|
4.1 引言
数字基带信号——数字信号「补充：基带信号（指未经调制的信号。特征是其频谱从零频率或很低频率开始，占据较宽的频带。）基带在传输前，必须经过一些处理或某些变换，比如码型变换、波形变换和频谱变换，才能送入信道中传输。处理或变换是为了使信号的特性与信道的传输特性相匹配。」
数字基带传输 vs. 数字频带传输
在某些具有低通特性的有限信道红，特别在传输距离不太远时，可直接传输数字基带信号——数字基带传输
但大多数信道属于带通型，比如各种无线信道和光信道。带通型信道中，数字基带信号必须经过载波调制，把频谱搬移到高载频处才能在信道中传输——数字频带（调制或载波）传输
为什么研究数字基带传输系统？
大多数局域网使用基带传输
数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题
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进行研究
数字基带传输系统的结构 信道信号形成器、信道、接收滤波器、抽样判决器和同步系统
信道信号形成器：基带传输系统的输入时由终端设备或编码器产生的脉冲序列，一般不适合直接送到信道中传输
把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号**——码型变换、波形变换
【目的】与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决
信道 ：语序基带信号通过的媒介，通常为有限信道（不满足无失真条件、随机变化、引入噪声）
接受滤波器：滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决
抽样判决器：在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻对接受滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号
4.2 数字基带信号及其频谱特性
4.2.1 数字基带信号的波形——线路编码
数字基带信号是指消息代码的电波形，它是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。数字基带信号的类型有很多，常见的有矩形脉冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。 最常用的是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换。
单极性不归零波形（NRZ） 其特点是极性单一，有直流分量，脉冲之间无间隔。 位同步信息包含在电平的转换之中，出现连0、连1序列时没有位同步信息。 等概时，抽样判决电平为 E 2 \frac{E}{2} 2E。
双极性不归零波形（NRZ） 当0、1符号等可能出现时无直流分量。 判决电平为0，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强。 当出现连0、连1序列时没有位同步信息。
单极性归零波形（RZ） 有直流分量；可以直接提取定时信息，是其他波形提取位定时信号时需要采用的一种过渡波形；判决门限 E 2 \frac{E}{2} 2E
双极性归零波形（RZ） 无直流分量；有利于同步脉冲的提取；判决门线0； τ \tau τ越小，谱线越宽
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；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。
多电平波形 多于一个二进制符号对应一个脉冲，一个脉冲可以代表多个二进制符号。 传码率一定，多电平波形的传信率高，用于高数据速率传输系统。
4.2.2 数字基带信号的数学表达式
s ( t ) = ∑ n = − ∞ ∞ a n g ( t − n T s ) s(t)=\sum_{n=-\infty}^{\infty} a_ng(t-nT_s) s(t)=n=−∞∑∞ang(t−nTs)
4.2.3 数字基带频谱特性
必要性（为什么要研究基带信号的频谱特性？）——通过谱分析，可以了解信号需要占据的频带宽度，所包含的频谱分量，有无直流分量，有无定时分量等。针对信号谱的特点来选择相匹配的信道，以及确定是否可从信号中提取定时信号。 方法——数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数，所以只能用功率谱来描述它的频谱特性。
交变波 u ( t ) u(t) u(t)的功率谱密度 P u ( ω ) P_u(\omega) Pu(ω) P u ( ω ) = f s P ( 1 − P ) [ G 1 ( f ) − G 2 ( f ) ] 2 P_u(\omega)=f_sP(1-P)[G_1(f)-G_2(f)]^2 Pu(ω)=fsP(1−P)[G1(f)−G2(f)]2
稳态波 v ( t ) v(t) v(t)的功率谱密度 P v ( ω ) P_v(\omega) Pv(ω) P v ( ω ) = ∑ n = − ∞ ∞ ∣ f s [ P G 1 ( f ) + ( 1 − P ) G 2 ( f ) ] ∣ 2 δ ( f − n f s ) P_v(\omega)=\sum_{n=-\infty}^{\infty}|f_s[PG_1(f)+(1-P)G_2(f)]|^2 \delta(f-nf_s) Pv(ω)=n=−∞∑∞∣fs[PG1(f)+(1−P)G2(f)]∣2δ(f−nfs)
s ( t ) = u ( t ) + v ( t ) s(t)=u(t)+v(t) s(t)=u(t)+v(t)的功率谱密度 P s ( f ) P_s(f) Ps(f) 随机序列 s ( t ) s(t) s(t)的功率谱密度为 P s ( f ) = P u ( f ) + P v ( f ) = f s P ( 1 − P ) [ G 1 ( f ) − G 2 ( f ) ] 2 + ∑ n = − ∞ ∞ ∣ f s [ P G 1 ( f ) + ( 1 − P ) G 2 ( f ) ] ∣ 2 δ ( f − n f s ) P_s(f)=P_u(f)+P_v(f)\\ =f_sP(1-P)[G_1(f)-G_2(f)]^2\\ +\sum_{n=-\infty}^{\infty}|f_s[PG_1(f)+(1-P)G_2(f)]|^2 \delta(f-nf_s) Ps(f)=Pu(f)+Pv(f)=fsP(1−P)[G1(f)−G2(f)]2+n=−∞∑∞∣fs[PG1(f)+(1−P)G2(f)]∣2δ(f−nfs) 【结论】随机脉冲序列的功率谱可能包含连续谱和离散谱。
对于连续谱而言，由于 g 1 ( t ) ≠ g 2 ( t ) g_1(t) \neq g_2(t) g1(t)=g2(t)，因为总是存在；
由连续谱可确定信号带宽；
离散谱是否存在，取决 g 1 ( t ) g_1(t) g1(t)和 g 2 ( t ) g_2(t) g2(t)的波形及出现的概率 P P P；
当 g 1 ( t ) = g 2 ( t ) g_1(t) = g_2(t) g1(t)=g2(t)，且 P = 1 2 P=\frac{1}{2} P=21（双极性，0、1等概）时，离散谱消失。
4.3 基带传输的常用码型
对传输用的基带信号主要有两个方面的要求：
对代码的要求：原始消息代码必须变成适合于传输用的码型；
对于所选码型的电波形要求：电波形应适合于基带系统的传输。 前者睡传输码型的选择，后者是基带脉冲的选择。
传输码的结构应具有下列主要特性：
相应的基带信号无直流分量，且低频分量少
便于从信号中提取定时信息； 【补充】定时成分（定时成分就是码元的跳变，拿归零信号和不归零信号来说，不归零信号如果长时间没有码元跳变时，就很难提取定时信号，在解码时就容易出现码元丢失或重复；二归零信号就不会存在这个问题，每个码元内都有跳变，所以很容易提取定时成分。）
信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少碼间串扰；
不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；
具有内在的检错能力；
编译码电路要尽可能简单。
常用线路码
AMI码（传号交替反转码）1B1T 【编码规则】 将二进制消息代码“1”（传号）交替地变换为传输码的“+1”和“-1”，而“0”（空号）保持不变。 优点：不含直流成分，高、低频分量少，能量集中在频率为 1 2 \frac{1}{2}
|