《通信原理》第二十一讲 第5章数字基带传输系统 §5.1数字基带传输概述 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,电传机输出的 代码,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,如各种无线信道和光信道,数字基带信号必须 经过载波调制,把频谱搬移到高载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。 基带传输系统的基本结构如图5-1所示。它主要由信道信号形成器、信道 接收滤滤器和抽样判决器组成。为了保证系统可靠有序地工作,还应有同步系统。 数字 信道信号 接收 抽样 基带信号 形成器 滤波器 判决器 图5-1数字基带传输系统 信道信号形成器把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号,这种 变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的。 信道是允许基带信号通过的媒质,通常为有线信道,信道的传输特性通常 不满足无失真传输条件,甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。 接收滤波器滤除带外噪声,对信道特性均衡,使输出的基带波形有利于抽 样判决。 抽样判决器在传输特性不理想及噪声背景下,在规定时刻(由位定时脉冲
《通信原理》 第二十一讲 第5章 数字基带传输系统 §5.1 数字基带传输概述 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，电传机输出的 代码，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，如各种无线信道和光信道，数字基带信号必须 经过载波调制，把频谱搬移到高载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。 基带传输系统的基本结构如图 5-1 所示。它主要由信道信号形成器、信道、 接收滤滤器和抽样判决器组成。为了保证系统可靠有序地工作，还应有同步系统。 图 5-1 数字基带传输系统 信道信号形成器 把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种 变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的。 信道 是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，信道的传输特性通常 不满足无失真传输条件，甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。 接收滤波器 滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽 样判决。 抽样判决器 在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲
控制)对接收滤波器的输出波形进行抽样判决,以恢复或再生基带信号。而用来 抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信号中提取。 图5-2给出了图5-1所示基带系统的各点波形示意图。其中(a)是输入的基 带信号,(b)是进行码型变换后的波形,(c)对(a)而言进行了码型及波形的变换 是一种适合在信道中传输的波形,(d)是信道输出信号,显然由于信道频率特性 不理想,波形发生失真并叠加了噪声,(e)为接收滤波器输出波形,与(d)相比 失真和噪声减弱,(f)是位定时同步脉冲。(g)为恢复的信息,其中第4个码元发 生误码。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,使码元之间相互串扰。显然,接收端能否正确恢复信 息,在于能否有效地抑制噪声和减小码间串扰,这两点也正是本章讨论的重点。 (c) O tL nt。r 图5-2基带系统各点波形示意图
控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。而用来 抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信号中提取。 图 5-2 给出了图 5-1 所示基带系统的各点波形示意图 。其中(a)是输入的基 带信号， (b)是进行码型变换后的波形，(c)对(a)而言进行了码型及波形的变换， 是一种适合在信道中传输的波形，(d)是信道输出信号，显然由于信道频率特性 不理想，波形发生失真并叠加了噪声，(e)为接收滤波器输出波形,与(d)相比， 失真和噪声减弱，(f)是位定时同步脉冲。(g)为恢复的信息，其中第 4 个码元发 生误码。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，使码元之间相互串扰。显然，接收端能否正确恢复信 息，在于能否有效地抑制噪声和减小码间串扰，这两点也正是本章讨论的重点。 图 5-2 基带系统各点波形示意图
§5.2数字基带信号及其频谱特性 数字基带信号 数字基带信号是指消息代码的电波形,它是用不同的电平或脉冲来表示相应 的消息代码。下面就以矩形脉冲为例介绍几种最常见的基带信号波形 00 +3E 00 0100 nL“ 图5-3几种常见的基带信号波形 图5-3几种常见的基带信号波形 a)单极性不归零波形 这种信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码0和1,其特点是极 性单一,有直流分量,脉冲之间无间隔。另外位同步信息包含在电平的转换之中, 当出现连0序列时没有位同步信息。 b)双极性不归零波形 脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码1、0,当0、1符号等可能出现时 无直流分量。这样,恢复信号的判决电平为零值,因而不受信道特性变化的影响, 抗干扰能力也较强。 c)单极性归零波形 有电脉冲宽度小于码元宽度,每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电 平所以称为归零波形。单极性归零波形可以直接提取定时信息,。 d)双极性归零波形 每个码元内的脉冲都回到零点平,即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。 有利于同步脉冲的提取
§5．2 数字基带信号及其频谱特性 一、 数字基带信号 数字基带信号是指消息代码的电波形，它是用不同的电平或脉冲来表示相应 的消息代码。下面就以矩形脉冲为例介绍几种最常见的基带信号波形。 图 5-3 几种常见的基带信号波形 a) 单极性不归零波形 这种信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码 0 和 1，其特点是极 性单一，有直流分量，脉冲之间无间隔。另外位同步信息包含在电平的转换之中， 当出现连 0 序列时没有位同步信息。 b) 双极性不归零波形 脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码 1、0，当 0、1 符号等可能出现时 无直流分量。这样，恢复信号的判决电平为零值，因而不受信道特性变化的影响， 抗干扰能力也较强。 c) 单极性归零波形 有电脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电 平所以称为归零波形。单极性归零波形可以直接提取定时信息，。 d) 双极性归零波形 每个码元内的脉冲都回到零点平，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。 有利于同步脉冲的提取
e)差分波形 这种波形不是用码元本身的电平表示消息代码,而是用相邻码元的电平的跳 变和不变来表示消息代码,图中,以电平跳变表示1,以电平不变表示0,当然 上述规定也可以反过来。由于差分波形是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代 码,因此称它为相对码波形,而相应地称前面的单极性或双极性波形为绝对码波 形 f)多电平波形 上述各种信号都是一个二进制符号对应一个脉冲。实际上还存在多于一个 进制符号对应一个脉冲的情形。这种波形统称为多电平波形或多值波形。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电平波形,在高数据速率传输系统中,采用这种信号形式是适宜的 若数字基带信号中各码元波形相同而取值不同,则可用 s()=∑a1g(-nT) 表示。式中,a是第n个信息符号所对应的电平值(0、1或-1、1等),由信码 和编码规律决定;T,为码元间隔;g(t)为某种标准脉冲波形,对于二进制代码序 列,若令g;1(t)代表“0”,g2(t)代表“1”,则 a,g(t-nT) ∫81(-mT)表示符号“0 g2(-m7)表示符号“” an是一个随机量。 数字基带信号可用随机序列 ()=∑s( 表示
e) 差分波形 这种波形不是用码元本身的电平表示消息代码，而是用相邻码元的电平的跳 变和不变来表示消息代码，图中，以电平跳变表示 1，以电平不变表示 0，当然 上述规定也可以反过来。由于差分波形是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代 码，因此称它为相对码波形，而相应地称前面的单极性或双极性波形为绝对码波 形。 f) 多电平波形 上述各种信号都是一个二进制符号对应一个脉冲。实际上还存在多于一个二 进制符号对应一个脉冲的情形。这种波形统称为多电平波形或多值波形。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 电平波形，在高数据速率传输系统中，采用这种信号形式是适宜的。 若数字基带信号中各码元波形相同而取值不同，则可用 ∑ ∞ =−∞ = − n n nTs s(t) a g(t ) (5.2-1) 表示。式中，an 是第 n 个信息符号所对应的电平值（0、1 或-1、1 等），由信码 和编码规律决定；Ts 为码元间隔；g(t)为某种标准脉冲波形，对于二进制代码序 列，若令 g1 (t)代表“0”，g 2 (t)代表“1”，则 ⎩ ⎨ ⎧ − − − = 表示符号“” 表示符号“ ” ( ) 1 ( ) 0 ( ) 2 1 s s n s g t nT g t nT a g t nT an 是一个随机量。 数字基带信号可用随机序列 ∑ ∞ =−∞ = n n s(t) s (t) (5.2-2) 表示
