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1、计算机网络通信原理数字信号的基带传输数字通信系统数字通信系统数字基带传输通信系统数字基带传输通信系统数字频带传输通信系统数字频带传输通信系统 模拟信号数字化传输通信系统模拟信号数字化传输通信系统 1计算机网络通信原理数字信号的基带传输第六章第六章 数字基带传输传输系统数字基带传输传输系统1.数字基带传输数字基带传输概述概述2.数字基带信号的波形和码型数字基带信号的波形和码型3.数字数字基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性4.基带脉冲传输的相关技术基带脉冲传输的相关技术2计算机网络通信原理数字信号的基带传输什么是数字基带传输什么是数字基带传输原始信号所固有的基本频带称为原始信号所固有的基本频带称
2、为基带基带。未经调制等频率变换处理的原始数据信号称为未经调制等频率变换处理的原始数据信号称为基带信号基带信号。在数据通信中直接传输基带信号的方式称为在数据通信中直接传输基带信号的方式称为基带传输基带传输。计算机、电传机等数字设备输出的二进制序列代码，计算机、电传机等数字设备输出的二进制序列代码，PCM或或M方式输出的码组等等都是方式输出的码组等等都是数字基带信号数字基带信号。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，因此适合于在具有低通特性的有线信道中近距离直接量，因此适合于在具有低通特性的有线信道中近距离直接传输，传输，我们称之为
3、我们称之为数字基带传输数字基带传输。用来传输数字基带信号的通信系统称为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。数字基带传输系统。3计算机网络通信原理数字信号的基带传输为什么要研究数字基带传输为什么要研究数字基带传输研究基带传输技术的意义主要在于以下几个方面：研究基带传输技术的意义主要在于以下几个方面：1.在利用双绞线电缆构成的近程数据通信系统中广泛采用在利用双绞线电缆构成的近程数据通信系统中广泛采用了数字基带传输方式；了数字基带传输方式；2.数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题，也就是数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题，也就是说，基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须
4、考说，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；虑的问题；3.任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基带传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。输系统来研究。4计算机网络通信原理数字信号的基带传输数字基带传输系统数字基带传输系统基带传输系统的基本结构如下图所示。它主要由信道信号基带传输系统的基本结构如下图所示。它主要由信道信号形成器、信道、接收滤波器和采样判决器组成。形成器、信道、接收滤波器和采样判决器组成。为了保证系统可靠有序地工作，还应有同步机制。为了保证系统可靠有序地工作，还应有同步机制。信道信号信道信号形成器形成器数字数字基带信号基带信号信道信道
5、接收接收滤波器滤波器S(t)e(t)数字数字基带信号基带信号噪声噪声n(t)采样采样判决器判决器同步同步提取提取5计算机网络通信原理数字信号的基带传输原始基带信号往往不适合直接在信道中传输。原始基带信号往往不适合直接在信道中传输。信道信号形成器的作用就是把原始基带信号变换成适合于信信道信号形成器的作用就是把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号。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，这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的，其目的其目的是与信道匹配，是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，以利于同步提取便于传输，减小码间串扰，以利于同步提取和抽样判决。和抽样判决
6、。信道信号形成器信道信号形成器信道信号信道信号形成器形成器数字数字基带信号基带信号信道信道接收接收滤波器滤波器S(t)e(t)数字数字基带信号基带信号噪声噪声n(t)采样采样判决器判决器同步同步提取提取6计算机网络通信原理数字信号的基带传输信道信道信道是允许基带信号通过的介质，通常为有线信信道是允许基带信号通过的介质，通常为有线信道，道，如市话电缆、架空明线等。如市话电缆、架空明线等。信道信号信道信号形成器形成器数字数字基带信号基带信号信道信道接收接收滤波器滤波器S(t)e(t)数字数字基带信号基带信号噪声噪声n(t)采样采样判决器判决器同步同步提取提取7计算机网络通信原理数字信号的基带传输接
7、收滤波器接收滤波器接收滤波器的主要作用是滤除带外噪声，均衡信接收滤波器的主要作用是滤除带外噪声，均衡信道特性，使输出的基带波形有利于采样判决。道特性，使输出的基带波形有利于采样判决。信道信号信道信号形成器形成器数字数字基带信号基带信号信道信道接收接收滤波器滤波器S(t)e(t)数字数字基带信号基带信号噪声噪声n(t)采样采样判决器判决器同步同步提取提取8计算机网络通信原理数字信号的基带传输采样判决器采样判决器抽样判决器是在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时抽样判决器是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刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输
8、出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。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，位定时的准确与否将直接影响判决效果。中提取，位定时的准确与否将直接影响判决效果。信道信号信道信号形成器形成器数字数字基带信号基带信号信道信道接收接收滤波器滤波器S(t)e(t)数字数字基带信号基带信号噪声噪声n(t)采样采样判决器判决器同步同步提取提取9计算机网络通信原理数字信号的基带传输基带系统的各点波形示意图基带系统的各点波形示意图a)是输入的基带信号；是输入的基带信号；b)是进行码型变换后的波是进行码型变换后的
9、波形；形；c)对对(a)而言进行了码型及而言进行了码型及波形的变换，是一种适波形的变换，是一种适合在信道中传输的波形；合在信道中传输的波形；d)是信道输出信号，（发是信道输出信号，（发生失真）；生失真）；e)是接收滤波器输出波形是接收滤波器输出波形,发生失真和噪声减弱；发生失真和噪声减弱；f)是位定时同步脉冲是位定时同步脉冲;g)为恢复的信息为恢复的信息误码误码10计算机网络通信原理数字信号的基带传输误码的原因误码的原因第第4个码元发生误码，误码的原因有二：个码元发生误码，误码的原因有二：一是信道加性噪声；一是信道加性噪声；二是传输总特性（包括收、发滤波器和信道的特性）不理二是传输总特性（包括
10、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，使码元之间相互想引起的波形延迟、展宽、拖尾等畸变，使码元之间相互串扰。串扰。此时，实际抽样判决值不仅有本码元的值，还有其他码元此时，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。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，声和减小码间串扰，这两点也正是本章讨论的重点。这两点也正是本章讨论的重点。11计算机网络通信原理数字信号的基带传输基带传输应解决的问题基带传输应解决的问题设计发送设计发送和接收
11、滤波器，选择适当的基带信号波形和码型，和接收滤波器，选择适当的基带信号波形和码型，使码间干扰尽可能小；使码间干扰尽可能小；根据最佳接收机原理，通过系统发送和接收滤波器的匹配，根据最佳接收机原理，通过系统发送和接收滤波器的匹配，在发送功率一定的条件下，使噪声对系统的影响最小。也在发送功率一定的条件下，使噪声对系统的影响最小。也就是使系统获得最大的输出信噪比，从而降低误码率。就是使系统获得最大的输出信噪比，从而降低误码率。在接收端采用均衡器来补偿和跟踪调整信道特性，使之尽在接收端采用均衡器来补偿和跟踪调整信道特性，使之尽可能理想。可能理想。12计算机网络通信原理数字信号的基带传输第六章第六章 数字
12、信号的基带传输数字信号的基带传输1.数字基带传输数字基带传输概述概述2.数字基带信号的波形和码型数字基带信号的波形和码型3.数字数字基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性4.基带脉冲传输的相关技术基带脉冲传输的相关技术13计算机网络通信原理数字信号的基带传输数字基带信号的波形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。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：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，不便于提取同有的含有丰富的直流和低频成
13、分，不便于提取同步信号；有的易于形成码间串扰步信号；有的易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。常用的波形是矩形脉冲。14计算机网络通信原理数字信号的基带传输传输码型的功率谱中应不含直流分量，同时低频分量要尽传输码型的功率谱中应不含直流分量，同时低频分量要尽量少量少满足这种要求的原因是满足这种要求的原因是PCM端机、再生中继器与电缆线路相互连端机、再生中继器与电缆线路相互连接时，需要安装变量器，以便实现远端供电（因设置无人站）以接时，需要安装变量器，以便实现远端供电（因设置无人站）以及平衡电路与不平衡电路的连接。
14、及平衡电路与不平衡电路的连接。传输码型的功率谱中高频分量应尽量少传输码型的功率谱中高频分量应尽量少这是因为一条电缆中包含有许多线对，线对间由于电磁感应会引这是因为一条电缆中包含有许多线对，线对间由于电磁感应会引起串音，且这种串音随频率的升高而加剧。起串音，且这种串音随频率的升高而加剧。对基带传输码型的要求对基带传输码型的要求15计算机网络通信原理数字信号的基带传输便于定时时钟的提取便于定时时钟的提取传输码型功率谱中应含有定时钟信息，以便再生中继器或接收端传输码型功率谱中应含有定时钟信息，以便再生中继器或接收端能提取必需的定时钟信息。能提取必需的定时钟信息。传输码型应具有一定的检测误码能力传输码
15、型应具有一定的检测误码能力数字信号在信道中传输时，由于各种因素的影响，有可能产生误数字信号在信道中传输时，由于各种因素的影响，有可能产生误码，若传输码型有一定的规律性，那么就可根据这一规律性来检码，若传输码型有一定的规律性，那么就可根据这一规律性来检测是否有误码，即做到自动监测，以保证传输质量。测是否有误码，即做到自动监测，以保证传输质量。对基带传输码型的要求对基带传输码型的要求16计算机网络通信原理数字信号的基带传输对信源统计依赖性最小对信源统计依赖性最小信道上传输的基带传输码型应具有对信源统计依赖最小的特性，信道上传输的基带传输码型应具有对信源统计依赖最小的特性，即对信源经信源编码后，直接
16、转换的数字信号的类型不应有任何即对信源经信源编码后，直接转换的数字信号的类型不应有任何限制（例如限制（例如“1”和和“0”出现的概率及连出现的概率及连“0”多少等）。多少等）。要求码型变换设备简单、易于实现要求码型变换设备简单、易于实现由信息源直接转换的数字信号不适合于直接在电缆信道中传输，由信息源直接转换的数字信号不适合于直接在电缆信道中传输，需经码型变换设备转换成适合于传输的码型，要求码型变换设备需经码型变换设备转换成适合于传输的码型，要求码型变换设备要简单、易于实现。要简单、易于实现。对基带传输码型的要求对基带传输码型的要求17计算机网络通信原理数字信号的基带传输数字基带传输的常用码型数
17、字基带传输的常用码型二元码二元码二元码二元码单极性非归零码单极性非归零码单极性非归零码单极性非归零码双极性非归零码双极性非归零码双极性非归零码双极性非归零码单极性归零码单极性归零码单极性归零码单极性归零码差分码（相对码）差分码（相对码）差分码（相对码）差分码（相对码）数字双相码数字双相码数字双相码数字双相码传号反转码传号反转码传号反转码传号反转码密勒码密勒码密勒码密勒码三元码三元码三元码三元码双极性双极性双极性双极性归零码归零码归零码归零码传号交替传号交替传号交替传号交替反转码反转码反转码反转码三阶高密度三阶高密度三阶高密度三阶高密度双极性码双极性码双极性码双极性码18计算机网络通信原理数字信
18、号的基带传输单极性非归零码单极性非归零码单极性非归零码记作单极性非归零码记作NRZ。在二元码中用高电平在二元码中用高电平A和低电平和低电平(常为零电平常为零电平)分别分别表示二进制信息表示二进制信息“1”和和“0”，在整个码元期间电，在整个码元期间电平保持不变。平保持不变。1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 A 019计算机网络通信原理数字信号的基带传输单极性单极性NRZ码特点码特点1.有直流分量；有直流分量；2.连连“0”或连或连“1”时不能直接提取位同步信时不能直接提取位同步信息；息；3.在信道上占用频带较窄；在信道上占用频带较窄；4.发送能量大，利于提高收端信噪比；发送能
19、量大，利于提高收端信噪比；5.对信道特性变化比较敏感。对信道特性变化比较敏感。20计算机网络通信原理数字信号的基带传输双极性非归零码双极性非归零码在二元码中用正电平和负电平分别表示在二元码中用正电平和负电平分别表示“1”和和“0”。整个码元期间电平保持不变。整个码元期间电平保持不变。在这种码型中不存在零电平。在这种码型中不存在零电平。1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 A-A21计算机网络通信原理数字信号的基带传输双极性双极性NRZ码特点码特点1.当当“1”和和“0”数目各占一半时无直流分量，数目各占一半时无直流分量，但当但当“1”和和“0”出现概率不相等时，仍有直出现概率不相
20、等时，仍有直流成份；流成份；2.连连“0”或连或连“1”时仍不能直接提取位同步信时仍不能直接提取位同步信息；息；3.对信道特性变化不敏感；对信道特性变化不敏感；4.可在电缆等无接地线上传输。可在电缆等无接地线上传输。22计算机网络通信原理数字信号的基带传输单极性归零码单极性归零码单极性归零码常记作单极性归零码常记作RZ(L)。发送发送“l l”时，在整个码元期间高电平只持续一段时间，时，在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。在码元的其余时间内则返回到零电平。它是其它码型提取同步信号需采用的一个过渡码型。它是其它码型提取同步信号需采用的一个过渡码型。1 1 1 0
21、 1 0 0 1 0 0 0 1 1 A 023计算机网络通信原理数字信号的基带传输差分码（相对码）差分码（相对码）差分码记作差分码记作NRZI，也称相对码，或不归零交替反转码。，也称相对码，或不归零交替反转码。在差分码中，在差分码中，“1”、“0”分别用电平跳变或不变来表示。分别用电平跳变或不变来表示。若用电平跳变来表示若用电平跳变来表示“1”，则称为传号差分码，则称为传号差分码，记作，记作NRZ(M)。若用电平跳变来表示。若用电平跳变来表示“0”，则称为空号差分码，则称为空号差分码，记作记作NRZ(S)。用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响，特别用差分波形传送代码可以消除设备初始状
22、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。是在相位调制系统中用于解决载波相位模糊问题。1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 A 0NRZ(M)24计算机网络通信原理数字信号的基带传输数字双相码数字双相码数字双相码又称为分相码或曼彻斯特码。它用一个周期的数字双相码又称为分相码或曼彻斯特码。它用一个周期的方波方波 表示表示“1”，而用它的反相波形表示，而用它的反相波形表示“0”。特点：自含同步时钟，没有直流输出。但编码效率仅为特点：自含同步时钟，没有直流输出。但编码效率仅为50%。010111001100110100110代码：代码：双相码双相码：+A 0-A25计算
23、机网络通信原理数字信号的基带传输传号反转码传号反转码传号反转编码传号反转编码(CMI码码)与数字双相码类似，也是一种二电与数字双相码类似，也是一种二电平非归零码。平非归零码。编码规则为：编码规则为：“l l”用交替的用交替的“0 00 0”和和“1 11 1”两位码组表两位码组表示，而示，而“0 0”则固定地用则固定地用“0 10 1”表示表示。特点：含有丰富的定时信息，具有检错功能。特点：含有丰富的定时信息，具有检错功能。1 1 0 1 0 0 1 0+A 0-A26计算机网络通信原理数字信号的基带传输密勒码密勒码密勒码又称延迟调制，它是数字双相码的一种变型。密勒码又称延迟调制，它是数字双相
24、码的一种变型。在密勒码中，在密勒码中，“1”用码元周期中点处出现跳变来表示，而用码元周期中点处出现跳变来表示，而对于对于“0”则有两种情况：当出现单个则有两种情况：当出现单个“0”时，在码元周时，在码元周期内不出现跳变；但若遇到连期内不出现跳变；但若遇到连“0”时，则在前一个时，则在前一个“0”结束结束(也就是后一个也就是后一个“0”开始开始)时出现电平跳变。时出现电平跳变。1 1 0 1 0 0 1+A 0-A27计算机网络通信原理数字信号的基带传输+E-E双极性归零码双极性归零码三元码幅度取值有三个：三元码幅度取值有三个：+1、0、-1。三元码种类很多，被广泛地用作脉冲编码调制的线三元码种
25、类很多，被广泛地用作脉冲编码调制的线路传输码型。双极性归零码是其中之一。路传输码型。双极性归零码是其中之一。双极性归零码双极性归零码除了具有双极性不归零波形的特点外，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。还有利于同步脉冲的提取。1 0 1 0 0 1 1 028计算机网络通信原理数字信号的基带传输传号交替反转码传号交替反转码AMIAMI码的全称是传号交替反转码。码的全称是传号交替反转码。编码规则：将消息代码编码规则：将消息代码“0”(空号空号)仍变换为传输仍变换为传输码的码的0；将消息代码；将消息代码“1”(传号传号)交替地变换为传交替地变换为传输码的输码的+1、-1、+1
26、、-1、。例如：例如：消息代码：消息代码：1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1.AMI码：码：+1 0 0-1+1 0 0 0-1+1-1.29计算机网络通信原理数字信号的基带传输AMI码的特点码的特点由于由于AMI码的传号交替反转，故由它决定的基带信号将出码的传号交替反转，故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而现正负脉冲交替，而0电位保持不变的规律。电位保持不变的规律。因此，这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因此，这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。码型具有一定检错
27、能力；若接收端收到的码元极性与发送码型具有一定检错能力；若接收端收到的码元极性与发送端完全相反，端完全相反，也能正确判决。也能正确判决。但是，但是，AMI码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连的连时，由于它可能出现长的连的连0串，因而会造成提取定串，因而会造成提取定时信号的困难。时信号的困难。30计算机网络通信原理数字信号的基带传输三阶高密度双极性码（三阶高密度双极性码（HDB3）编码规则：编码规则：先把消息代码变换成先把消息代码变换成AMIAMI码，当没有码，当没有4 4个连个连0 0串时，结束串时，结束编码；编码；当出现当出
28、现4 4个以上连个以上连0 0串时，则将第串时，则将第4 4个个0 0变换成与其前一非变换成与其前一非0 0符号同极性的符号，称为破坏脉冲符号同极性的符号，称为破坏脉冲V(V(即即+1+1记为记为+V+V，-1-1记记为为-V)-V)。当相邻当相邻V V符号之间有奇数个非符号之间有奇数个非0 0符号时，结束编码；符号时，结束编码；当有偶数个非当有偶数个非0 0符号时，将该小段的第符号时，将该小段的第1 1个个0 0变换成变换成+B+B或或-B-B，B B符号的极性与前一非符号的极性与前一非0 0符号的相反，并让后面的非符号的相反，并让后面的非0 0符符号从号从V V符号开始再交替变化。符号开始
29、再交替变化。31计算机网络通信原理数字信号的基带传输三阶高密度双极性码（三阶高密度双极性码（HDB3）编码示例：编码示例：例如：例如：代码：代码：1000 0 1000 0 1 1 000 0 1 1AMI码：码：-1000 0 +l 000 0 -1 +1 000 0 -1 +1HDB3码：码：-1000-V +l 000 +V -1 +1 -B00 -V +1 -1特点：特点：（1）和）和AMI码的大多数特点相同。码的大多数特点相同。（2）连）连0串不超过串不超过3个，便于提取定时分量。个，便于提取定时分量。（3）编码复杂，解码设备简单。）编码复杂，解码设备简单。32计算机网络通信原理数字
30、信号的基带传输AMI码和码和HDB3码之例码之例33计算机网络通信原理数字信号的基带传输第六章第六章 数字信号的基带传输数字信号的基带传输1.数字基带传输数字基带传输概述概述2.数字基带信号的波形和码型数字基带信号的波形和码型3.数字数字基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性4.基带脉冲传输的相关技术基带脉冲传输的相关技术34计算机网络通信原理数字信号的基带传输基带数字信号的频谱特性基带数字信号的频谱特性分析随机脉冲序列的功率谱可以知道信号功率的分布，根据分析随机脉冲序列的功率谱可以知道信号功率的分布，根据主要功率集中在哪个频段，便可确定信号带宽，进而考虑信主要功率集中在哪个频段，便可确定信号带
31、宽，进而考虑信道带宽和传输网络（滤波器、均衡器等）的传输函数等。道带宽和传输网络（滤波器、均衡器等）的传输函数等。随机脉冲序列的功率谱密度可能包括连续谱及离散谱两个部随机脉冲序列的功率谱密度可能包括连续谱及离散谱两个部分。分。利用离散谱是否存在这一特点，可以明确能否从脉冲序列中利用离散谱是否存在这一特点，可以明确能否从脉冲序列中直接提取所需的离散分量和采取怎样的方法可以从序列中获直接提取所需的离散分量和采取怎样的方法可以从序列中获得所需的离散分量，以便在接收端用这些成份作位同步定时得所需的离散分量，以便在接收端用这些成份作位同步定时等。等。35计算机网络通信原理数字信号的基带传输基带数字信号的
32、表达式基带数字信号的表达式设设S(t)是一个二进制的随机脉冲序列，是一个二进制的随机脉冲序列，Ts为每一码元的宽度；为每一码元的宽度；g1(t)和和g2(t)分别表示符号分别表示符号“0”和和“1”对应的脉冲信号，对应的脉冲信号，它们出现的概率分别为它们出现的概率分别为P和和1-P，且为统计独立；，且为统计独立；an是第是第n个信息符号所对应的电平值。个信息符号所对应的电平值。则：则：36计算机网络通信原理数字信号的基带传输数字信号的功率谱密度数字信号的功率谱密度数字基带信号一般是随机信号，用功率谱密度来描述其频数字基带信号一般是随机信号，用功率谱密度来描述其频谱特性。谱特性。s(t)的功率谱
33、密度可表示为：的功率谱密度可表示为：截取时间截取时间T为为T=(2N+1)Ts，式中，式中，N为一个足够大的数值。为一个足够大的数值。则则 sT(t)就可表示成：就可表示成：则：则：37计算机网络通信原理数字信号的基带传输数字基带信号的功率谱特点数字基带信号的功率谱特点随机脉冲序列的功率谱密度可能包含连续谱和离随机脉冲序列的功率谱密度可能包含连续谱和离散谱。散谱。对于连续谱而言，由于代表数字信息的对于连续谱而言，由于代表数字信息的g1(t)及及g2(t)不能完全相同，故不能完全相同，故G1(f)G2(f)，因而连续因而连续谱总是存在的；谱总是存在的；而离散谱是否存在，取决而离散谱是否存在，取决
34、g1(t)和和g2(t)的波形及其出现的概率的波形及其出现的概率p。38计算机网络通信原理数字信号的基带传输数字基带信号的功率谱特点数字基带信号的功率谱特点随机序列的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函随机序列的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数数G1(f)或或G2(f)，两者之中应取较大带宽的一个，两者之中应取较大带宽的一个作为序列带宽。其带宽等于脉宽作为序列带宽。其带宽等于脉宽的倒数，即的倒数，即B=1/。利用离散谱是否存在这一特点，可以明确是否可利用离散谱是否存在这一特点，可以明确是否可以提取同步信号以提取同步信号1/Ts。39计算机网络通信原理数字信号的基带传输矩形脉冲信号的频谱函数分布于
35、整个频率轴上，而其主要矩形脉冲信号的频谱函数分布于整个频率轴上，而其主要能量集中在直流和低频段。能量集中在直流和低频段。数字信号的功率谱数字信号的功率谱40计算机网络通信原理数字信号的基带传输二进制数字信号序列的功率谱曲线二进制数字信号序列的功率谱曲线41计算机网络通信原理数字信号的基带传输第六章第六章 数字信号的基带传输数字信号的基带传输1.数字基带传输数字基带传输概述概述2.数字基带信号的波形和码型数字基带信号的波形和码型3.数字数字基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性4.基带脉冲传输的相关技术基带脉冲传输的相关技术42计算机网络通信原理数字信号的基带传输基带传输系统的模型基带传输系统的模
36、型d(t)为发送滤波器的输入信号；为发送滤波器的输入信号；s(t)为发送滤波器的输出信号；为发送滤波器的输出信号；n(t)为信道噪声为信道噪声r(t)为接收滤波器的输出信号为接收滤波器的输出信号GT()C()GR()识别识别电路电路+d(t)s(t)r(t)nR(t)发送发送滤波器滤波器传输传输信道信道n(t)接收接收滤波器滤波器43计算机网络通信原理数字信号的基带传输1.基带传输系统的码间干扰基带传输系统的码间干扰在数字基带系统模型中，接收端的识别电路将对接收滤波在数字基带系统模型中，接收端的识别电路将对接收滤波器的输出信号器的输出信号r(t)进行抽样判决，造成判决错误的主要原进行抽样判决，
37、造成判决错误的主要原因一方面是噪声，另一方面就是由于传输特性（包括发、因一方面是噪声，另一方面就是由于传输特性（包括发、收滤波器和信道特性）不良引起的码间干扰。收滤波器和信道特性）不良引起的码间干扰。在对第在对第k个码元个码元ak进行判决时，进行判决时，码间干扰值是除第码间干扰值是除第k个码元个码元以外的其他码元波形在第以外的其他码元波形在第k个抽样时刻上的总和，它对当个抽样时刻上的总和，它对当前码元前码元ak的判决起着干扰的作用，亦称为码间串扰的判决起着干扰的作用，亦称为码间串扰。44计算机网络通信原理数字信号的基带传输基带传输系统的特性基带传输系统的特性 码间干扰的大小取决于码间干扰的大小
38、取决于码间干扰的大小取决于码间干扰的大小取决于a an n和系统输出波形和系统输出波形和系统输出波形和系统输出波形g gR R(t(t)在抽样时在抽样时在抽样时在抽样时刻上的取值。然而刻上的取值。然而刻上的取值。然而刻上的取值。然而 a an n是随信息内容变化的，从统计观点看，是随信息内容变化的，从统计观点看，是随信息内容变化的，从统计观点看，是随信息内容变化的，从统计观点看，它总是以某种概率随机取值的。系统响应它总是以某种概率随机取值的。系统响应它总是以某种概率随机取值的。系统响应它总是以某种概率随机取值的。系统响应 g gR R(t(t)却仅依赖却仅依赖却仅依赖却仅依赖于发送滤波器至接收
39、滤波器的传输特性于发送滤波器至接收滤波器的传输特性于发送滤波器至接收滤波器的传输特性于发送滤波器至接收滤波器的传输特性 H(H()。H(H()可看作是发送、接收滤波器和信道的总特性，即可看作是发送、接收滤波器和信道的总特性，即可看作是发送、接收滤波器和信道的总特性，即可看作是发送、接收滤波器和信道的总特性，即H(H()=G)=GT T()C()G()C()GR R()()45计算机网络通信原理数字信号的基带传输无码间干扰时的基带传输特性无码间干扰时的基带传输特性无码间干扰时基带传输特性应满足无码间干扰时基带传输特性应满足:结论结论:若基带系统的总特性若基带系统的总特性H()能符合能符合Heq(
40、)的要求，即的要求，即可消除码间干扰。可消除码间干扰。46计算机网络通信原理数字信号的基带传输理想低通传输函数理想低通传输函数当当H()为理想低通型时，有为理想低通型时，有H()的示意图及其冲激响应的示意图及其冲激响应h(t)波形如下图所示，其中波形如下图所示，其中h(t)是是H()的傅里叶反变换，的傅里叶反变换，h(t)为为 47计算机网络通信原理数字信号的基带传输奈奎斯特第一准则奈奎斯特第一准则对于理想低通的传输函数，输入数据若以对于理想低通的传输函数，输入数据若以1/Ts波特速率进波特速率进行传送时，则在抽样时刻上的码间干扰是不存在的；行传送时，则在抽样时刻上的码间干扰是不存在的；同时，
41、如果该系统用高于同时，如果该系统用高于1/Ts波特的码元速率传送时，将波特的码元速率传送时，将存在码间干扰。存在码间干扰。考虑到系统的频带宽度为考虑到系统的频带宽度为1/2Ts，而最高码元速率为，而最高码元速率为1/Ts，故这时的系统最高频带利用率为故这时的系统最高频带利用率为2波特波特/赫。赫。设系统带宽为设系统带宽为W(赫兹赫兹)，则该系统无码间干扰时最高的传，则该系统无码间干扰时最高的传输速率为输速率为2W(波特波特)，这个传输速率通常被称为，这个传输速率通常被称为奈奎斯特奈奎斯特速率速率48计算机网络通信原理数字信号的基带传输奈奎斯特第二准则奈奎斯特第二准则有控制地在某些码元的抽样时刻
42、引入码间干扰，有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间干扰，而在其余码元的抽样时刻无码间干扰，那么就能而在其余码元的抽样时刻无码间干扰，那么就能使频带利用率提高到理论上的最大值，同时又可使频带利用率提高到理论上的最大值，同时又可以降低对定时精度的要求。这种波形称为部分响以降低对定时精度的要求。这种波形称为部分响应波形。应波形。利用部分响应波形进行传送的基带传输系统称为利用部分响应波形进行传送的基带传输系统称为部分响应系统部分响应系统。49计算机网络通信原理数字信号的基带传输2.部分响应技术部分响应技术让两个时间上相隔一个码元让两个时间上相隔一个码元Ts的的sinx/x波形相加，如下图波形相加，如下
43、图所示，则相加后的波形为所示，则相加后的波形为g(t)，式中，式中，W为奈奎斯特频率为奈奎斯特频率间隔，即间隔，即W=1/(2Ts)。50计算机网络通信原理数字信号的基带传输部分响应波形部分响应波形 第一，第一，第一，第一，g g(t t)的尾巴幅度与的尾巴幅度与的尾巴幅度与的尾巴幅度与t t2 2成反比。成反比。成反比。成反比。第二，若用第二，若用第二，若用第二，若用g g(t t)作为传送波形，且传送码元间隔为作为传送波形，且传送码元间隔为作为传送波形，且传送码元间隔为作为传送波形，且传送码元间隔为T TS S，则，则，则，则在抽样时刻上仅发生发送码元与其前后码元相互干扰，而在抽样时刻上仅
44、发生发送码元与其前后码元相互干扰，而在抽样时刻上仅发生发送码元与其前后码元相互干扰，而在抽样时刻上仅发生发送码元与其前后码元相互干扰，而与其他码元不发生干扰。与其他码元不发生干扰。与其他码元不发生干扰。与其他码元不发生干扰。由于这时的干扰是确定的，故仍可按由于这时的干扰是确定的，故仍可按由于这时的干扰是确定的，故仍可按由于这时的干扰是确定的，故仍可按1/1/T TS S传输速率传送码传输速率传送码传输速率传送码传输速率传送码元。元。元。元。51计算机网络通信原理数字信号的基带传输3.眼图眼图所谓眼图是示波器显示的一种图形，因为在传输所谓眼图是示波器显示的一种图形，因为在传输二进制信号波形时，它
45、很像人的眼睛。二进制信号波形时，它很像人的眼睛。观察眼图的方法是观察眼图的方法是:用一个示波器跨接在接收滤用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端波器的输出端,然后调整示波器水平扫描周期然后调整示波器水平扫描周期,使其与接收码元的周期同步。使其与接收码元的周期同步。此时可以从示波器显示的图形上此时可以从示波器显示的图形上,观察出码间干观察出码间干扰和噪声的影响扰和噪声的影响,从而估计系统性能的优劣程度。从而估计系统性能的优劣程度。52计算机网络通信原理数字信号的基带传输基带信号波形及眼图基带信号波形及眼图图图(a)是无码间干扰的基带脉冲序列，图是无码间干扰的基带脉冲序列，图(c)是对应的眼图；是对
46、应的眼图；图图(b)是有码间干扰的基带脉冲序列，图是有码间干扰的基带脉冲序列，图(d)是对应的眼图。是对应的眼图。53计算机网络通信原理数字信号的基带传输如何观察眼图如何观察眼图眼图中央的垂直线即表示最佳的抽样时刻，信号取值为眼图中央的垂直线即表示最佳的抽样时刻，信号取值为1，眼图中央的横轴位置即为最佳的判决门限电平。眼图中央的横轴位置即为最佳的判决门限电平。当波形存在码间干扰时，在抽样时刻得到的信号取值不再当波形存在码间干扰时，在抽样时刻得到的信号取值不再等于等于1，而分布在比，而分布在比1小或比小或比-1大的附近，因而眼图将部分大的附近，因而眼图将部分地闭合。地闭合。眼图的眼图的“眼睛眼睛
47、”张开大小将反映着码间干扰的强弱。张开大小将反映着码间干扰的强弱。当存在噪声时，噪声叠加在信号上，因而眼图的线迹更不当存在噪声时，噪声叠加在信号上，因而眼图的线迹更不清晰，于是清晰，于是“眼睛眼睛”张开就更小。张开就更小。54计算机网络通信原理数字信号的基带传输4.均衡技术均衡技术理论和实践均表明，在基带系统中插入一种可调理论和实践均表明，在基带系统中插入一种可调(或不可调或不可调)滤波器就可以补偿整个系统的幅频和相频特性，从而滤波器就可以补偿整个系统的幅频和相频特性，从而能减小能减小码间干扰的影响。码间干扰的影响。这个对系统校正的过程称为均衡。实现均衡的滤波器称为均这个对系统校正的过程称为均
48、衡。实现均衡的滤波器称为均衡器。衡器。均衡分为均衡分为频域均衡频域均衡和和时域均衡时域均衡：频域均衡从频率响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的频域均衡从频率响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真的传输条件；总传输函数满足无失真的传输条件；时域均衡是直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个时域均衡是直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰的条件。系统的冲激响应满足无码间串扰的条件。55计算机网络通信原理数字信号的基带传输时域均衡原理时域均衡原理 时域均衡的基本思想是利用波形补偿的方法将失真的波形时域均衡的基本思想是利用波形补偿的方法将失真的波形直接加以校正，这可以利用观察波形的方法直接调节。时直接加以校正，这可以利用观察波形的方法直接调节。时域均衡器又称横向滤波器。域均衡器又称横向滤波器。在接收滤波器之后插入一个横向滤波器在接收滤波器之后插入一个横向滤波器，其冲激响应为，其冲激响应为hT(t)，其中的，其中的 Cn完全依赖于完全依赖于H(),那么那么,理论上就可消除抽理论上就可消除抽样时刻上的码间干扰。样时刻上的码间干扰。56计算机网络通信原理数字信号的基带传输横向均衡器构成横向均衡器构成在抽样时刻在抽样时刻KTs+T0:除除k=0 外，我们期望所有的外，我们期望所有的yk 都等于都等于0，适当选择适当选择Ci57