数字基带信号通信系统2007-09-24 16:40:29 阅读1500 评论3 字号：大中小订阅一,数字基带信号1.数字基带信号所谓数字基带信号，就是消息代码的电波形。
数字基带信号的类型很多，本节以由矩形脉冲构成的基带信号为例，主要研究这些基带信号的时域波形、频谱波形以及功率谱密度波形。
单极性不归零信号：设消息代码由二进制符号0、1组成，则单极性不归零信号的时域波形如图5-2-1所示，其中基带信号的0电位对应于二进制符号0;正电位对应于二进制符号1。
单极性不归零信号在一个码元时间内，不是有电压(或电流),就是无电压(或电流),电脉冲之间没有间隔，不易区分识别，归零码可以改善这种情况。
单极性不归零信号的频域波形和功率谱密度波形分别如图所示。
(1) 时域波形单极性不归零信号的时域波形(2) 频谱波形单极性不归零信号的频谱图(3) 功率谱密度波形单极性不归零信号的功率谱密度单极性归零信号：设消息代码由二进制符号0、1组成，则单极性归零信号的时域波形如图5-2-4所示，发"1"码时对应于正电位，但持续时间短于一个码元的时间宽度，即发出一个窄脉冲，当发"0"码时，仍然完全不发送电流，所以称这种信号为单极性归零信号。
单极性归零信号的频域波形和功率谱密度波形分别如图5-2-5、图5-2-6所示。
(1) 时域波形单极性归零信号的时域波形(2) 频谱波形单极性归零信号的频谱图(3) 功率谱密度波形单极性归零信号的功率谱密度双极性不归零信号：设消息代码由二进制符号0、1组成，则双极性不归零信号的时域波形如图5-2-7所示，其中基带信号的负电位对应于二进制符号0;正电位对应于二进制符号1。
双极性不归零信号的频域波形和功率谱密度波形分别如图所示。
(1) 时域波形双极性不归零信号的时域波形(2) 频谱波形双极性不归零信号的频谱图(3) 功率谱密度波形双极性不归零信号的功率谱密度双极性归零信号：双极性归零信号是双极性波形的归零形式，双极性归零信号的时域波形如图5-2-10所示，其中负的窄脉冲对应于二进制符号0;正的窄脉冲对应于二进制符号1，此时对应每一符号都有零电位的间隙产生，即相邻脉冲之间有零电位的间隔。
双极性归零信号的频域波形和功率谱密度波形分别如图所示。
(1) 时域波形双极性归零信号的时域波形(2) 频谱波形双极性归零信号的频谱图(3) 功率谱密度波形双极性归零信号的功率谱密度 2.数字信号的基带传输一个数字通信系统的模型可由图表示。
数字通信系统模型从消息传输角度看，该系统包括了两个重要的变换:(1) 消息与数字基带信号之间的变换；(2) 数字基带信号与信道信号之间的变换。
通常，前一个变换由发收终端设备来完成，它把无论是离散的还是连续的消息转换成数字的基带信号；而后一变换则由调制和解调器完成。
然而，在数字通信中并非所有通信系统都要经过以上两个变换过程，在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，可以不经过调制和解调过程而让数字基带信号直接进行传输，我们称之为数字信号的基带传输。
与此相应，另外一些信道，比如在无线信道和光信道中，数字基带信号则必须经过调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输，我们把这种传输称为数字信号的频带传输。
二,数字基带信号码型介绍1.数字基带信号的码型数字基带信号的码型设计原则数字基带信号是数字信号的电脉冲表示，不同形式的数字基带信号具有不同的频谱结构，合理地设计数字基带信号以使数字信息变换为适合于信道传输特性的频谱结构，是基带传输首先要考虑的问题。
通常又把数字信息的电脉冲表示过程称为码型变换，在有线信道中传输的数字基带信号又称为线路传输码型。
数字基带信号的频谱中含有丰富的低频分量乃至直流分量。
当传输距离很近时，高频分量衰减也不大。
但是数字设备之间长距离有线传输时，高频分量衰减随距离的增加而增大，同时信道中通常还存在隔直流电容或耦合变压器，因而传输频带的高频和低频部分均受限。
所以，在设计数字基带信号码型时应考虑以下原则:(1) 线路传输码的频谱中无直流分量和只有很小的低频分量;(2) 线路传输码的编译码过程应与信源的统计特性无关;(3) 便于从基带信号中提取定时信息;(4) 基带传输信号具有内在的检错能力;(5) 尽可能提高传输码型的传输效率。
以上各项原则并不是任何基带传输码型均能完全满足，通常是根据实际要求满足其中的若干项。
AMI码：AMI码即传号交替反转码。
HDB3码：HDB3码即三阶高密度双极性码。
PST码：PST码即成对选择三进码。
Manchester码：Manchester码又称双相码。
CMI码:CMI码又称传号反转码。
Miller码又称延迟调制码2.AMI码(1)编码规则:消息代码中的0 传输码中的0消息代码中的1 传输码中的+1、-1交替例如:消息代码:1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1AMI码: +1 0 -1 0 +1 0 0 0 -1 0 +1 -1 +1(2)AMI码的特点:a 由AMI码确定的基带信号中正负脉冲交替，而0电位保持不变;所以由AMI码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量;b 不易提取定时信号，由于它可能出现长的连0串。
(3)解码规则从收到的符号序列中将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码3.基带脉冲传输与码间干扰能够表示数字信息的基带波形可以有多种形式，其中较常见的基本波形是以其幅度有无或正负来表示数字信息的形式。
本节在此基础上讨论基带脉冲传输的基本特点。
首先，我们来看一下基带信号传输系统的典型模型，如图所示。
基带传输系统方框图为了便于分析，把数字基带信号的产生过程分成码型编码和波形形成两步，码型编码的输出信号为脉冲序列，波形形成网络将每个脉冲转换成一定波形的信号。
传输信道是广义的，它可以是传输介质，也可以是带调制解调器的调制信道。
接收滤波器的作用是:使噪声尽量地得到抑制，而使信号通过。
抽样判决器将收到的波形恢复成脉冲序列，最后经码型译码，得到发送端所要传输的原始信息码元。
4.部分响应系统(1)虽然理想低通能达到无码间干扰且频带最节省，但要求系统的码元速率和取样定时十分准确，另外物理上难以实现。
(2)等效理想低通传输特性，例如升余弦滚降特性，这种特性的单位冲激响应的“尾巴”衰减较快，对定时要求不像理想低通那样严格，但所需的频带变宽了，频带利用率下降了。
因此，高的频带利用率和系统单位冲激响应的“尾巴”衰减快是相互矛盾的，能否寻求一种可实现的传输系统，它允许存在一定的，受控制的符号间干扰。
而在接收端可以消除，这样的系统既能使频带利用率提高到理论上的最大值，又可降低对定时取样精度的要求，这类系统称为部分响应系统。
三,滤波器的结构1.基带传输中的时域均衡均衡的基本概念及分类在基带传输中，除了噪声，符号间干扰是影响传输质量的主要因素。
尽管在设计系统形成滤波器时是按照奈氏第一准则的要求，但是，在实际通信时，总的传输特性将会偏离理想特性，这就会引起符号间干扰，要克服这种偏离采用均衡。
均衡器又分为频域均衡器和时域均衡器。
频域均衡的思路是利用幅度均衡器和相位均衡器来补偿传输系统的幅频和相频特性的不理想性，以达到所要求的理想形成波形，从而消除符号间干扰，是以保持形成波形的不失真为出发点的；时域均衡的思路是根据大多数高、中速数据传输设备的判决可靠性，都是建立在消除取样点的符号间干扰的基础上，并不要求传输波形的所有细节都与奈氏准则所要求的理想波形一致，利用接收波形本身来进行补偿，消除取样点的符号间干扰，提高判决的可靠性。
时域均衡是对信号在时域上进行处理，较之频域均衡更为直接和直观。
本节主要讨论时域均衡的基本原理。
2.横向滤波器的结构横向滤波器，由无限多的按横向排列的延迟单元及抽头系数构成，抽头间隔等于码元周期，每个抽头的延时信号经加权后送入一个相加电路后输出。
如图所示。
每个抽头的加权系数是可调的。
3.多进制数字频率调制的原理多进制数字频率调制是二进制数字频率健控方式的推广。
本节只简单介绍一个多进制频率调制系统的调制和解调的原理。
图中给出了MFSK调制器的方框图，调制是采用频率选择法实现，种频率由位输入信息确定多进制频率调制系统的调制方框图串并变换电路和逻辑电路将输入的二进制码转换成多进制码。
当某组二进制码到来时，逻辑电路的输出仅打开相应的一个门电路，将和该门电路相应的载波发送出去;其他频率对应的门电路此时是关闭的。
当一组组二进制码元输入时，通过相加器输出的就是一个多进制频率键控的波形。
多进制频率调制系统的解调方框图多进制频率调制系统的解调方框图如图6-6-7所示，解调器M由个带通滤波器、M个包络检波器及一个抽样判决器和相关的逻辑电路组成。
各带通滤波器的中心频率分别是M个载频的频率。
当某一载频输入时，只有一个带通滤波器有信号及噪声通过，而其他带通滤波器只有噪声通过。
抽样判决器通过比较在抽样时刻上各包络检波器的输出电压，选出最大值作为输出。
4.最小移频键控(MSK)方式最小移频键控(MSK)是移频键控(FSK)的一种改进型。
在FSK方式中，相邻码元的频率不变或者跳变一个固定值。
在两个相邻的频率跳变的码元之间，其相位通常是不连续的。
MSK是对FSK信号作某种改进，使其相位始终保持连续不变的一种调制。
最小移频键控又称快速移频键控(FFSK)。
这里“最小”指的是能以最小的调制指数(即0.5)获得正交信号;而“快速”指的是对于给定的频带，它能比PSK传送更高的比特速率。
四,通信原理相关知识1.超宽带无线通信技术简介摘要：本文首先介绍了超宽带（UWB）技术的定义及其频谱规划情况，分析了UWB的调制与多址技术，然后介绍了目前IEEE 802.15.3 SG3a建议使用的UWB路径损耗模型及多径信道模型，最后展望了UWB技术的应用前景及目前发展状况与需要进一步研究的问题。
引言超宽带技术不同于其它无线通信技术，它具有隐蔽性好、抗多径和窄带干扰能力强、传输速率高、系统容量大、穿透能力强、低功耗、系统复杂度低等一系列优点，而且可以重复利用频谱，解决频谱拥挤不堪的问题。
超宽带的概念UWB的定义超宽带的定义经历了以下几个阶段：1989年前，超宽带信号主要是通过发射极短脉冲获得，这种技术广泛用于雷达领域并使用脉冲无线电这个术语，属于无载波技术。
1989年美国国防部（DARPA）首次使用超宽带这个术语，并规定若一个信号在20dB处的绝对带宽大于1.5GHz或分数带宽大于25％，则这个信号就是超宽带信号。
2002年FCC颁布了UWB的频谱规划，并规定只要一个信号在10dB处的绝对带宽大于0.5GHz或分数带宽大于20％，则这个信号就是超宽带信号。
这个定义使得超宽带信号不再局限于脉冲发射，分数带宽定义为：其中，f_{H}、f_{L}分别为系统的高端和低端频点。
