)路傳輸碼型。5.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

以3B4B碼為例，輸入的原始碼流3B碼，共有(23)8個(gè)碼字，變換為4B碼時(shí)，共有(24)16個(gè)碼字，見(jiàn)表：5.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

為保證信息的完整傳輸，必須從4B碼的16個(gè)碼字中挑選8個(gè)碼字來(lái)代替3B碼。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)最佳線(xiàn)路碼特性的原則來(lái)選擇碼表。例如：在3B碼中有2個(gè)“0”，變?yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)“１”；在3B碼中有2個(gè)“1”，變?yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)“0”。而000用0001和1110交替使用；111用0111和1000交替使用。同時(shí)，規(guī)定一些禁止使用的碼字，稱(chēng)為禁字，例如0000和1111。3B4B碼5.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

作為普遍規(guī)則，引入“碼字?jǐn)?shù)字和”(WDS)來(lái)描述碼字的均勻性，并以WDS的最佳選擇來(lái)保證線(xiàn)路碼的傳輸特性。所謂“碼字?jǐn)?shù)字和”，是在nB碼的碼字中，用“-1”代表“0”碼，用“+1”代表“１”碼，整個(gè)碼字的代數(shù)和即為WDS。如果整個(gè)碼字“１”碼的數(shù)目多于“0”碼，則WDS為正；如果“0”碼的數(shù)目多于“1”碼，則WDS為負(fù)；如果“0”碼和“1”碼的數(shù)目相等，則WDS為0。3B4B碼例如：對(duì)于0111，WDS=+2；對(duì)于0001，WDS=-2；對(duì)于0011，WDS=0。5.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

nB碼的選擇原則是：盡可能選擇|WDS|最小的碼字，禁止使用|WDS|最大的碼字。以3B4B為例，應(yīng)選擇WDS=0和WDS=±2的碼字，禁止使用WDS=±4的碼字。5.2常用基帶信號(hào)傳輸碼型

表4.3一種3B4B碼表

我國(guó)3次群和4次群光纖通信系統(tǒng)最常用的線(xiàn)路碼型是5B6B碼，編碼規(guī)則如下：

5B碼共有(25)32個(gè)碼字，變換6B碼時(shí)共有(26)64個(gè)碼字，其中WDS=0有20個(gè)，WDS=+2有15個(gè)，WDS=-2有15個(gè)，共有50個(gè)|WDS|最小的碼字可供選擇。由于變換為6B碼時(shí)只需32個(gè)碼字，為減少連“１”和連“0”的數(shù)目，刪去：000011、110000、001111和111100。當(dāng)然禁用WDS=±4和±6的碼字。根據(jù)這個(gè)規(guī)則編制的一種5B6B碼表，正組和負(fù)組交替使用。正組選用20個(gè)WDS=0和12個(gè)WDS=+2，負(fù)組選用20個(gè)WDS=0和12個(gè)WDS=-2。