文档介绍：第5章数字基带传输系统
引言
数字通信系统包括数据通信系统都是以数字信号为载体传输信息。而数字信号可以是模拟信号经数字化处理后而形成的脉冲编码信号,也可能是来自数据终端设备(比如计算机)的原始数据信号。数字信号在一般情况下可以表示为一个数字序列:
…,a-2,a-1,a0,a1,a2,…,an,…
简记为{an}。 an是数字序列的基本单元,称为码元。每个码元只能取离散的有限个值,例如在二进制中, an只能取0或1两个值;在M进制中, an取0 ,1 ,2 , : ,M-1等M个值,或者取二进制码的M种排列。
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由于码元的取值有限,因此通常用不同幅度的电脉冲表示码元的不同取值。例如用幅度为A的矩形脉冲(高电平)表示1,用幅度为0的矩形脉冲(低电平)表示0,由此形成的二进制电脉冲序列被称为数字基带信号,这是因为它们所占据的频带通常从直流和低频开始并且未经载波调制。因此,我们可以这样定义:频带分布在低频段(通常包含直流)且未经过调制的信号通常被称为基带信号。
从形式上看,基带信号有模拟和数字之分,具有高、低(也可能是正、负)两种电平状态的电脉冲序列被称为数字基带信号,其特点是信号频带通常从直流和低频开始并且未经载波调制;而未经过调制的模拟信号可称为模拟基带信号。
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在某些有线信道中,特别是在传输距离不太远的情况下,数字基带信号可以直接传输,这种传输方式被称为数字信号的基带传输。
由于大多数实际信道都是带通型的,因此必须先用数字基带信号对载波进行调制,形成数字调制信号后再进行传输,这种传输方式被称为数字信号的调制传输(或频带传输)。本章我们主要讨论数字信号的基带传输,调制传输方式将在后面专门介绍。
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数字基带信号的码型设计原则
在数字通信系统框图中,我们看到除了一个信源编码功能块之外,还有一个信道编码功能块。我们已经知道信源编码完成的是A/D转换功能,而信道编码的作用就是我们本章主要讨论的问题。
扩展的数字通信系统模型
发送端
接收端
信源
信道编码
调制
信道
压缩编码
解调
信宿
保密解码
信道解码
压缩解码
保密编码
噪声
同步
信源编码
信源解码
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首先我们介绍几个新概念:
码型——数字基带信号可以以不同形式的电脉冲出现,电脉冲的存在形式称为码型。
码型编码——通常把数字信号的电脉冲表示过程称为码型编码或码型变换,由码型还原为原来数字信号的过程称为码型译码。
线路传输码型——在有线信道中传输的数字基带信号又称为线路传输码型。
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通常由信源编码输出的数字信号多为经自然编码的电脉冲序列(高电平表示1,低电平表示0,或相反),这种经过自然编码的数字信号虽然是名符其实的数字信号,但却并不适合于在信道中直接传输,或者说,数字通信系统(数据通信系统)一般并不采用这样的数字信号进行基带传输。为什么?因为用这样的数字信号进行基带传输会出现很多问题,换句话说,就是它的码型不满足通信的要求。
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我们先看看传输这种数字基带信号会遇到什么问题:
(1)由于这种数字基带信号包含直流分量或低频分量,那么对于一些具有电容耦合电路的设备或者传输频带低端受限的信道(广义信道),信号将可能传不过去。
(2)自然编码后,有可能出现连“0”或连“1”数据,这时的数字信号会出现长时间不变的低电平或高电平,以致收信端在确定各个码元的位置(定时信息)时遇到困难。换句话说,收信端无法从接收到的数字信号中获取定时(定位)信息。
(3)对收信端而言,从接收到的这种基带信号中无法判断是否包含有错码。
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以上3个问题足以说明经过自然编码的数字信号不适合直接在信道中传输。因此,人们需要寻求能够解决上述问题及其它问题的基带信号码型。
由于不同的码型具有不同的特性,因此在设计或选择适合于给定信道传输特性的码型时,通常要考虑以下的因素,或者说要遵循以下原则:
(1)对于传输频带低端受限的信道,线路传输码型的频谱中应不含有直流分量。
(2)信号的抗噪声能力要强。产生误码时,在译码中产生误码扩散的影响越小越好。
(3)便于从信号中提取位定时信息。
(4)尽量减少基带信号频谱中的高频分量,以节省传输频带并减小串扰。
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(5)对于采用分组形式传输的基带通信(采用分组形式的码型,比如5B6B、4B3T码等),收信端除了要提取位定时信息,还要恢复出分组同步信息,以便正确划分码组。
(6)码型应与信源的统计特性无关。信源的统计特性是指信源产生各种数字信息时频率分布。
(7)编译码的设备应尽量简单,易于实现。
主要要求:
为了除去直流分量和频率很低的分量;
为了在接收端得到每个码元的起止时刻信息;
为了使信号的频谱和信道的传输特性相匹配。
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基带数字信号的波