未对载波调制的待传信号称为
基带信号,它所占的
频带称为
基带。基带传输,指一种不搬移基带信号频谱的
传输方式。基带传输是一种很老的
数据传输方式,一般用于
工业生产中。基带
传输系统的组成主要由码波形
变换器、发送
滤波器、信道、接收滤波器和取样判决器等5个功能电路组成。
基本介绍
基带传输是一种不搬移
基带信号频谱的
传输方式。未对载波调制的待传信号称为基带信号,它所占的频带称为基带,基带的高限频率与低限频率之比通常
远大于1。
将基带信号的
频谱搬移到较高的频带(用基带信号对载波进行调制)再传输,则称为带通传输。
选用基带传输或通带传输,与信道的适用频带有关。例如,计算机或
脉码调制电话
终端机输出的数字
脉冲信号是基带信号,可以利用电缆作基带传输,不必对载波进行调制和解调。与通带传输相比,基带传输的优点是设备较简单;线路衰减小,有利于增加
传输距离。对于不适合基带信号直接通过的信道(如
无线信道),则可将脉冲信号经
数字调制后再传输。
基带传输广泛用于音频电缆和
同轴电缆等传送数字电话信号,同时,在
数据传输方面的应用也日益扩大。通带传输系统中,调制前和调制后对基带
信号处理仍须利用基带传输原理,采用
线性调制的通带传输系统可以变换为等效基带传输来分析。
基带传输中的码型变换装置把来自
信源的数码变换为适合于信道传输的码波形。常用的传输码波形有
归零码、
不归零码、传号差分码、
双相码、
交替传号反转码(
AMI码)等。
归零码是用窄脉冲代表“1”码,没有脉冲代表“0”码。
不归零码是在一个码周期内维持一种
电平,如
高电平代表“1”,
低电平代表“0”。
传号差分码是用电平的变化来代表“1”(称“1”为传号),电平不变代表“0”。
双相码又称分相码或
曼彻斯特码,用10组合代表“1”,01组合代表“0”。双相码的优点:没有
直流分量,可用要求不高的交流
耦合电路;01过渡频繁,有利于恢复
定时信号等。缺点:传输码速加倍,所需频带加宽。
交替传号反转码是用窄的正脉冲或
负脉冲代表“1”,无脉冲代表“0”,正、负脉冲交替出现。优点:没有直流分量,可利用正、负脉冲交替规律来监视
误码;缺点:处于长“0”时,恢复定时信号困难。
此外,还有多种其他传输
码型。例如,利于传输或节省频带的有
部分响应编码、多电平码;利于定时信号恢复的有加扰二元码、
高密度双
极性码、编码传号反转码等。
基带传输发送
滤波器用以限制
信号频带,避免干扰其他系统,有时也可不用。传输信道可以是电缆。收信端滤波器用以滤除由信道带来的噪声和干扰。
均衡器用以均衡信道畸变,以便减小码间干扰。滤波器和信道都对频带有限制,接收滤波器输出的波形会发生变化。采样
判决电路每隔时间T对接收波形进行采样,得到
样值脉冲。样值大于零判为“1”,小于零判为“0”。如果信道畸变和叠加噪声未使样值发生极性错误,就能无误地再生发信端信号。
再经码型反变换(有时与判决结合起来实现),恢复的数码就送给信宿,如计算机或脉码调制电话终端机。
眼图用以直观判定码间干扰情况。对于没有均衡好的信道,相邻码间产生干扰,眼图的张开度缩小;相反,信道被均衡好后,眼图的张开度明显增大。因此,眼图可用来直接观察和判定均衡质量。对于没有均衡好的信道,相邻码间产生干扰,眼图的
张开度缩小;相反,信道被均衡好后,眼图的张开度明显增大。因此,眼图可用来直接观察和判定均衡质量。
基带
数字传输的重要指标是频带利用率η=Rb/B。式中Rb是每秒传输的二元码数,其单位为比特/秒(bit/s);B是传输所需频带。用二电平码传输时,η的理论
最大值为2比特/(秒·赫)。要达到这一理论值,需要使用幅-频
特性曲线陡峭的
理想低通滤波器。在实用中,,α 为滚降系数,代表系统幅-频特性曲线的缓慢变化程度,0<α<1。若用M电平传输,η是二电平的
log2M倍。基带数字传输的另一重要指标是
误码率Pe。在实际测量中,Pe为误码数除以
总码数。
数字信号
模拟信号经过
信源编码得到的信号为数字
基带信号,将这种信号经过码型变换,不经过调制,直接送到信道传输,称为
数字信号的基带传输。
系统组成
基带传输系统由码波形
变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器和取样判决器等5个功能电路组成。
基带传输系统的
输入信号是由
终端设备编码器产生的
脉冲序列,为了使这种脉冲序列适合于信道的传输,一般要经过码型变换器,码型变换器把
二进制脉冲序列变为双极性码(
AMI码或
HDB3码),有时还要进行
波形变换,使信号在基带传输系统内减小码间干扰。当信号经过信道时,由于信道特性不理想及噪声的干扰,使信号受到干扰而变形。在接收端为了减小噪声的影响,首先使信号进入接收滤波器,然后再经过
均衡器,校正由于信道特性(包括接收滤波器在内)不理想而产生的波形失真或
码间串扰。最后在取样定时脉冲到来时,进行判决以恢复基带数字码脉冲。
码型要求
1)有利于提高系统的频带利用率。
2)基带信号应不含直流分量。
3)应考虑到码型频谱中
高频分量的影响。电缆中线对间由于电磁辐射而引起的
串话随频率升高而加剧,会限制信号的传输距离或
传输容量。
4)基带信号应具有足够大的定时信号供提取。
5)基带信号的传输码型应具有误码检测能力。
6)码型变换设备简单,容易实现。
码型种类
基本准则
如何才能保证信号在传输时不出现或少出现
码间干扰是关系到信号
可靠传输的一个关键问题。
奈奎斯特对此进行了研究,提出了不出现码间干扰的条件:当
码元间隔T的数字信号在某一
理想低通信道中传输时,若信号的传输速率位Rb=2fc(fc为理想低通
截止频率),各码元的间隔T=1/2fc,则此时在码元响应的最大值处将不产生码间干扰,且信道的
频带利用率达到极限,为2(b/s)·Hz。上述条件是传输数字信号的一个重要准则,通常称为奈奎斯特第一准则,即传输数字信号所要求的
信道带宽应是该
信号传输速率的一半:
BW=fc=Rb/2=1/2T
当满足这一条件时,其它码元的拖尾振幅在对应于某一码元响应的最大值处刚好为零。
实际传输中,不可能有绝对理想的
基带传输系统,这样一来,不得不降低频带利用率,采用具有奇对称滚降特性的
低通滤波器作为传输网络。
根据推导得出结论:只要滚降低通的幅频特性以点C(fc,1/2)呈奇对称滚降,则可满足无码间干扰的条件(此时仍需满足
传输速率=2fc)。
滚降系数:
a=[(fc+fa)-fc]/fc
用滚降低通作为传输网络时,实际占用的
频带展宽了,则
传输效率有所下降,当a=100%时,传输效率即频带利用率只有1(b/s)·Hz,比理想低通小了一半。
中继传输
基带数字信号在
传输过程中,由于信道本身的特性及
噪声干扰使得数字信号波形产生失真。为了消除这种波形失真,每隔一定的距离需加一
再生中继器,由此构成再生
中继系统。再生中继系统的特点是无噪声积累,但有误码率的累积。
再生中继器主要由均衡
放大电路、定时提取电路、判决及码形成电路等3个部分组成。均衡放大电路的作用是对接收到的失真波形进行放大和均衡;定时提取电路的作用是在收到的信
码流中提取定时时钟,以得到与发端相同的主
时钟脉冲,做到收发同步;判决及码形成电路则是对已被放大和均衡的信号波形进行抽样、判决,并根据判决结果形成新的、与发送端相同的脉冲。
数字基带信号
数字基带信号就是消息代码的电波形,它是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。数字基带信号的波形和码型很多,最常用的由
矩形脉冲组成的基带信号有:单极性归零及
不归零波形,
双极性归零及不归零波形,
差分波形和多电平波形等。