第5章 数字基带传输系统
5.1 学习指导
5.1.1 要点
本章的要点主要有数字基带传输系统结构及各部件功能；基带信号常用波形及其频谱特性；基带传输常用码型的编译及其特点；码间串扰和奈奎斯特第一准则；理想低通传输特性和奈奎斯特带宽；升余弦滚将特性；第一类部分响应系统；无码间串扰基带系统的抗噪声性能；眼图和均衡的概念。
1.数字基带传输系统
数字基带传输系统：不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，其基本结构如图5-1所示。主要有发送滤波器、信道、接收滤波器、同步提取电路以及抽样判决器组成。发送滤波器用于产生适合于信道中传输的基带信号波形。信道是基带信号传输媒质（通常为有线信道）。加性n(t)是均值为零的高斯白噪声。接收滤波器的功能接收有用信号，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。同步提取即从接收信号中提取用来抽样的定位脉冲。抽样判决器用来对对接收滤波器的输出波形进行抽样、判决和再生（恢复基带信号）。
图5 - 1 数字基带传输系统的原理方框图发送滤波器信道接收滤波器抽样、判决器e(t)n(t)位同步提取y(t)
2.数字基带信号及其频谱特性
(1) 数字基带信号
数字基带信号用不同的电平或脉冲来表示不同的消息代码。数字基带信号的单个脉冲有矩形脉冲、余弦脉冲、升余弦脉冲、高斯脉冲等等形式。常用的基本信号波形有：单极性与双极性波形、不归零码与归零码波形、差分波形、多电平波形等。
数字基带信号通常是一个随机的脉冲序列。若其各码元波形相同而电平取值不同，则可表示为
()()nsnstagtnT (5-1) 式(5-1)中，an 是第n个码元所对应的电平值（随机量）；Ts为码元持续时间；g(t)为某种脉冲波形。一般情况下，数字基带信号可表示为
()()nnstst (5-2)
第5章 数字信号基带传输
知识点：
(1 信号设计——码型、波形是数字编码传输的基础；
(2 随机数字波形序列的功率谱特性；
(3 数字基带信号传输系统构成及其主要知识；
(4 消除符号间干扰理论——Nyquist 准则基本原理及实施技术；
(5 均衡的基本概念。
知识点层次：
(1 掌握主要码型如双极性不归零码、AMI 、差分码等构成特点，理解其他码型特征；
(2 理解功率谱构成特征，掌握决定功率谱的主要参量；
(3 掌握奈氏第一准则及有关参数、关系，理解第二准则基本思想；
(4 了解均衡目的及主要做法；
(5 掌握并理解各典型例题及简答填空内容。
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讨论了三个问题：
（1）发送信号的码型与波形选择及其功率谱特征；
（2）符号间干扰及奈奎斯特准则——关于ISI 的产生机理与消除ISI 的基本原理；
（3）作为消除ISI 及其它噪声、干扰影响，进行的接收波形均衡，以及直观评价接收效果的方法（眼图）。 现分别总结如下：
1. 数字基带信号码型与波形设计（选择），首先应适于通信传输的基本要求，尽可能保证较高的可靠性及带宽利用率。常用码型针对不同的要求，各有不同特点。就二元信号来说，NRZ 、AMI 、CMI 、差分码等各有优势，并有很好的功率谱特性。HDB 3码多用于PCM 基群线路码型，以及A 律PCM 各次群。从减少平均误差来看，自然码不如格雷码。
用什么形状的波形表示各种码型，也需考究。通常为便于介绍原理，多利用方波，这样单符号能量似乎最大。从减少ISI 及适应限带信道特性系统来看，方波并不是最佳的。
另外，还应考虑二元或多元符号波形之间的正交性，以利较佳接收，如NRZ 、AMI 、CMI 等，均具有正交性或变相正交，抗干扰能力强。
数字基带信号的传输系统，较多为收发同步模式。便于收端提取同步，往往是选择码型的主要考虑之一。
2. 数字基带信号作为随机信号采样，它具有具体的自相关函数及相互确定的功率谱。它完全取决于三原则先验概率、码型波形形状及传输速率或码间间隔。由于功率谱去瓣包含了信号90%以上能量，因此，可以方便地以静峰确定带宽。良好的波形应当是其功率谱衰减收敛快，去瓣能量大。
74 第五章 数字信号的基带传输系统
基带传输：将数字基带信号直接送入信道传输，就称之为基带传输。
频带传输：为了适应信道传输而将基带信号进行调制，即将基带信号的频谱搬移到某一高频处，变为频带信号进行传输，这种传输频带信号的方式称为频带传输方式。
本章的主要内容有：数字基带传输中常用的传输码型以及怎样解决传输中的误码问题等等。
5.1 数字基带信号传输系统常用码型
数字基带信号是用数字信息的电脉冲表示，通常把数字信息的电脉冲的表示形式称为码型。适于在有线信道中传输的基带信号码型又称为线路传输码型。
一、线路码及码型设计的原则：
(1) 编码方案与信源的统计特性无关；
(2)接收端能正确解码；
(3)码型中的直流分量、低、高频分量越小越好；
(4)便于提供位同步（位定时）信息；
(5)有在线误码检测功能；
(6)编解码设备简单可靠。
在保证(1)、(2)两项的前提下，其余各项可根据实际情况尽量多地予以满足。
二、常用码型：
1．单极性不归零码
平常所说的单极性码就是指单极性不归零码，如图(a)所示，它用高电平代表二进制符号的“1”；0电平代表“0”，在一个码元时隙内电平维持不变。
单极性码的优点：码型简单。
缺点：(1)有直流成分,因此不适用于有线信道；(2)判决电平取接收到的高电平 75 的一半，所以不容易稳定在最佳值；(3)不能直接提取同步信号；(4)传输时要求信道的一端接地。
2．单极性归零码
单极性归零码如图(b)所示，代表二进制符号“1”的高电平在整个码元时隙持续一段时间后要回到0电平,如果高电平持续时间τ为码元时隙T的一半，则称之为50%占空比的单极性码。
优点：单极性归零码中含有位同步信息,容易提取同步信息；缺点：同单极性码。
3．双极性不归零码
双极性不归零码（双极性码）如图(c)所示，它用正电平代表二进制符号的“1”；负电平代表 “0”，在整个码元时隙内电平维持不变。
11/186 11:125.1 数字基带传输概述
5.2 数字基带信号及其频谱特性
5.3 基带传输的常用码型
5.4 基带脉冲传输与码间串扰
5.5 无码间串扰的基带传输特性
5.6 无码间串扰基带系统的抗噪声性能
5.7 眼图
5.8 均衡技术 第5 章数字基带传输系统
3/186 11:12第5 章数字基带传输系统
5.1 数字基带传输概述
基带信号：原始模拟信号，传感器的输出信号。
数字基带信号：来自数据终端的原始数据信号，
包含丰富的低频分量，甚至直流分量。
数字基带传输：
在具有低通特性的有线信道中，且传输距
离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传输。
4/186 11:12数字频带（调制或载波）传输：
大多数信道，如各种无线信道和光信
道，则是带通型信道，数字基带信号必须经
过载波调制，把频谱搬移到高频载波处才能
在信道中传输。
数字基带传输系统模型，如图5 -1 所示。
5/186 11:12图5 -1 数字基带传输系统数字基带传输系统模型
6/186 11:12各部分的作用：
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。主要是通过码型变换和波形变换来实
现的。
目的：与信道匹配，减小码间串扰，利于同
步提取和抽样判决。
7/186 11:12各部分的作用：
信道：
允许基带信号通过的媒质，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。
接收滤波器：
滤除带外噪声，使输出的基带波形有利于抽
样判决。
28/186 11:12抽样判决器：
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，以恢复基带
信号。而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。
图5 -2 给出了图5 -1 所示基带系统的各点波
形示意图。
9/186 11:12图5-2 基带系统个点波形示意图基带信号
码型变换后
波形变换
通过信道叠加噪声
滤波输出
定时脉冲
恢复信息
10/186 11:12(a) 输入的基带信号；
