数据信号的传输

ak
• 发送滤波
1
f (t)
噪声
信道
接收滤波
aˆk
均衡 • 取样判决
2 图3-1-2 基带数据传输系统模型
发送滤波器：限制信号的带宽。 信道：各种形式的电缆 接受滤波器：滤除噪声和干扰。 均衡器：均衡信道畸变。 取样判决电路：回恢复发端的数码（可能会有错误）
于形成码间串扰…… 由于矩形脉冲易于形成和变换，因此基带信号最常用的波形是矩
形脉冲。
1. 单极性不归零波形
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。
2. 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
例3-1-1 试求双极性归零码的功率谱密度。设“1”码概
率P=1/2，脉冲宽度为 ，幅度为 A 。
解： 由题意
A
g1
(t
)
0
0t
其他t
g1(t) A
A
g2 (t)
0
所以傅里叶变换为：
0t
其他t
-/2 0 /2 t
G1 (
f
)
G2 (
f
)
G(
f
)
A
sin f f
e jf
将上式代入（3-1-2）
e jf
代入（3-1-2），得
p( f
)
A2
fS2 2
4
n
s
in nfS nfS
2
( f
nfS )
A2
fS 2
4
sin f f
2
（3-1-5）
P(f)
f
0
fb 2fb
(a) 单极性码
P(f) τ/Tb=50%
0
fb
f 2fb 3fb 4fb
(b) 单极性归零码
p( f )
T
2
4 fS 2 fS
图3-1-2 基带数据传输系统模型
图中ak 是放送的数据序列，可以只有两个状态，也可
以有多个状态，前后序列可以是独立的，也可以是不
独立。
图中用冲击脉冲来代表序列，则
f (t) ak (t kT) k
（3-1-6）
实际上，信源送出的、代表数据的电脉冲不是冲激冲， 而是具有一定宽度的，可以认为是冲激脉冲经过一个加宽电 路而得到的。
有零电位的间隔。有利于同步脉冲的提取。
5. 伪三进信号 原信号的“0”在信号中用零来表示，原信号的“1”用正
负交替的归零脉冲来表示。
01 0 0 1 0 1 1 0 1 0 v 0
t -v
5. 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。
二、基带数据信号的频谱特性
（一）基带信号的一般表示式
一般令g1(t)代表二进制数据符号的“0”g2，(t) 表示代表 “1”，码元的时间间隔为T。假设数据序列出现的
“0”，“1”概率分别为P和1-P，且认为它们的出现彼
此统计独立，则基带信号可表示为：
f (t) g(t kT)
（3-1-1）
k
其中
g
(t
k
T)
gg12
(t (t
kT) kT)
以概率P出现 以概率1-P出现
图中，虽然基带信号是三角波，但实际上可以是任意的波形
（二）基带数据信号的功率谱密度
p( f
)
f
2 S
PG1(nfS ) (1 P)G2 (nfS ) 2 ( f nfS )
k
fS P(1 P) G1( fS ) G2 ( fS ) 2
p(
f
)
A2
f S
2
sin f f
2
（3-1-3）
当 T 时，称为半占码，这时功率谱密度为：
2
p(
f
)
A2T 4
2
sin f f T
T/ /2
2
（3-1-4）
例 3-1-3 试求“1”，“0”等概率出现的单极性归零码的功 率谱密度。
解：由题意 P=1/2，g1(t) 0
G2 (
f
)
A
sin f f
合于在具有低通特性的有线信道中近距离直接传输， 我们称之为数字 基带传输。 用来传输数字基带信号的通信系统称为数字基带传输系统。
一、数字基带信号的波形
组成基带信号的单个码元的波形可以是矩形、升余弦脉冲、高斯 形脉冲、半余弦脉冲等。
但并非所有基带信号的波形都能在信道中传输： 有的含有丰富的直流和低频成分，不便于提取同步信号；有的易
6. 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。
0
2 fS
4 fS
f
图 3-1-1单极性归零码的功率谱密度
通过功率谱密度：
1、大致可以掌握传输某一数据信号所需要的基带宽度；
2、如何从数据信号的谱特性中提取接收端需要的码元信 息。
三、基带传输波形的形成
（一）基带数据的传输模型
噪声
ak
• 发送滤波
信道Baidu Nhomakorabea
接收滤波
aˆk
均衡 • 取样判决
1
2
f (t)
第一节 数据信号的基带传输
原始信号(未经调制的信号)所固有的基本频带称为基带。 未经调制等频率变换处理的原始数据信号称为基带信号。 在数据通信中直接传输基带信号的方式称为基带传输。 计算机、电传机等数字设备输出的二进制序列代码，PCM或ΔM方式输
出的码组等等都是数字基带信号。 由于数字基带信号往往包含丰富的低频分量，甚至直流分量，因此适
（3-1-2）
其中 fS 1/ T 是数码速率，G1( f )和G2 ( f )分别是g1(t) 和 g2 (t) 的 傅里叶变换。
从式（3-1-2）可看出，随机数据序列的信号功率谱可能包括 两个部分：连续谱和离散谱。
对于连续谱而言，由于代表数字信息的g1(t)及g2(t)不能完全相同，故 G1(f)≠G2(f)， 因而连续谱总是存在的； 而离散谱是否存在，取决g1(t)和 g2(t) 的波形及其出现的概率p。
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。
3. 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。
4. 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