基带传输

不搬移基带信号频谱的传输

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”。

差分码用于信号传输中高低电平会反转的场合。

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

常见的传输码型有NRZ。

基本准则

1）奈奎斯特第一准则

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。

2）滚降低通幅频特性

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。

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