远动系统信息传输基础2

②双极性非归零码：如图2-13(b)所示，双极性非归零码中负电平和正电平分别与二进制数字“0”、“1”相对应。

这种信号在基带传输中应用较广，这是因为接收端的0、1判决电平门限值可以选在零电平上，容易实现和保持稳定。

③单极性归零码、双极性归零码：如图2-13(c)和(d)所示，其特点是：脉冲之间有间隙，脉冲宽度小于一个码元宽度，每个码元脉冲总要恢复到零电平上去，故称为归零码。

④交替极性码（AMI ）：交替极性码也称双极方式码、平衡对称码等，这是单极性码的变形，即把单极性码中的所有正电平转变为交替的正、负电平，如图2-13(e)所示。

交替极性码交替出现正、负电平，所以没有直流分量，低频分量也较小，适合于在截止直流信道中传输。

⑤差分码：差分码利用前后两相邻码元电平的相对极性变化来传送信息，是一种相对码。

例如利用相邻码元电平极性改变表示二进制数字“1”，不变表示“0”，如图2-13(f)所示。

其特点是：即使接收端收到的码元极性与发送端完全相反，也能正确地进行判决。

⑥裂相码（也称曼彻斯特码或双相码）：裂相码把一个码元分为两个子码元。

用子码元的组合来表示码元的数字信号。

例如当码元数字信号为“1”时，对应的两个子码元为+E 和-E ；为“0”时对应的两个子码元为-E 和+E ，如图2-13(g)所示。

裂相码的直流分量基本为零，并且每个码元中必有从+E 到-E 或从-E 到+E 的变化，有利于提供定时信号。

但其子码元速率是码元速率的两倍。

⑦多进制码（多电平码）：上面介绍的是二进制码，有时还会用到多进制码。

多进制码中一个脉冲波形代表多个而进制数字。

图2-13(h)所示的是四电平码，其特点是一个脉冲波形代表两位二进制数字。

多进制码常用于高速传输系统中。

2. 数字基带信号的频谱以上所列举的数字基带信号，就其单个波形而言都是矩形波，可以用富里叶变换求得它的频谱。

实际中基带信号也可以采用其它波形，如余弦脉冲波、三角脉冲波、升余弦波等，这些波形也可用富里叶变换求得它们的频谱。

图2-14中列举了四种波形及其单边频谱图。

比较这几种波形及其频谱特性。

若以频谱出现第一个零点的频率值来定义信号带宽的话，则矩形波的带宽最小。

设单个矩形波的带宽为：B = 1/τ (Hz) (2.11)0 1 1010 0 1 1 100+E (a)0-E +E (b)0+E 0+E -E (c)(d)0+E -E (e)0+E-E 0 1 01 1 0 011 1 0(f)0+E -E(g)0+E +3E -E -3E(11)(01)(00)(11)(10)(h)图2-13 典型基带信号(a)单极性非归零码 (b)双极性非归零码(c)单极性归零码 (d)双极性归零码(e)交替极性码(f)差分码(g)裂相码(h)多进制码0-τ/2τ/2A0-τ/2τ/2A0-τ/2τ/2A0-τ/2τ/2A1ω01ω1ω1ω图2-14 几种常见波形及其频谱(a)矩形F(ω)F(0)F(ω)F(0)F(ω)F(0)F(ω)F(0)2π τ4π τ8π τ12π τ5πτ9π τ4π τ8π τ8π τ4π τ(b)余弦形(c)三角形(d)升余弦形sin (ωτ/2)ωτ/2=cos (ωτ/2)=1-(ωτ/π)2sin (ωτ/2)(ωτ/4)=22sin (ωτ/2)=ωτω τ4π2(1－222)f(t)f(t)f(t)f(t)则余弦波的带宽为1.5B ，升余弦和三角脉冲的带宽为2B 。

若从频谱幅度的收敛情况来看，矩形波衰减最慢，它是以ω的一次幂收敛；余弦波和三角脉冲以ω的二次幂收敛；升余弦波衰减最快，以ω的三次幂收敛。

根据计算，若选择B=2/τ作为升余弦波脉冲信号的带宽，则它已包含了波形的绝大部分能量，在传输过程中波形失真较小；若以同样带宽传输矩形波，尽管在2/τ时已是频谱的第二个零点，但因它的频谱幅度收敛较慢，还有相当一部分能量在带宽外，因此波形传输失真较大。

若要求传输的波形失真比较小，以采用升余弦波为宜。

二、基带传输系统中的码间干扰1. 基带传输系统模型直接传输基带信号的系统称为基带传输系统。

基带传输系统模型如图2-15(a)所示。

它包括发送滤波器、传输信道、接收滤波器和取样判决器等四个部分。

发送滤波器是一个低通滤波器，用来滤掉基带信号中的一部分高频分量，使之成为具有一定带宽的、适于信道传送的基带信号。

信号通过信道时，一方面受信道特性不理想的影响而产生失真，另一方面不可避免地会叠加有干扰，因此到达接收端的是一个失真信号和干扰的混合物。

为了削弱干扰的影响，在接收端设有一个接收滤波器。

其作用是使信号能顺利地通过，使干扰尽可能地被抑制，从而提高信噪比。

取样判决器的作用是根据接收滤波器的输出，判决发送端发出的每个码元是“1”还是“0”。

它是对接收滤波器的输出每隔一个码元时间采样，并将采样值与一个判决门限进行比较，若采样值大于门限值则判为“1”，否则判为“0”。

显然，如果信号不失真且没有干扰，则判决器可正确地恢复原来的数字信号。

但实际信道总会产生失真和干扰，所以可能出现误判决，造成误码。

2. 码间干扰产生的原因设发送端发出的数字序列为： … a -1 a 0 a 1 …。

采用二元制时，a n 取值为“0”或“1”，则输入信号可表示为：s t a t nT n s n n 1()()=-=-∞=∞∑δ (2.12)式中，T s 为数字码元的周期(或间隔)。

设发送滤波器、信道及接收滤波器的传递函数分别为G T (ω)、G(ω)及G R (ω)。

由图2-15(a)可见基带系统的总传递函数为：H(ω)＝G T (ω)G(ω)G R (ω) 设系统的冲击响应为h(t)，则：h t H e d j t()()=-∞∞⎰12πωωω (2.13) 在图2-15(a)中，如果不考虑干扰，基带系统接收滤波器的输出波形为：s t a h t nT n s n n 2()()=-=-∞=∞∑ (2.14)s 2(t)被送入采样判决器进行判决，以确定该码元的取值是“0”或“1”。

设发送滤波器、信道、接收滤波器的总时延为t d ，则接收端对第k 个码元的采样时刻为 t=kT+t d ，由式(2.14)得：s kT t ah t a h k n T t d d n d n k()()[()]+=+-+≠∑ (2.15)式中，第一项 a k h(t d ) 是采样时刻第k 个码元的取值。

第二项表示除第k 个码元外，其它码元在采样时刻对第k 个码元的影响总和，称为码间干扰N i (t)（也称码间串扰），则：N kT t a h k n T t i d n d n k()[()]+=-+≠∑ (2.16)图2-15(b)示出了码间干扰波形。

由于总信道特性的不理想，H(ω)不是在(-∞，∞)的全频域内满足无失真条件，而是在有限频带内近似满足无失真条件，所以当输入信号s 1(t)是脉冲信号时，接收滤波器的输出信号s 2(t)产生了失真，出现了“拖尾巴”。

正是因为各个码元的拖尾巴导致了码间干扰，使得N i (kT+t d )不为零。

3. 码间干扰的消除上面我们分析了码间干扰产生的原因，现在来研究怎样才能消除码间干扰。

设基带传输系统的传递函数具有理想低通滤波特性（设ωH 、f H 为理想低通截止角频率、频率）：H e j t H H d ()ωωωωωω=≤≤⎧⎨⎪⎩⎪ 当时当时0 (2.17)将式(2.17)代入式(2.13)得：h t f t t t t f s t t HH d H d H H d ()sin ()()()=--=-222ωωω (2.18)以 t=(k-n)T+t d 代入式(2.18)得：h[(k-n)T+t d ] = 2f H s 2[ωH (k-n)T] (2.19)将式(2.19)代入式(2.16)得：发 送滤波器传 输信 道 接 收滤波器 采 样判决器输入s (t)1G (ω)G (ω)G (ω)s (t)TR2输出N(t)(a)基带系统s (t)ts (t)t12…………kTTTkT+t d(b)码间干扰图2-15 基带传输系统及码间干扰示意图N kT t a s k n T i d n H n k()()+=-≠∑2ω (2.20)式(2.20)中如果取ωH T=n π，则可得 N i (kT+t d )=0，从而就消除了码间干扰，即：T = n/(2f H )， 且n=1，2，… (2.21)条件满足时，在采样时刻消除了码间干扰。

因为码元发送速率为 v=1/T （Bd ），所以： v = 2f H /n (2.22)上式表明，在基带系统的总传递函数为理想低通特性（见图2-16(a)）时，设其截止频率为f H ，如果发送端以2f H （Bd ）的速率发送，接收端又以相同的速率接收，则可以消除码间干扰。

这种信号传输速率（v ）与系统带宽（f H ）的配合关系称为奈奎斯特（Nyquist ）第一准则。

为了消除码间干扰，发送端的最大发送速率为2f H （Hz ）。

图2-16(b)示出了码间干扰被消除的情况。

令 T=1/f H ，在采样时刻，本码元值（实线部分）取最大，其它码元（虚线部分）的数值为零。

§2-6. 数字调制与解调数字基带信号不适于直接在远动系统中传输，必须借助于连续波调制进行频率搬移，将数字信号变换成适于信道传输的数字频带信号，用载波调制方式进行传输。

所谓调制，就是用基带信号的瞬时值来改变载波的参数。

通常采用正弦波信号作为载波，它有振幅、频率和相位三个参数，相应地就有振幅调制、频率调制和相位调制等三种调制方法。

其中，用基带信号的瞬时值来改变载波的幅值的方法称为振幅调制，简称调幅；用基带信号的瞬时值来改变载波的频率的方法称为频率调制，简称调频；用基带信号的瞬时值来改变载波的相位的方法称为相位调制，简称调相。

基带信号有连续信号和离散信号两种类型。

用连续的基带信号对载波进行调制，称为模拟调制；用离散的数字基带信号对载波进行调制，称为数字调制。

现代远动系统中都采用数字信号，所以远动通信中采用数字调制方法。

在数字调制中，由于波形的参数都是离散变化的，所以已调信号又称为键控信号。

与基带信号相对应，频带信号是指经过连续波调制的信号。

频带信号的特点是信号的频谱分量集中在载波频率附近的频域内，故又称为带通信号。

如果它的有效频带宽度远小于中心频率(载波频率)，则又称为窄带信号。

不论是模拟调制还是数字调制，经过连续波调制后的调幅、调频和调相信号都属于频带信号。

用来被调制的连续波，称为载波。

工程上常采用高频正弦波作为载波。

一、数字调制信号的产生1. 振幅键控ASK （Amplitude Shift Keying ，数字调幅）1H(ω)ωωH th(t)t12f H 12f H (a)理想低通(b)码间干扰图2-16 理想低通特性及码间干扰的消除以数字基带信号作为调制函数的调幅又称为振幅键控（ASK ），其调幅过程原理与模拟信号调幅没有本质的差别。