1、1.2 数字信号基带传输数字信号基带传输1.2.1 数字信号波形与频谱数字信号波形与频谱典型二进制矩形（脉冲）信号典型二进制矩形（脉冲）信号 此类信号形式是一般数字系统普遍采用的，可看作是数此类信号形式是一般数字系统普遍采用的，可看作是数字信号的一般形式。字信号的一般形式。T/2g(t)=A -T/2tT/2 G()=AT(sin(T/2)/(T/2)可有可有以下判断：以下判断：1.二进制矩形脉冲（序列）包含丰富的频率成分（所占频带二进制矩形脉冲（序列）包含丰富的频率成分（所占频带成成基本频带基本频带）2.要不失真的传输此信号，需要无穷大带宽。要不失真的传输此信号，需要无穷大带宽。3.若定义频
2、谱曲线第若定义频谱曲线第1过零点为过零点为最小信号带宽（最小信号带宽（主瓣带宽）主瓣带宽），则脉冲越窄，要求频带越宽。则脉冲越窄，要求频带越宽。4.在有限带宽信道传输，不同频率成分衰减、延迟不一致，在有限带宽信道传输，不同频率成分衰减、延迟不一致，码元之间有串扰问题。码元之间有串扰问题。半功率带宽：信号半功率带宽：信号f(t)f(t)一个频率区间，在该区间内的频率分量对一个频率区间，在该区间内的频率分量对f(t)f(t)功功率的贡献是整个信号功率的一半。率的贡献是整个信号功率的一半。功率比例带宽功率比例带宽带内功率总功率矩形信号在不同信道上的波形矩形信号在不同信道上的波形原始原始保真保真可识别
3、可识别不可识别不可识别眼图眼图-用于评估波形失真、用于评估波形失真、传输质量传输质量1.2.2 基带传输基带传输以数字矩形（脉冲）波形形式传输。以数字矩形（脉冲）波形形式传输。未经调制的基带数字信号直接送往信道传输。未经调制的基带数字信号直接送往信道传输。由于矩形脉冲（序列）包含丰富的频率成分。由于矩形脉冲（序列）包含丰富的频率成分。存在对信道要求高的问题。对信道利用率不高。存在对信道要求高的问题。对信道利用率不高。在有限带宽信道上，存在频率衰减不一致，相位延迟导致码间串扰在有限带宽信道上，存在频率衰减不一致，相位延迟导致码间串扰故多用于近距离传输场合（如局域网）故多用于近距离传输场合（如局域
4、网）优点：利用数字部件，设备简单，便宜。优点：利用数字部件，设备简单，便宜。1.2.3 数据码与传输码数据码与传输码 数据码数据码（位流）实际中不一定有利于传输，为达到有效传输的（位流）实际中不一定有利于传输，为达到有效传输的目的，常将其变换成目的，常将其变换成传输码传输码。如：有的信道可能有隔直电容或耦合变压器，对直流有隔离衰如：有的信道可能有隔直电容或耦合变压器，对直流有隔离衰减。当数据码出现连续的减。当数据码出现连续的“1”或或“0”时，无法有效传输（以太时，无法有效传输（以太网接口就有耦合变压器）。网接口就有耦合变压器）。再：为了串行传输，需要有同步信号，为减少信号线，希望传再：为了串
5、行传输，需要有同步信号，为减少信号线，希望传输码提供自同步信号。输码提供自同步信号。不同形式的数字基带信号或码型具有不同的频谱结构，合理地设计数字基不同形式的数字基带信号或码型具有不同的频谱结构，合理地设计数字基带信号以使数字信息变换为适合于给定信道传输特性的频谱结构是基带传输带信号以使数字信息变换为适合于给定信道传输特性的频谱结构是基带传输首先要考虑的问题。首先要考虑的问题。传输码设计原则：传输码设计原则：对于传输频带低端受限的信道，一般来说线路传输码型的频谱中应不含对于传输频带低端受限的信道，一般来说线路传输码型的频谱中应不含直流分量。直流分量。尽量减少基带信号频谱中的高频分量，以便节省传
6、输频带和减小串扰。尽量减少基带信号频谱中的高频分量，以便节省传输频带和减小串扰。信号的抗噪声能力强，波型间相关性越小越好。产生误码时，在译码中信号的抗噪声能力强，波型间相关性越小越好。产生误码时，在译码中不产生误码的扩散或误差的增值，如果有，也希望越小越好。不产生误码的扩散或误差的增值，如果有，也希望越小越好。便于从信号中提取定时信息；若采用分组形式传输时，不但要从基带信便于从信号中提取定时信息；若采用分组形式传输时，不但要从基带信号中提取位定时信息，而且要便于提取分组同步信息。号中提取位定时信息，而且要便于提取分组同步信息。要求基带传输信号具有内在的检错能力。要求基带传输信号具有内在的检错能
7、力。编译码的设备应尽量简单。编译码的设备应尽量简单。二进制传输码二进制传输码双极性不归零码双极性不归零码 Bipolar Nonreturn-to-zero Coding 用正电平和负电平分别表示二进制数字用正电平和负电平分别表示二进制数字“1”“1”和和“0”“0”，在码元，在码元期间电平保持不变。期间电平保持不变。当当“1”“1”和和“0”“0”等概率时，无直流。等概率时，无直流。单极性差分码单极性差分码 Unipolar Differential Coding 以电平跳变和不变表示数字信息，分为两种，若以电平跳变表以电平跳变和不变表示数字信息，分为两种，若以电平跳变表示示“1”“1”，不
8、变表示，不变表示“0”“0”，则称为传号差分码，或，则称为传号差分码，或“1”“1”差分码。差分码。CMI码码 数字数字“1”“1”交替用正电平、负电平表示，而交替用正电平、负电平表示，而“0”“0”用确定相位用确定相位（0101）的方波表示。）的方波表示。优点是无直流分量，波形跳变频繁，便于提取定时信号，并具有优点是无直流分量，波形跳变频繁，便于提取定时信号，并具有一定的检测错误的能力一定的检测错误的能力 曼彻斯特（曼彻斯特（ManchesterManchester）码（双相玛）码（双相玛）它用一个周期的方波表示它用一个周期的方波表示“1”，而用它的反相波形表示，而用它的反相波形表示“0”。
9、它的编码规则可以看作是当输入它的编码规则可以看作是当输入“1”时固定输出时固定输出“10”，当输入，当输入“0”时固定输出时固定输出“01”，使编码后的传输速率为编码前的原信号，使编码后的传输速率为编码前的原信号速率的两倍，占用的频带加倍。速率的两倍，占用的频带加倍。有自同步能力。有自同步能力。无直流成分。无直流成分。以太网普遍采用的编码形式。以太网普遍采用的编码形式。以太网帧起始为以太网帧起始为 1111111011111110 10010100 10010100 共共6363个个“1 1”和和1 1个个“0 0”，以此来实现，以此来实现帧起始和同步帧起始和同步5B6B（mBnB)码码 对对
10、5位的数据码，用位的数据码，用6位传输码进行传输位传输码进行传输。编码方法编码方法：00000000111 00010110001 10011110101 11111111000在在6位的位的码组中挑选含码组中挑选含3个个“1”和和3个个“0”的码组，共的码组，共20个。再选用个。再选用4个个“1”及及2个个“0”，2个个“1”及及4个个“0”的的12个码组。共个码组。共32个，来表示个，来表示5位（位（32种）数据码。种）数据码。特点是特点是“0”和和“1”出现的基本概率出现的基本概率相等。相等。常用于光纤传输。高速以太网有采用。常用于光纤传输。高速以太网有采用。设输入随机数字信息序列为设输
11、入随机数字信息序列为an，可将它表示为输入波形序列可将它表示为输入波形序列 用它激励发送滤波器产生发送信号用它激励发送滤波器产生发送信号s s(t t)，通过传输函数为通过传输函数为C C()的信道传送时，受到加性噪声的信道传送时，受到加性噪声n ni i(t t)的干扰，再经传输函数为的干扰，再经传输函数为G GR R()的接收滤波器整形后得到的抽样器的输入信号波形的接收滤波器整形后得到的抽样器的输入信号波形r r(t t)。1.2.4 基带传输系统中的码间串扰和噪声干扰基带传输系统中的码间串扰和噪声干扰 h(t)H()=GT()C()GR()输入输入si(t)输出输出发送发送滤波器滤波器
12、GT()接收接收滤波器滤波器 GR()信道信道 C()抽样器抽样器 判决器判决器 ni(t)r(t)r(k)s(t)s tatnTin nb()()()()(=)()()()(000000bbknnn k bbbnn bkTnTnkhahakTnnTkThakTrkr第一项第一项 akh(0)是是第第k个码元波形的个码元波形的抽样值，它是有抽样值，它是有用信息项。用信息项。第二项是接收信号中除第第二项是接收信号中除第k个码元之外的所有其它码元个码元之外的所有其它码元波形在抽样时刻波形在抽样时刻t=kTb+0时时的代数和，这就是码间串扰。的代数和，这就是码间串扰。由于由于an是随机变量，所以码是
13、随机变量，所以码间串扰也是一个随机变量间串扰也是一个随机变量。第三项第三项n(kTb+0)是加是加性噪声的干扰性噪声的干扰值，当然也是值，当然也是随机变量。随机变量。1.无码间串扰的条件无码间串扰的条件 0 00 1)()(nkKnkKTnkhKThbb2.采用采用理想低通滤波器，理想低通滤波器，在在KTKTb b时刻对时刻对h h(t t)抽样，可抽样，可满足无码满足无码间串扰的条件，此时，间串扰的条件，此时，频带利用率达理论极限频带利用率达理论极限22bitbit秒秒赫。赫。3.实际中，无法形成以上理想结果，多采用部分响应基带传输系统实际中，无法形成以上理想结果，多采用部分响应基带传输系统和均衡技术来改善接收能力。和均衡技术来改善接收能力。
