第五章：模拟调制系统
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 引言 数字基带信号的码型和波形 数字基带信号的功率谱密度 数字基带信号的传输与码间串扰 码间串扰基带传输系统的抗噪声性能分析 最佳基带传输系统 眼图 改善数字基带系统性能的措施
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（2）当连“0”个数超过3时，出现4个或4个以上连“0 串时，”则将每4个连“0”小段的第4个“0”变换为非“0”脉 冲，用符号V表示，称之为破坏脉冲。而原来的二进制码 元序列中所有 的 “1”码 称为信码，用符号B表示。当信码 序列中加入破坏脉冲以后，信码B与破坏脉冲 V 的正负极 性必须满足如下两个条件： ① B 码和 V 码各自都应始终保持极性交替变化的规 律，以确保编好的码中没有直流成分； ② V 码必须与前一个非零符号码（信码B）同极性， 以便和正常的 AMI 码区分开来。如果这个条件得不到满 足，那么应该将四连“0”码的第一个“0”码变换成与V 码同 极性的补信码，用符号 B'表示，并做调整，使 B 码和 B' 码合起来保持条件①中信码（含B 及 B'）极性交替变换的 规律。
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图5-2 数字基带传输系统各点波形 《通信原理课件》
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1 单极性不归零（NRZ）码 设消息代码由二进制符号“0”、“1”组成，则单极性不 归零码如图5-3（a）所示。这里，基带信号的零电位及正 电位分别与二进制符号的“0”及“1”一一对应。可见，它 是一种最简单的常用码型。 2、双极性不归零（NRZ）码 图5-3（b）所示的代码是双极性不归零（NRZ）码，其 特点是数字消息用两个极性相反而幅度相等的脉冲表示。 其与单极性码比较有以下优点： （1）从平均统计角度来看，消息“1”和“0”的数目各占 一半，所以无直流分量。 （2）接收双极性码时判决门限电平为零，稳定不变，因 而不受信道特性变化的影响，抗噪声性能好。
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5.4 数字基带信号的传输与码间串扰
5.1节定性介绍了基带传输系统的工作原理，初步了解 码间串扰和噪声是引起误码的因素。本节我们进一步分析 数字基带信号通过基带传输系统时的传输性能。
5.4.1 码间串扰
数字基带信号通过基带传输系统时，由于系统（主要是信道） 传输特性不理想，或者由于信道中加性噪声的影响，使收端 脉冲展宽，延伸到邻近码元中去，从而造成对邻近码元的干 扰，我们将这种现象称为码间串扰。如图5-9所示。
（3）可以在电缆等无接地的传输线上传输。
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3、单极性归零（RZ）码 单极性归零码是在传送“1”码时发送一个宽度小于码元 持续时间的归零脉冲，而在传送“0”码时不发送脉冲，如 图5-3（c）所示。设码元间隔为Ts，归零码宽度为 ，则/ Ts 称 为占空比。 4、双极性归零（RZ）码 双极性归零码的构成与单极性归零码一样，如图5-3（d） 所示。这种码型除了具有双极性不归零码的一般特点以外， 还可以通过简单的变换电路变换为单极性归零码，从而可 以提取同步信号。因此双极性归零码得到广泛的应用。 5、差分码 这种码型的特点是把二进制脉冲序列中的“1”或“0”反
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3、PST码 PST码的全称是成对选择三进码。其编码规则是：先将 二进制码元划分为2个码元为一组的码组序列，然后再把每 一组编码成两个三进制码（+-0）。因为三进制数字共有9 种状态，故可以灵活地选择其中的四种状态，表5.2-1列出 了其中最为广泛适用的一种格式。为防止PST码的直流漂 移，当在一个码组中仅发送单个脉冲时，两个模式应交替 使用。 4、双相码 双相码又称Manchester码，即曼彻斯特码。它的特点是 每个码元用两个连续极性相反的脉冲来表示。
映在相邻信号码元相对极性变化上，是一种相对码。
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6、多值波形（多电平波形） 前述各种信号都是一个二进制符号对应一个脉冲。实际 上还存在多个二进制符号对应一个脉冲的情形。这种波形 统称为多值波形或多电平波形。例如若令两个二进制符号 00对应+3E，01对应+E，10对应-E，11对应-3E，则所得波 形为4值波形，如图5-3（f）所示。由于这种波形的一个脉 冲可以代表多个二进制符号，故在高速数据传输中，常采 用这种信号形式。
上述的“圆滑”，通常被称为“滚降”。
定义滚降系数为

B2 BN
（5.4-19）
其中BN是无滚降时的截止频率， B2为滚降部分的截止频 率。显然， 0≤α≤1
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图5-14 滚降特性的构成
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图5-15 余弦滚降系统
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余弦滚降特性的实现比理想低通容易得多，因此广泛应 用于频带利用率不高，但允许定时系统和传输特性有较大 偏差的场合。
[例5.4.1] 设某数字基带传输系统的传输特性H(ω)如图 5-16所示。其中α为某个常数（0≤α≤1）。 （1）试检验该系统能否实现无码间串扰传输？ （2）试求该系统的最大码元传输速率为多少？这时的 系统频带利用率为多大？
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图5-9 基带传输中的码间串扰 《通信原理课件》
5.4.2 码间串扰的数学分析
数字基带信号的传输模型如图5-10所示。
图5-10 基带传输系统模型 《通信原理课件》
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图5-11 消除码间串扰的原理
消息代码 1 0 0 0 1 1 1 0 1
AMI码
+1
0
0
0
-1
+1
-1
0
+1
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AMI码的优点是：不含直流成分，低频分量小； 编译码电路简单，便于利用传号极性交替规律观察误码情 况。鉴于这些优点，AMI码是ITU建议采用的传输码型之一。 AMI码的不足是，当原信码出现连“0”串时，信号的电平长 时间不跳变，造成提取定时信号的困难。解决连“0”码问题 的有效方法之一是采用HDB3码。 2、HDB3码 HDB3 码的全称是3阶高密度双极性码，它是AMI码的一 种改进型，其目的是为了保持AMI码的优点而克服其缺点， 使连“0”个数不超过3个。其编码规则如下： （1）当信码的连“0”个数不超过3时，仍按AMI码的规 则编码，即传号极性交替；
图 5-1数字基带传输系统
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抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号y(t)在规定的时 刻进行抽样，获得抽样值序列y(kTS) ，然后对抽样值进行 判决，以确定各码元是“1”码还是“0” 码。抽样值序列 y(kTS)见图5-2（g）所示。 码元再生电路的作用是对判决器的输出“0”、“1”进行原 始码元再生，以获得图5-2（h）所示与输入波形相应的脉 ' 冲序列{d k } 。 同步提取电路的任务是从接收信号中提取定时脉冲cp， 供接收系统同步使用。 ' 对比图5-2（a）、（h）中的 {d k } 与{dk} 可以看出，传输 过程中第4个码元发生了误码。产生该误码的原因之一是信 道加性噪声，之二是传输总特性（包括收、发滤波器和信 道的特性）不理想引起的波形畸变，使码元之间相互串扰， 从而产生码间干扰。
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5、密勒（Miller）码 密勒码又称延迟调制码，它是双相码的一种变形。编码 规则如下：“1”码用“10”或“01”表示。“0”码分两种情 形处理：对于单个“0”时，用“11”或“00”表示。要求在 码元持续时间内不出现跃变，且与相邻码元的边界处也不 跃变；对于连“0”时，用“00”与“11”交替。要求在两个 “0”码的边界处出现跃变。 6、CMI码 CMI 码是传号反转码的简称，其编码规则为： “1”码 交替用“00”和“11”表示；“0”码用“01 ” 表示。CMI 码 的优点是没有直流分量，且有频繁出现波形跳变，便于定 时信息提取，具有误码监测能力。
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图5-16
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图5-17 抗噪声性能分析模型
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设判决电路的判决门限为Vd，判决规则为
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图5-4 基带随机脉冲序列及其分解波形 《通信原理课件》
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图5-5 单极性不归零信号图5-6 单极性不归零信号的功率谱
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图5-7 单极性归零信号
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图5-8 单极性归零信号的功率谱
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综上所述，通过对数字基带信号的二进制随机脉冲序列 功率谱的分析，我们一方面可以根据它的连续谱来确定序 列的带宽，从上述举例可以看出，当数字基带信号用矩形 脉冲表示时，其带宽为连续谱的第一零点带宽；另一方面 利用它的离散谱是否存在这一特点，可以明确能否从脉冲 序列中直接提取定时分量和采取怎样的方法可以从基带脉 冲序列中获得所需的离散分量。这一点，在本书第十章研 究位同步、载波同步等问题时将是十分重要的。 需要指出的是，以上的分析方法，由于g1(t)和g2(t)的波 形没有加以限制，故即使它们不是基带信号波形，而是数 字调制波形，也将是适用的。
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5.2.2 基带波形的形成
在选择了合适的码型之后，尚需考虑用什么形状的波 形来表示所选择的码型。上面介绍的各种常用码型都是以 矩形脉冲为基础的，我们知道矩形脉冲由于上升和下降是 突变的，其低频分量和高频成分比较丰富，占用频带也比 较宽。如果信道带宽有限，采用以矩形脉冲为基础的码型 进行传输就不合适，而需要采用更适合于信道传输的波形， 譬如采用变化比较平滑的以升余弦脉冲为基础的脉冲波形。 这样就有一个如何由矩形脉冲形成所需要的传输波形的问 题。本章后面几节将介绍的奈奎斯特准则的思想是将发送 滤波器、信道、接收滤波器三者集中为一总的基带传输系 统，进而对其基带传输系统的特性和接收响应的波形提出 严格的要求，目的是消除在抽样判决时出现的码间干扰。