第5章数字信号的基带传输

第5章 数字信号的基带传输
5.1 数字基带传输的基本码型及其功率谱
一般情况下， 数字信息可以表示为一个数字序列， 即 …， a-2，a-1，a0，a1，a2， …， an， …
上述序列被记作｛an｝。 其中a n是数字序列的基本 单元， 称为码元。 每个码元只能取离散的有限个值，例如， 在二进制中， an只能取0或1两个值； 在三进制中，an可取0、 1、 2； 在M进制中， an可取0， 1， 2， …， M-1共M个值， 或者取二进制码的M种排列。
在数据通信中， 由计算机或终端等数字设备直接发出的 信号是二进制数字信号， 是典型的矩形电脉冲信号， 其频 谱包括直流、 低频和高频等多种成分。 在数字信号频谱中， 把直流(零频)开始到能量集中的一段频率范围称为基本频带， 简称为基带。 因此， 数字信号被称为数字基带信号。 在信 道中直接传输这种基带信号就称为基带传输。 在基带传输中， 整个信道只传输一种信号， 通信信道利用率低。
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直接传送基带信号的原因一般是因为传送信号的信道带 宽与基带信号的频带宽度大致相当的缘故， 如计算机网的网 线、 电传机的电话线、 石油测井的井下仪到地面设备的测 量电缆等。 在上述信道情况下， 如果再将基带信号调制到 高频上， 就无法传送了。 传送基带信号的信道一般都是导 线或电缆。
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(6) 码型变换(编译码) (7) 高的编码效率。 上述各项原则不是任何基带传输码型均能完全满足的， 往往是依照实际要求满足其中的若干项。 数字基带信号的码型种类繁多， 根据各种数字基带信号 中每个码元的幅度取值不同， 可以把它们归纳分类为二元码、 三元码和多元码。 这里仅介绍几种应用广泛的码型。
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5.1.1
数字基带信号是数字信息的电脉冲表示， 不同形式的 数字基带信号(又称为码型)具有不同的频谱结构， 从而频率 特性不尽相同， 合理地设计数字基带信号的频谱结构， 使 数字信息变换为更适合于给定信道的传输， 是基带传输首先 要考虑的问题。
通常选择码型时应该考虑的主要因素有以下几点： (1) 码型中低频、 高频分量应尽量少。 码型的高、 低频
(3) 码型具有一定检错能力， 若传输码型有一定的规律， 则可根据这一规律来检测传输质量，
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(4) 编码方案对发送消息的类型不应有任何限制， 适合 于所有的二进制信号。 这种与信源的统计特性无关的特性称 为对信源具有透明性。 不受信源统计特性影响的线路码型，
(5) 低误码增值。 误码增值是指单个的数字传输错误在 接收端解码时， 造成错误码元的平均个数增加。 从传输质 量要求出发，
第5章 数字信Hale Waihona Puke Baidu的基带传输
通常用不同幅度的脉冲表示码元的不同取值， 这样的脉 冲信号就是数值基带信号。 也就是说， 数字基带信号是数 字信息的电脉冲表示， 电脉冲的形式称为码型。 在有线信 道中传输的数字基带信号又称为线路传输码型。 把数字信息 表示为电脉冲的过程称为码型编码， 而由码型还原为数字信 息的过程称为码型译码。
(c) RZ(单极性归零码); (d) RZ(双极性归零码)； (e) NRZ(M)； (f) NRZ(S)
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1． 单极性非归零码用高电平和低电平(通常为零电平)两种 取值分别表示二进制码的1和0， 在整个码元期间电平保持不 变， —般记作NRZ(L)。 由于这种码的低电平常取作零电平， 而一般设备都有固定的零电平， 因此应用非常方便。 其波 形如图5.1.1(a)所示。 2． 双极性非归零码用正电平和负电平分别表示1和0， 在整 个码元期间电平保持不变，常记作NRZ。 双极性码的优点是 无直流分量， 可以在无接地的传输线上传输， 因此应用也 较为广泛。 其波形如图5.1.1(b)所示。
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5.1.2 二元码
幅度取值只有两种电平的码型称为二元码。 最简单的二 元码基带信号的波形为矩形波，幅度的两种取值分别对应于 二进制码中的1和0。 图5.1.1给出了常用的几种二元码的波形 图。
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图5.1.1 (a) NRZ(L)(单极性非归零码)； (b) NRZ(双极性非归零码)；
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从传输的角度看， 数字通信系统要有两个基本的变换， 一个是把消息变换成数字基带信号； 另一个则是把数字基带 信号变换成信道信号。 但在实际的数字通信中并不一定都要 进行这两个变换， 有时做完第一种变换后， 就将数字基带 信号直接进行传输。 这种不经过调制和解调过程直接传输基 带信号的系统称为基带传输系统； 对应地将包括调制与解调 过程的传输系统称为数字频带传输系统。
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5.1 数字基带传输的基本码型及其功率谱 5.2 数字基带信号的频谱特性 5.3 数字基带传输系统的无码间串扰的条件 5.4 数字基带传输系统的误码率 5.5 眼图及其应用 本章小结 习题 实训5 AMI/HDB3码实验 实训6 眼图观察实验
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概述
能量在传输中均有较大的衰减， 其低频分量要求元件尺寸大， 高频能量对邻近线路造成较大干扰。 这样做还可以节省传输 频带， 提高信道的频谱利用率。
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(2) 码型中应包含定时信息， 以便定时提取。 在基带传 输系统中， 位定时信息是接收端再生原始信息所必需的。 在某些应用中位定时信息可以用单独的信道与基带信号同时 传输， 但在远距离传输系统中这样做常常是不经济的， 因 而需要从基带信号中提取位定时信息， 这就是要求基带信号
从通信的有效性考虑， 基带传输不如频带传输用得广泛， 但在基带传输中要讨论的许多问题在频带传输中也必须考虑， 因此掌握好数字信号的基带传输原理是十分重要的。 由于在 近距离范围内， 基带信号的功率衰减不大， 从而信道容量 不会发生变化， 因此， 在局域网中通常使用基带传输技术。 在基带传输中， 需要对数字信号进行编码。