《通信原理,第二十一讲
第 5章 数字基带传输系统
§5.1 数字基带传输概述
来自数据终端的原始数据信号，如计算机输出的二进制序列，电传机输出的代码，或者是来自模拟信号经数字化处理后的 PCM 码组等等都是数字信号。这些信号往往包含丰富的低频分量，甚至直流分量，称之为数字基带信号。在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传输，称之为数字基带传输。而大多数信道，如各种无线信道和光信道，数字基带信号必须经过载波调制，把频谱搬移到高载处才能在信道中传输，这种传输称为数字频带
（调制或载波）传输。
基带传输系统的基本结构如图 5-1 所示。它主要由信道信号形成器、信道、
接收滤滤器和抽样判决器组成。 为了保证系统可靠有序地工作,还应有同步系统。
图 5-1 数字基带传输系统
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码型变换和波形变换来实现的。
信道 是允许基带信号通过的媒质，通常 为有线信道，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。另外信道还会进入噪声。
接收滤波器 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（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。而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。
图 5-2 给出了图 5-1 所示基带系统的各点波形示意图 。 其中(a)是输入的基带信号,(b)是进行码型变换后的波形,(c)对(a)而言进行了码型及波形的变换，
是一种适合在信道中传输的波形，(d)是信道输出信号，显然由于信道频率特性不理想，波形发生失真并叠加了噪声，(e)为接收滤波器输出波形,与(d)相比，
失真和噪声减弱，(f)是位定时同步脉冲。(g)为恢复的信息，其中第 4 个码元发生误码。误码的原因之一是信道加性噪声，之二是传输总特性（包括收、发滤波器和信道的特性）不理想，使码元之间相互串扰。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，这两点也正是本章讨论的重点。
图 5-2 基带系统各点波形示意图
§5．2 数字基带信号及其频谱特性
一,数字基带信号
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。下面就以矩形脉冲为例介绍几种最常见的基带信号波形。
图 5-3 几种常见的基带信号波形
a) 单极性不归零波形
这种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。
b) 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。
c) 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,。
d) 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有零电位的间隔。
有利于同步脉冲的提取。
e) 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。
f) 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。
若数字基带信号中各码元波形相同而取值不同，则可用
∑
∞
∞=
=
n
sn
nTtgats )()( (5.2-1)
表示。式中，
n
a 是第 n 个信息符号所对应的电平值（0、1 或-1、1 等）,由信码和编码规律决定；
s
T 为码元间隔；g(t)为某种标准脉冲波形，对于二进制代码序列，若令 g
1
(t)代表“0”,g
2
(t)代表“1”,则
=?
”表示符号“
”表示符号“
1)(
0)(
)(
2
1
s
s
sn
nTtg
nTtg
nTtga
n
a 是一个随机量。
数字基带信号可用随机序列
∑
∞
∞=
=
n
n
tsts )()( (5.2-2)
表示。
第 5章 数字基带传输系统
§5.1 数字基带传输概述
来自数据终端的原始数据信号，如计算机输出的二进制序列，电传机输出的代码，或者是来自模拟信号经数字化处理后的 PCM 码组等等都是数字信号。这些信号往往包含丰富的低频分量，甚至直流分量，称之为数字基带信号。在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传输，称之为数字基带传输。而大多数信道，如各种无线信道和光信道，数字基带信号必须经过载波调制，把频谱搬移到高载处才能在信道中传输，这种传输称为数字频带
（调制或载波）传输。
基带传输系统的基本结构如图 5-1 所示。它主要由信道信号形成器、信道、
接收滤滤器和抽样判决器组成。 为了保证系统可靠有序地工作,还应有同步系统。
图 5-1 数字基带传输系统
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码型变换和波形变换来实现的。
信道 是允许基带信号通过的媒质，通常 为有线信道，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。另外信道还会进入噪声。
接收滤波器 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（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。而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。
图 5-2 给出了图 5-1 所示基带系统的各点波形示意图 。 其中(a)是输入的基带信号,(b)是进行码型变换后的波形,(c)对(a)而言进行了码型及波形的变换，
是一种适合在信道中传输的波形，(d)是信道输出信号，显然由于信道频率特性不理想，波形发生失真并叠加了噪声，(e)为接收滤波器输出波形,与(d)相比，
失真和噪声减弱，(f)是位定时同步脉冲。(g)为恢复的信息，其中第 4 个码元发生误码。误码的原因之一是信道加性噪声，之二是传输总特性（包括收、发滤波器和信道的特性）不理想，使码元之间相互串扰。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，这两点也正是本章讨论的重点。
图 5-2 基带系统各点波形示意图
§5．2 数字基带信号及其频谱特性
一,数字基带信号
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。下面就以矩形脉冲为例介绍几种最常见的基带信号波形。
图 5-3 几种常见的基带信号波形
a) 单极性不归零波形
这种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。
b) 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。
c) 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,。
d) 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有零电位的间隔。
有利于同步脉冲的提取。
e) 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。
f) 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。
若数字基带信号中各码元波形相同而取值不同，则可用
∑
∞
∞=
=
n
sn
nTtgats )()( (5.2-1)
表示。式中，
n
a 是第 n 个信息符号所对应的电平值（0、1 或-1、1 等）,由信码和编码规律决定；
s
T 为码元间隔；g(t)为某种标准脉冲波形，对于二进制代码序列，若令 g
1
(t)代表“0”,g
2
(t)代表“1”,则
=?
”表示符号“
”表示符号“
1)(
0)(
)(
2
1
s
s
sn
nTtg
nTtg
nTtga
n
a 是一个随机量。
数字基带信号可用随机序列
∑
∞
∞=
=
n
n
tsts )()( (5.2-2)
表示。
