数字基带传输系统概述

No.5
5.1.1 基带传输系统模型
数字 基带 信号
信道 信号 形成 器
GT( )
n(t)
信道 C( )
接收 滤波 器
GR( )
同步 提取
抽样 判决 器
图 5.1 –1 数字基带传输系统
No.5
5.1.1 基带传输系统模型
发送滤波器
数字 基带信号
波形 发送 变换器 滤波器
信道信号形成器
干扰 信道
位定时的准确与否将直接影响判决效果。
No.5
(a)基带信号； (b)码型变换后； (c)对(a)进行了码型 及波形的变换，适合 在信道中传输的波形； (d) 信 道 输 出 信 号 ， 波形发生失真并叠加 了噪声； (e) 接 收 滤 波 器 输 出 波形, 与(d)相比， 失真和噪声减弱； (f)位定时同步脉冲； (g)恢复的信息。
1、数字通信系统中两个重要变换： 消息（离散的或连续的）与数字基带信号间的 变换。 （由发收终端设备完成）
数字基带信号与信道信号间的变换 。（由调 制解调器完成）
No.5
5.1 数字基带传输概述
2、数字基带信号：
数字基带信号是未经任何处理的二进制（或多 进制）的脉冲序列信号。
基带信号往往包含丰富的低频分量，甚至直流 分量。
No.5
5.2.1数字基带信号常见波型
1、矩形脉冲（重点） Es
T
T
t
2
2
图5.2-1 矩形脉冲波形示意图
时域特性
E
s
S(t)
0
t T 2
t T 2
No.5
5.2.1数字基带信号常见波型
矩形脉冲频域特性：
E e S()
s(t)e jtdt
T
2 T
jtdt
s
2
T
E e E
s
1 j
No.5
5.1.1 基带传输系统模型
（2） 信道
信道是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信 道， 如市话电缆、架空明线等。
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。
信道还会进入噪声。 在通信系统的分析中， 常常把噪声n(t)等效，集中在信道中引入。
No.5
5.1.1 基带传输系统模型
（3）单极性不归零波形的特点: 极性单一 有直流分量（波形的电平平均值不为0） 脉冲之间无间隔(脉冲宽度=码元宽度） 判决电平为0.5E (0、1等概时）
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
2、 双极性不归零波形 （1）波形规则
“1”码 用正电平表示 “0”码 用负电平表示
No.5
图5.2-13 差分波形示意图 差分波形演示返回
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
（4）差分波形的应用 用差分波形传送代码可以消除设备初始 状态的影响，特别是在相位调制系统中用 于解决载波相位模糊问题。
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
6、 多电平波形（多进制脉冲波形）
（1）波形规则 脉冲波形的取值不是两值或三值，而是多值的。 每种脉冲值代表N位二元代码。 例如M=4进制电平脉冲，码元有0，1，2，3。 每种值代表N=log2M=log24=2位二元码。+3E对 应00，+E对应01， -E对应10， -3E对应11。
图5.1-3 基带系统各点波形示意图
No.5
5.1.1 基带传输系统模型
在图5.1-3中，第4个码元发生误码。误码的原因： 信道加性噪声 传输总特性（包括收、发滤波器和信道的特性） 不理想引起的波形延迟、展宽、拖尾等畸变，使码 元之间相互串扰。
实际抽样判决值不仅有本码元的值，还有其他码元在该码元 抽样时刻的串扰值及噪声。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。
（3） 匹配滤波器、均衡器 匹配滤波器用来尽可能排除信道噪声和其 它干扰； 均衡器对信道特性均衡，消除信道冲激响 应对信号的干扰，使输出的基带波形有利 于抽样判决。
No.5
5.1.1 基带传输系统模型
（4） 抽样判决器 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。 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
4、 双极性归零 （1）波形规则
“1”码用正电平，“0”码用负电平表示，脉冲宽 度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电位。例 如：
“1”码 前半个T/2内用正电平表示，后半 周期回归至零
“0”码 前半个T/2内用负电平表示，后半 周期回归至零
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
（2）双极性归零波形
jt
2 T
1
T
(2j sin( ))
s j
2
2
2Es
sin(
T 2
)
Sa
( x ) sin x
x
Es
TSa
(
T 2
)
No.5
5.2.1数字基带信号常见波型
e e jx
jx
sin x
2j
e e jx jx 2j sin x
Sa (x)
sin x x
No.5
5.2.1数字基带信号常见波型
例如： 计算机输出的二进制序列 电传机输出的代码 PCM码组，ΔM序列
No.5
5.1.1 基带传输系统模型
1、数字基带传输： 数字基带传输是在具有低通特性的有线信道 中，特别是传输距离不太远的情况下，直接传 输基带信号。
2、数字频带传输： 数字频带传输是将数字基带信号经过载波调 制，把频谱搬移到高频处在带通型信道（如各 种无线信道和光信道）中传输。
No.5
5.2.1数字基带信号常见波型
三角波频域特性：
E e S()
s(t)e jtdt
T
2 T
2
2t (1 )
jtdt
s
T
Es T 2
2 T Sa ( 4 )
第一个过零点 频带宽度
T 4
4
T
Bf 2 2 T
No.5
5.2.1数字基带信号常见波型
B 2 频带宽度
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
（2）多电平波形示意
0 01 01 10 00 1 +3E
+E
-E
-3E 图5.2-14 4进值脉冲波形示意图
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
（3）多进制脉冲波形特点： 携带信息量大：适合于高数据速率传输系统 提高了系统的频带利用率：M元码传输所需信 道频带降为二元码的1/n倍,频带利用率提高为n 倍。(n=log2M) 抗干扰能力差：信息能量相同的情况下，抗 干扰能力比二进制差。
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
（2）双极性不归零波形
二进制信号 1 1 0 0 0 1 +E0ຫໍສະໝຸດ 01 0 1判决电平
-E
图5.2-8 双极性不归零波形示意图
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
（3）双极性不归零波形的特点: 无直流分量 脉冲之间无间隔 信号的判决电平为 0 (0、1等概时） 抗干扰能力较强
二进制信号 E
1100
01
01 0 1
-E
图5.2-10 双极性归零波形示意图
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
（3）双极性归零波形的特点：
双极性归零码除了具有双极性不归零波形 的特点外，还有利于同步脉冲的提取。
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
5、 差分波形（相对脉冲波形）
No.5
第5章 数字基带传输系统
5.1 数字基带传输系统概述
5.2 数字基带信号及其功率谱
5.3 基带传输常用码型
5.4 基带脉冲传输与码间串扰
5.5 无码间串扰的基带传输特性
5.6 部分响应系统
5.7 无码间串扰基带系统的抗噪声性能
5.8 眼图
5.9 均衡技术
学习重点
本章思考
No.5
5.1 数字基带传输概述
B 1 频带宽度
EsT
T
4 2
2 4
ω
TT
TT
图5.2-4 矩形脉冲频谱图
第一个过零点 2 T
频带宽度 B f 1 2 T
No.5
5.2.1数字基带信号常见波型
2、 三角波
1 矩形波
2
Es
T
T
2
2
2t
S(t
)
Es
(1
T
)
t
0
图5.2-5 三角形脉冲波形示意图
t T 2
t T 2
尽量减少直流、甚低频及高频分量。（基带 传输系统中有时有隔直流的变压器耦合，不 利于直流、甚低频分量的传输，在传输中会 丢失，接收时产生波形失真；过多高频分量 会引起话路之间的“串话”。
No.5
5.1.3 基带数字信号的要求
提高码元同步分量，才能保证同步提取电路 稳定可靠的工作。
误码扩散少,一个信号出错不延伸到其他信号。 尽量不出现长“0”和长“1”。无法提取定时
接收滤波器
匹 配
均 滤衡 波器 器
抽样 判决器
数字 基带信号
同步 提取
图 5.1 –2 数字基带传输系统
No.5
5.1.1 基带传输系统模型
3、数字基带传输系统各部分功能：
（1）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波形变换和发送滤 波器来实现的。
波形变换的目的是与信道匹配，进行码型变换及波形 变换。码型变换将二进制脉冲序列变为双极性码,利于 同步提取；波形变换减小码间串扰和抽样判决。 发送滤波器的目的主要是平滑波形。
1、 单极性不归零波形（NRZ） （1）波形规则
“1”码 有信号，用正电平表示 “0”码 无信号，用零电平表示
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
（2）单极性不归零波形
二进制信号 1 1 0 0 0 1 0.5E +E
0
01 0 1
判决电平
图5.2-7 NRZ波形示意图
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
n
n
n1
n
图5.2-12 绝对码与相对码之间的变换原理
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
绝对码an： 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0
差分码b（n: 0）1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 cn: 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0
bn波形: (0) 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0
EsT
T
2
8 4
TT
4 8
ω
TT
图5.2-6 三角波频谱图
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
以矩形脉冲为例的基本基带信号波形有： 单极性不归零波形（NRZ） 双极性不归零波形 单极性归零波形（RZ） 双极性归零波形 差分波形 多进制脉冲波形
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
信号，使同步被破坏。 能够检测信号质量，对噪声和码间串扰具有
较强的抵抗力和自检能力。 编译码设备简单。
No.5
5.2 数字基带信号波形及码型
5.2.1数字基带信号常见波型
数字基带信号(以下简称为基带信号)的波 型有很多,常见的有:
矩形脉冲 三角波 高斯脉冲 余弦脉冲
最常用的是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换。
（1）波形规则
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。例如：
相对码
“1”码 电平跳变 “0”码 电平不变
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
（2）差分波形
绝对码an：(0) 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0
No.5
5.2.1-2 数字基带信号波形及矩形脉冲基 带信号基本波形
二进制信号 1 1 0 0 0 1 +E
01 0 1
0
图5.2-9 单极性归零波形示意图
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
（3）单极性归零波形的特点:
码元间隔明显:有利于同步时钟提取 脉冲窄:有利于减少码元间波形干扰 码元能量小、抗干扰能力差
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
3、 单极性归零波形 （1）波形规则
脉冲宽度比码元宽度窄，每个正脉冲都会回 到零电位。例如：
“1”码 前半个T/2内用正电平表示，后半 周期回归至零(占空比50%)
“0”码 用零电平表示
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
（2）单极性归零波形
+E -E
相对码bn：(0) 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0
图5.2-11 差分波形示意图
No.5
5.2.2 矩形脉冲基带信号基本波形
（3）差分波形的生成
差分码 b a b
n
n
n 1
an:输入码
an
bn
bn
cn
bn1
T延迟
b T延迟 n1
b b a 编码
n
n1
n
c b b a 解码
No.5
5.1.2 研究基带传输系统的原因
因为在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广 泛采用了这种传输方式；
因为基带传输系统的许多问题也是频带传输系统 必须考虑的问题；
因为任何一个采用线性调制的频带传输系统可等 效为基带传输系统来研究。
No.5
5.1.3 基带数字信号的要求
有利于提高系统的频带利用率。基带信号的 编码应尽量使频带压缩，使编码后所使用的 数字信号的速率尽量低。