第五章数字基带传输系统 5.1 引言 数字通信系统较模拟通信系统有很多优越性,所以 得到飞速发展。数字通信系统有两种传输方式:基带传 输和频带传输(调制传输)。目前,虽然在实际的数字 通信系统中基带传输不如频带传输那样广泛,但对基带 传输的研究仍然具有十分重要的意义:(1)在频带传 输系统中仍然存在基带传输的问题,基带传输的许多问 题也是频带传输需要考虑的问题;(2)数字基带传输 系统也在随着数字通信技术的发展而迅速发展;(3) 理论上,任何一个采用线性调制的频带传输系统,总是 可以由一个等效的基带传输系统所替代
第五章 数字基带传输系统 5.1 引 言 数字通信系统较模拟通信系统有很多优越性，所以 得到飞速发展。数字通信系统有两种传输方式：基带传 输和频带传输（调制传输）。目前，虽然在实际的数字 通信系统中基带传输不如频带传输那样广泛，但对基带 传输的研究仍然具有十分重要的意义：（1）在频带传 输系统中仍然存在基带传输的问题，基带传输的许多问 题也是频带传输需要考虑的问题；（2）数字基带传输 系统也在随着数字通信技术的发展而迅速发展；（3） 理论上，任何一个采用线性调制的频带传输系统，总是 可以由一个等效的基带传输系统所替代
数字基带传输系统模型如图5-1所示。 基带脉 基带信号 冲信号 信 接收 输入 形成器 道 滤波器 抽样判决 基带脉 冲信号 输出 (发送端) (接收端) 噪声源 图5-1数字基带通信系统模型 1.基带(信道)信号形成器 数字基带传输系统的输入端通常是二进制或多进制 脉冲序列,这种信号往往不大适合于基带信道的传输, 而要变换成比较适合于信道传输的各种码型,这个任务 由基带(信道)信号形成器完成
数字基带传输系统模型如图5-1所示。 基带脉 冲信号 输入 噪声源 图 5-1 数字基带通信系统模型 （发送端） （接收端） 基带信号 形成器 信 道 接收 滤波器 抽 样 判 决 基带脉 冲信号 输出 1．基带（信道）信号形成器 数字基带传输系统的输入端通常是二进制或多进制 脉冲序列，这种信号往往不大适合于基带信道的传输， 而要变换成比较适合于信道传输的各种码型，这个任务 由基带（信道）信号形成器完成
2.信道 信道是适合基带信号传输的媒质(通常是电缆、架 空明线等有线信道),这样的信道一般不满足不失真传 输的条件。另外,信道中要引入噪声,一般均假设是均 值为0的高斯白噪声,由于信道的频带有限,因此可以 认为是均值为0的窄带高斯白噪声 3.接收滤波器 接收滤波器一方面滤除大量的带外噪声,另一方面 对失真的波形进行均衡,以便得到有利于抽样判决器判 决的波形。 抽样判决 通过抽样判决器判定和再生基带信号。 除了以上各部分以外,还有发送滤波器、同步电 路、定时脉冲电路等
2．信道 信道是适合基带信号传输的媒质（通常是电缆、架 空明线等有线信道），这样的信道一般不满足不失真传 输的条件。另外，信道中要引入噪声，一般均假设是均 值为0的高斯白噪声，由于信道的频带有限，因此可以 认为是均值为0的窄带高斯白噪声。 3．接收滤波器 接收滤波器一方面滤除大量的带外噪声，另一方面 对失真的波形进行均衡，以便得到有利于抽样判决器判 决的波形。 4．抽样判决 通过抽样判决器判定和再生基带信号。 除了以上各部分以外，还有发送滤波器、同步电 路、定时脉冲电路等
各点的波形如图5-2所示 0 0 0 2Tb 3Th 4Th 5 Tb 6 TE 图5-2数字基带通信系统各点波形
各点的波形如图5-2所示。 图 5-2 数字基带通信系统各点波形 1 0 0 1 1 0 0 Tb 2Tb 3Tb 4Tb 5 Tb 6 Tb 1 0 0 1 1 0 0
5.2数字基带信号及其频谱特性 数字基带信号码波形 为了使数字基带信号适于在信道中传输,往往对其 电波形有一定要求。以矩形脉冲组成的主要基带信号码 的电波形如图5-3所示。 1.单极性码(如图5-3(a)所示)□ 在一个码元时间内,要么有电压(流),要么无电 压(流),极性单一。因为一般的终端设备都要接地, 所以输出单极性码最为简单、方便。但单极性码含有直 流成分,不利于信道传输;抗噪性能差;不能提取同步 信号;不能用两根芯线均不接地的电缆传输线,这些是 它的主要缺点。一般只适于在短距离传输(如印刷电路 板内或相近印刷电路板间)
一、数字基带信号码波形 为了使数字基带信号适于在信道中传输，往往对其 电波形有一定要求。以矩形脉冲组成的主要基带信号码 的电波形如图5-3所示。 1．单极性码（如图5-3（a）所示） 在一个码元时间内，要么有电压（流），要么无电 压（流），极性单一。因为一般的终端设备都要接地， 所以输出单极性码最为简单、方便。但单极性码含有直 流成分，不利于信道传输；抗噪性能差；不能提取同步 信号；不能用两根芯线均不接地的电缆传输线，这些是 它的主要缺点。一般只适于在短距离传输（如印刷电路 板内或相近印刷电路板间）。 5.2 数字基带信号及其频谱特性
2.双极性码(如图5-3(b)所示) 在一个码元时间内,要么电压(流)为正,要么电压 (流)为负,为双极性波形。其优点是:当0、1符号等 概出现时,它将无直流成分;接收双极性码时判决电平 为0,稳定不变,抗噪性能好;可以在电缆等无接地的 传输线上传输。其缺点是:不能直接从双极性码中提取 同步信号;0、1不等概出现时,仍有支流成分。它常用 于 CCITT的ⅴ系列接口标准或RS-232接口标准中使用 3.单极性归零码(如图5-3(c)所示) 其有电脉冲的宽度小于一个码元宽度的单极性码,即 每个脉冲都回到零电位。它比单极性码多了一个优 可以直接提取同步信号。常用于近距离内实行波形变换 用,是其它码型提取同步信号的一个过度码型
2．双极性码（如图5-3（b）所示） 在一个码元时间内，要么电压（流）为正，要么电压 （流）为负，为双极性波形。其优点是：当0、1符号等 概出现时，它将无直流成分；接收双极性码时判决电平 为0，稳定不变，抗噪性能好；可以在电缆等无接地的 传输线上传输。其缺点是：不能直接从双极性码中提取 同步信号；0、1不等概出现时，仍有支流成分。它常用 于CCITT的V系列接口标准或RS-232接口标准中使用。 3．单极性归零码（如图5-3（c）所示） 其有电脉冲的宽度小于一个码元宽度的单极性码，即 每个脉冲都回到零电位。它比单极性码多了一个优点： 可以直接提取同步信号。常用于近距离内实行波形变换 用，是其它码型提取同步信号的一个过度码型
4.双极性归零码(如图5-3(d)所示) 其有电脉冲的宽度小于一个码元宽度的双极性码, 即正、负脉冲都归零。它除了具有双极性码的一般优点 外,还可以通过简单的电路变换为单极性归零码,从而 可以提取同步信号,因而得到比较广泛的应用。 5.差分码(如图5-3(e)所示) 它把二进制脉冲序列中的1、0反映在相邻信号码元 的相对极性变化上。若相邻码元极性变化表示1,而极 性不变表示0,则称为传号差分码(NRZM);反之,称 之为空号差分码(NRZS)。它常用于相位调制系统中 的码变换器中使用。 6.多元码(如图5-3(f)所示) 采用多进制代码时,一个码元宽度可以对应多个 进制符号。在高数据速率传输系统中常采用这种码型
4．双极性归零码（如图5-3（d）所示） 其有电脉冲的宽度小于一个码元宽度的双极性码， 即正、负脉冲都归零。它除了具有双极性码的一般优点 外，还可以通过简单的电路变换为单极性归零码，从而 可以提取同步信号，因而得到比较广泛的应用。 5．差分码（如图5-3（e）所示） 它把二进制脉冲序列中的1、0反映在相邻信号码元 的相对极性变化上。若相邻码元极性变化表示1，而极 性不变表示0，则称为传号差分码（NRZM）；反之，称 之为空号差分码（NRZS）。它常用于相位调制系统中 的码变换器中使用。 6．多元码（如图5-3（f）所示） 采用多进制代码时，一个码元宽度可以对应多个二 进制符号。在高数据速率传输系统中常采用这种码型
基带信号的频谱特性 在研究数字基带传输系统时,对于基带信号的频谱 分析是很重要的,它可以帮助我们弄清楚信号传输中的 些重要问题:如信号中有没有直流成分、有没有可提 取同步信号的离散分量、信号的带宽等。由于基带信号 是一个随机的脉冲序列,因此我们面临的是一个随机序 列的谱分析问题。 1.随机脉冲序列的数学表示式及波形 实际上,组成基带信号的单个码元并非一定是矩形 脉冲,还可以是升余弦脉冲、高斯形脉冲、半余弦脉冲 若令g()对应于二进制符号的0,g2(1)对应于二进制 符号的1,码元间隔为T,则基带信号可以表示为: )=∑ang(-nT n=-00
二、基带信号的频谱特性 在研究数字基带传输系统时，对于基带信号的频谱 分析是很重要的，它可以帮助我们弄清楚信号传输中的 一些重要问题：如信号中有没有直流成分、有没有可提 取同步信号的离散分量、信号的带宽等。由于基带信号 是一个随机的脉冲序列，因此我们面临的是一个随机序 列的谱分析问题。 1．随机脉冲序列的数学表示式及波形 实际上，组成基带信号的单个码元并非一定是矩形 脉冲，还可以是升余弦脉冲、高斯形脉冲、半余弦脉冲 等。若令g1 (t)对应于二进制符号的0，g2 (t)对应于二进制 符号的1，码元间隔为Ts，则基带信号可以表示为： =− = − n n nTs s(t) a g(t )
式中an为第n个信息符号对应的电平值(0、1或-1 1等); 9(-m7)≈81(-nr)(出现符号0时 g2(t-nT)(出现符号"时) 由于a是信息符号对应的电平值,它是一个随机量 因此,通常在实际中遇到的基带信号都是一个随机的 脉冲序列。 现假设序列中在任一码元时间间隔T中g1()和g2(0)出 现的概率分别为P和(1-P),且认为它们是统计独立的, 则基带信号可以表示为: s(t s,( 1=-00
式中an为第n个信息符号对应的电平值（0、1或-1、 1等）； 由于an是信息符号对应的电平值，它是一个随机量 。因此，通常在实际中遇到的基带信号都是一个随机的 脉冲序列。 现假设序列中在任一码元时间间隔Ts中g1 (t)和g2 (t)出 现的概率分别为P和(1-P)，且认为它们是统计独立的， 则基带信号可以表示为： − − − = 出现符号 时） 出现符号 时） ( ) ( "1" ( ) ( "0" ( ) 2 1 s s s g t nT g t nT g t nT =− = n n s s(t) s (t )
式中5,() ∫81(t-mT)(以概率P出现) g2(-n)(以概率1-P出现 为分析问题方便,假设g1(1)、82()分别是宽度为7 的矩形脉冲和三角波,则随机脉冲序列s(1)的一个实现 如图5-4(a所示。 (a) Y(t 八 22 Vrt 0 0 图5-4随机脉冲序列的波形图
式中 为分析问题方便，假设g1 (t)、g2 (t)分别是宽度为Ts 的矩形脉冲和三角波，则随机脉冲序列s(t)的一个实现 如图5-4(a)所示。 − − − = 以概率 出现） 以概率 出现） g t nT P g t nT P s t s s n ( ) ( 1 ( ) ( ( ) 2 1 图 5-4 随机脉冲序列的波形图 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 vT(t) S(t) 0 0 (a) (b) 0 (c) 2 Ts 2 Ts − uT(t)