基带数字信号的传输
数字信号的基带传输
B 2
H(ω)
0 -
ω0
0
B 2
ω
（a）低通滤波器
（b）带通滤波器
A H ( ) 0
0 B other
A H ( ) 0
B B 0 0 2 2 other
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无失真系统是否为线性系统？
（1）是否具有齐次性？
幅度。
(4) 时隙（Slot）：一个时隙一个数据位逐个进行。 码元
5
基本概念
二、基带传输与频带传输
数字基带信号：未经调制的数字信号，它所占据的频谱是从零
频或很低频率开始的。
基带传输：将数字基带信号通过基带信道(传递函数为低通型)传
输 —— 信号频谱不搬移，直接传送。
同轴电缆，双绞线 频带信号：数字基带信号经正弦波调制的带通信号 频带传输：将数字带通信号通过带通信道传输
振幅失真：
是信号各个频率分量的振幅值随频率发生了不同变化。
由传输设备和线路引起的衰损造成的
延迟失真：
是信号各频率分量的传播速度不一致所造成的失真。
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基本概念
三、信号通过系统 3、无失真系统
如果信号通过系统后各个频率分量的振幅和延迟改变 都是相同的，则称信号不失真。能够使信号不失真的系 统称为不失真系统。
假定通过系统前的信号为X(t)，通过系统后的信号为Y(t)，
不失真系统只能导致信号如下改变：
Y (t ) kX (t t 0 )
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系统对信号的作用如下：
输入信号
系统
输出信号
Y ( ) X ( ) H ( )
不失真系统信号输出：
X(t )
h(t )
第五章数字信号的基带传输
第五章 数字信号的基带传输基带传输系统频带传输系统（调制传输系统）数字基带信号：没有经过调制的原始数字信号。
（如各种二进制码PCM 码，M ∆码等）数字调制信号：数字基带信号对载波进行调制形成的带通信号。
5.1、基带信号的码型一、数字基带信号的码型设计原则：1． 对传输频带低端受限的信道，线路传输的码型的频谱中应该不含有直流分量；2．信号的抗噪声能力强；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，节省传输频带、减小串扰； 5．编译码设备应尽量简单。
二、数字基带信号的常用码型。
1、单极性不归零码NRZ （Non Return Zero ）脉冲宽度τ等于码元宽度T特点：（1）有直流，零频附近的低频分量一般信道难传输。
（2）收端判决门限与信号功率有关，不方便。
（3）要求传输线一端接地。
（4）不能用滤波法直接提取位定时信号。
2、双极性非归零码（BNRZ ）T =τ，有正负电平特点：不能用滤波直接提取位定时信号。
⎩⎨⎧数字通信系统3、单极性归零码（RZ）τ<T特点：（1）可用滤波法提取位同步信号（2）NRZ的缺点都存在4、双极性归零码（BRZ）特点：（1）整流后可用滤波提取位同步信号（2）NRZ的缺点都不存在5、差分码电平跳变表1，电平不变表0 称传号差分码电平跳变表0，电平不变表1 称空号差分码特点：反映相邻代码的码元变化。
6、传号交替反转码（AMI）τ）归零码表0用零电平表示，1交替地用+1和-1半占空（T5.0=示。
优点：（1）“0”、“1”不等概时也无直流（2）零频附近低频分量小（3）整流后即为RZ码。
缺点：连0码多时，AMI整流后的RZ码连零也多，不利于提取高质量的位同步信号（位同频道抖动大）应用：μ律一、二、三次群接口码型：AMI加随机化。
7、三阶高密度双极性码()3HDBHDB3码编码步骤如下。
①取代变换：将信码中4个连0码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻的V码中间有奇数个1码时用000V代替4个连0码，有偶数个1码时用B00V代替4个连0码。
基带数字信号的表示和传输
3.频率特性分析
s(t )
n
s (t )
n
式中，
g1 (t nT ), s n (t ) g 2 (t nT ),
：
Ps ( f ) E[ P ( f )] lim E SC ( f ) Tc
2 Tc
概率为P 概率为(1 P)
其功率谱密度
式中，Tc为截取的一段信号的持续时间，设它等于：
Tc (2N 1)T
sc (t )
n N
s (t )
n
25
N
若求出了截短信号sc(t)的频谱密度Sc。
计算结果： 双边功率谱密度表示式：
Ps ( f ) Pu ( f ) Pv ( f ) f c P (1 P ) G1 ( f ) G2 ( f )
优点:a.无直流，低频成分高； b.编译的电路简单； c.易观察差错。 缺点：可能出现长连零，会造成定时失准；所以它的性 能与信源统计特性有关。
17
2. HDB3码 － 3阶高密度双极性码 编码规则： （1）四个连0用取代节000V或B00V代替。 （2）非四个连0时编码后不变，当两个相邻“V”码中间有奇 数个1时有000V，为偶数个1时用B00V。 （3）1，B的符号符合交换反转原则，V的符号破坏交替反转 原则，但相邻V码符号相反。
0
0
0
0
0
21
5.4 基带数字信号的频率特性
1. 基带数字信号的频率特性分析方法 2.随机信号序列的表示 3.频率特性分析
22
1. 基带数字信号的频率特性分析方法
基带信号s (t)是一随机脉冲序列，功率谱分析可采用求自相关函数的 方法即： Ps(f) 是 R(г ) 的傅立叶变换；这里另一种方法，步骤为： （1） 由s (t)的截短信号 sc(t)求s (t)的功率谱密度； （2）由截断信号sc(t)得到其稳态波分量及交变波分量；
通信原理第5章数字信号的基带传输
影响因素
带宽效率受到多种因素的影响， 包括信号的频谱特性、传输通道
的带宽限制、多径干扰等。
提高方法
为了提高带宽效率，可以采用高 阶调制技术、多载波调制技术、 高效编码技术等措施，以提高数 字信号的传输速率和带宽利用率。
05 基带传输的未来发展与挑 战
高频谱效率的基带传输技术
高级编码调制技术
简化的信号处理算法
研究和发展简化的信号处理算法，降低基带传输的复杂度，提高 实时性和能效。
低复杂度调制解调技术
采用低复杂度的调制解调技术，如QPSK、16-QAM等，降低实现 难度和功耗。
硬件加速技术
利用硬件加速技术，如FPGA和ASIC，实现高速数字信号处理，降 低计算复杂度。
基带传输在物联网中的应用与挑战
基带传输的应用场景
有线局域网
基带传输在有线局域网中广泛应用， 如以太网（Ethernet）。
光纤通信
在光纤通信中，基带传输常用于短距 离、高速率的信号传输。
无线局域网（WLAN）
WLAN中的信号传输通常采用基带传 输方式。
数字电视信号传输
数字电视信号通常采用基带传输方式， 通过同轴电缆或光纤进行传输。
04 基带传输的性能指标
误码率
01
02
03
误码率
是指在传输过程中，错误 接收的码元与总传输码元 的比值，是衡量数字通信 系统可靠性的重要指标。
影响因素
误码率受到多种因素的影 响，包括信噪比、信号的 频谱特性、传输通道的畸 变、多径干扰等。
降低方法
为了降低误码率，可以采 用差分编码、信道编码、 均衡技术等措施，以提高 数字信号的抗干扰能力。
信噪比
信噪比
数字信号的基带传输
，图
5 - 4（c）画出了
ut ut
下面我们根据式(5.2 - 5)和式(5.2 - 8)， 分别求出稳
态波 V t 和交变波 ut 的功率谱，然后根据式(5.2 -
6)的关系，将两者的功率谱合并起来就可得到随机基
带脉冲序列 S t 的频谱特性。
1. V的功t 率谱密度
Pv f
由于 是以 为周期的周期信号，
另一种比较简单的方法是以随机过程功率谱的原始定义为出发点，求出数字随机序列的 功率谱公式。
设二进制的随机脉冲序列如图 5 - 4（a）所示，其中，假设
表示“0”码， 表示“1”码。 和 在实际中可以是任意的脉冲，但为了便于在
图上g1区分t ，这里我们把
g画2成宽t 度为Ts的方波，把 g1 画t 成宽度g为2 Tst的三角波。
g
t
A t
2
0 t 其它值
T 22
T
22
其频谱为：G
A
Sa
2
4 2
2 4
此双极性信号的功率谱密度为：
PS
1 TS
G 2
1 TS
A2
2
Sa2
2
A2TS 4
Sa2
TS
4
近似带宽可视为：
BS
4
TS
2 2 1 TS
TS 2
8 4
TS
TS
4 8
TS
TS
(2) 若 g t 为单极性信号，则：
数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数， 所以只能用功率谱来描述它 的频谱特性。方法有二：
1：由随机过程的相关函数去求随机 过程的功率(或能量)谱密度就是一种典型 的分析广义平稳随机过程的方法。但这 种计算方法比较复杂。
简述数字基带信号的传输过程。
简述数字基带信号的传输过程。
数字基带信号是指在通信系统中用来表示数字信息的信号，它是一种低频信号，通常用来传输语音、图像和数据等信息。
数字基带信号的传输过程可以分为三个主要步骤：数字信号的产生、数字信号的调制和数字信号的传输。
数字信号的产生是指将原始的语音、图像或数据信息转换成数字形式。
这一步骤通常包括采样、量化和编码三个过程。
采样是指将连续的模拟信号在时间上进行离散化，将其转换为一系列离散时间点上的采样值。
量化是指对每个采样点的幅度进行离散化，将其转换为一系列离散的幅度值。
编码是指将每个幅度值用二进制数表示，以便于数字信号的处理和传输。
接下来，数字信号的调制是指将数字信号转换为模拟信号，以便在传输介质上进行传输。
调制的主要目的是将数字信号的频率范围限制在传输介质所能承载的频率范围内。
调制技术常用的有脉冲编码调制（PCM）、频移键控（FSK）、相位键控（PSK）和正交振幅调制（QAM）等。
其中，脉冲编码调制是最常用的一种调制技术，它将数字信号转换为一系列脉冲，并通过改变脉冲的幅度、宽度和位置来表示数字信号的不同取值。
数字信号的传输是指将调制后的信号通过传输介质传输到接收端。
传输介质可以是导线、光纤、空气等。
在传输过程中，数字信号可能会受到各种噪声和干扰的影响，如信号衰减、失真、干扰等。
为了保证传输质量，通常会采用差错检测和纠正技术，如循环冗余检验（CRC）和前向纠错（FEC）等。
总结起来，数字基带信号的传输过程包括数字信号的产生、数字信号的调制和数字信号的传输三个主要步骤。
通过这些步骤，可以将原始的语音、图像或数据信息转换为数字形式，并通过调制技术将其转换为模拟信号进行传输。
在传输过程中，还需要考虑信号的传输质量，采取相应的差错检测和纠正技术。
数字基带信号的传输过程在现代通信系统中起着重要的作用，它使得数字信息可以方便地在不同的设备之间传输和交换，极大地推动了信息通信技术的发展。
基带传输的三种调制方式
基带传输的三种调制方式在通信领域中，基带传输是指将数字信号直接传输到信道上的一种方式。
为了能够在信道上传输数字信号，需要对其进行调制处理。
基带传输的调制方式有三种：振幅调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。
下面将逐一介绍这三种调制方式的原理和特点。
1. 振幅调制（AM）振幅调制是将数字信号的振幅与载波的振幅进行调制，以实现信号的传输。
在振幅调制中，载波的频率和相位保持不变，只调制其振幅。
当数字信号为1时，振幅调制会使得载波的振幅增大；当数字信号为0时，振幅调制会使得载波的振幅减小。
通过这种方式，可以将数字信号转换为模拟信号，便于在信道上传输。
振幅调制的优点是实现简单，对信道的要求较低。
然而，由于调制信号是通过改变载波的振幅来传输信息的，因此容易受到噪声的干扰，信号的可靠性较低。
2. 频率调制（FM）频率调制是将数字信号的频率与载波的频率进行调制。
在频率调制中，载波的振幅和相位保持不变，只调制其频率。
当数字信号为1时，频率调制会使得载波的频率增加；当数字信号为0时，频率调制会使得载波的频率减小。
通过这种方式，可以将数字信号转换为模拟信号，便于在信道上传输。
频率调制的优点是抗干扰能力较强，信号的可靠性较高。
然而，频率调制的实现相对复杂，对信道的要求也较高。
3. 相位调制（PM）相位调制是将数字信号的相位与载波的相位进行调制。
在相位调制中，载波的振幅和频率保持不变，只调制其相位。
当数字信号为1时，相位调制会使得载波的相位发生变化；当数字信号为0时，相位调制会使得载波的相位保持不变。
通过这种方式，可以将数字信号转换为模拟信号，便于在信道上传输。
相位调制的优点是调制过程简单，对信道的要求较低。
然而，相位调制容易受到相位偏移和多径效应的影响，导致信号失真。
总结起来，振幅调制、频率调制和相位调制是基带传输中常用的调制方式。
每种调制方式都有其独特的优点和适用场景。
振幅调制简单易实现，适用于对信号可靠性要求不高的场景；频率调制抗干扰能力较强，适用于抗干扰能力要求较高的场景；相位调制实现简单，适用于对信道要求不高的场景。
基带传输的概念
基带传输的概念基带传输是指数字信号在通信系统中经过调制处理后，转变为模拟信号进行传输的过程。
它是数字通信系统中的一种重要技术，用于将数字信号转换成适合传输的模拟信号。
在基带传输中，信号经过二进制编码处理，将数字信号转换为模拟信号，然后通过传输介质进行传输，接收端再将模拟信号转换为数字信号。
基带传输通常用于短距离通信，例如在计算机网络、电话通信和音乐通信等领域中广泛应用。
基带传输可以通过多种调制技术实现，包括脉冲编码调制（PCM）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）和振幅调制（AM）等。
这些调制技术可以将数字信号转换为不同特征的模拟信号，以适应不同的传输介质和传输需求。
在脉冲编码调制（PCM）中，数字信号被编码成脉冲序列，每个脉冲代表一个离散的数值。
这些脉冲通过传输介质进行传输，接收端通过解码将其转换为原始的数字信号。
脉冲编码调制具有传输速率高、抗干扰能力强等特点，因此广泛应用于数字通信系统中。
频移键控（FSK）是一种通过改变信号频率来实现调制的技术。
在FSK中，两个不同频率的载波信号分别代表了数字信号的"1"和"0"。
发送端将数字信号转换成不同频率的调制信号后进行传输，接收端通过检测信号的频率来还原数字信号。
FSK具有抗干扰能力强、频谱利用率高等特点，广泛应用于无线通信和数传通信等领域。
相移键控（PSK）是一种通过改变信号相位来实现调制的技术。
在PSK中，不同的相位表示不同的数字信号。
发送端将数字信号转换成不同相位的调制信号后进行传输，接收端通过检测信号的相位来还原数字信号。
PSK具有传输速率高、抗多径干扰能力强等特点，广泛应用于卫星通信和光纤通信等领域。
振幅调制（AM）是一种通过改变信号振幅来实现调制的技术。
在AM中，数字信号改变了信号的幅度，使得传输信号的振幅随着数字信号的改变而改变。
发送端将数字信号转换成不同振幅的调制信号后进行传输，接收端通过检测信号的振幅来还原数字信号。
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第5章 基带数字信号的传输
2. 三阶高密度双极性(HDB3)码 HDB3码就是一系列高密度双极性码(HDB1、
HDB2、HDB3等)中最重要的一种。其编码原理是这样 的：先把消息变成AMI码，然后检查AMI的连“0”情况，
当 无3个以上连“0”串时，则这时的AMI码就是HDB3码。当 出现4个或4个以上连“0”情况，则将每4个连“0”小段的第
① 找V，从HDB3码中找出相邻两个同极性的码 元，后一个码元必然是破坏码V。
② 找B′，V前面第三位码元如果为非零，则表明 该码是补信码B′
③ 将V和B′还原为“0”，将其他码元进行全波整 流， 即将所有“+1”、 “-1”均变为“1”， 这 个变换后的码流就是原信息码。Βιβλιοθήκη 第5章 基带数字信号的传输
归零码
移位 寄存器
全宽码
Tb
归零码
定时信号
10110
图5.3归零码变换为全宽码的方框和过程
定时信号 全宽码
第5章 基带数字信号的传输
如欲调整归零码的每一脉冲宽度，就是说，从较窄的归 零码变换为较宽的归零码，可使用双稳触发器。窄归零码 和定时信号都加到双稳触发器的两个输入端，定时信号与 窄归零码的间隔预先算好。恰等于较宽的归零码的脉冲宽 度，那么双稳触发器输出就得到需要的宽归零码。这种变 换的方框图和过程如图5.4。
第5章 基带数字信号的传输
由于AMI码的传号交替反转， 因此由它决定 的基带信号遵循正负脉冲交替， 而0电位保持 不变的规律。 由此看出， 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。
由AMI码的编码规则看出， 它已从一个二进 制符号序列变成了一个三进制符号序列， 而且 也是一个二进制符号变换成一个三进制符号。 图 5.1(b) 给出AMI码的编码波形。
10110
全宽码 定时信号
归零码 与门
全宽码 定时信号
图5.2 不归零码变换为归零码的方框和过程
归零码
第5章 基带数字信号的传输
如欲从归零码波形变换为全宽码可使用移位寄 存器。定时信号也加到移位寄存器。定时信号 脉冲的下降沿对归零码窄脉冲的中心（或对准 它们的下降沿）移位寄存器的输出就是需要的 全宽码。图5.3示这种变换的方框和过程。
第5章 基带数字信号的传输
第5章 基带数字信号的传输 5.1基带数字信号波形与频谱 5.2 数字基带传输系统 5.3 实线上的基带传输
第5章 基带数字信号的传输
5.1基带数字信号波形与频谱 5.1.1基带数字信号的常用典型码型 传输码型的选择，主要考虑以下几点：码型中低频、
高频分量尽量少；码型中应包含定时信息， 以便定时 提取；码型变换设备要简单可靠；码型具有一定检错 能力，若传输码型有一定的规律性，则就可根据这一 规律性来检测传输质量，以便做到自动监测。 编码方案对发送消息类型不应有任何限制， 适合于所 有的二进制信号。 这种与信源的统计特性无关的特性称为对信源具有透 明性；低误码增值；高的编码效率。
第5章 基带数字信号的传输
(a) 二进制码，（b）AMI码，（c）HDB3码，（d）CMI码 图5.1 几种典型信号波形示意图
第5章 基带数字信号的传输
5.1.2 基带波形变换方法 如欲从全宽码波形变换为归零码波形，只需使用 与门，让单极性全宽码和定时信号加上与门的输 入端，输出端应得到归零码，其窄脉冲宽度和定 时信号脉冲宽度相等。图5.2示这种变换的方框和 过程。
第5章 基带数字信号的传输
它们常用码型有： 单极性不归零(NRZ)码；双极性不归零(NRZ) 码；单极性归零(RZ)码；双极性归零(RZ)码；差 分码；交替极性码(AMI)；三阶高密度双极性码 (HDB3)； 双相码； Miller码；信号反转码(CMI)； DMI
码等。 1. AMI码 AMI码的全称是交替极性码。这是一种将消息代码0（空 号）和1（传号）按如下规则进行编码的码： 代码的0仍 变换为传输码的0， 而把代码中的1交替地变换为传输码 的+1， -1， +1， -1， … 例如： 消息代码： 100 1 1000 1 1 1… AMI码： +100 -1 +1000 -1 +1 -1…。
① 代码： 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 ② AMI码：0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 0 -1 0 +1 0 ③ B和V：0 B 0 0 0 V B B 0 0 0 V 0 B 0 B 0 ④ B′： 0 B+ 0 0 0 V+ B- B+ 0 0 V- 0 B+ 0 B- 0 ⑤ HDB3： 0 +1 0 0 0 +1 –1 +1 -1 0 0 -1 0 +1 0 -1 0 HDB3编码的步骤可归纳为以下几点： ① 从信息码流中找出四连“0”，使四连“0”的最后一个“0”
4 个“0”变换成“１”码。这个由“0”码改变来的“１”码
称为破 坏脉冲(符号)，用符号V表示，而原来的二进制码元序列中 所有的“１”码称为信码，用符号B表示。图 5.1(c) 给出 HDB3码的编码波形。
第5章 基带数字信号的传输
下面①、②、③分别表示一个二进制码元序列、相应的 AMI码以及信码B和破坏脉冲V的位置。
变为“V”(破坏码) ② 使两个“V”之间保持奇数个信码B，如果不满足，使四连
“0”的第一个“0”变为补信码B′，若满足，则无需变换
第5章 基带数字信号的传输
③ 使B连同B′按“+1”、 “-1”交替变化，同时V 也要按“+1”、“-1”规律交替变化，且要求V 与它前面的相邻的B或者B′同极性。
其解码的步骤为：
3. 传号反转(CMI) 传号反转码（Coded Mark Inversion, CMI ）。
其编码规则是： 当为“0”码时，用01表示，当 出现“1”码时，交替用00和11表示。图 5.1(d) 给出CMI码的编码波形。它的优点是没有直流 分量，且有频繁出现波形跳变，便于定时信息 提取，具有误码监测能力。CMI码同样有因极 性反转而引起的译码错误问题。