無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)課件：數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸

數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸4.1信號(hào)在信道中的傳輸4.2數(shù)字基帶信號(hào)傳輸本章小結(jié)習(xí)題與思考題

教學(xué)目標(biāo)

?掌握信號(hào)在信道中的傳輸現(xiàn)象

?了解常用數(shù)字基帶信號(hào)波形

?了解數(shù)字基帶信號(hào)的常用碼型

?掌握數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸

重點(diǎn)、難點(diǎn)

?信號(hào)在信道中傳輸?shù)乃p、失真和干擾等

?基帶信號(hào)傳輸原理

4.1信號(hào)在信道中的傳輸

當(dāng)一個(gè)信號(hào)從發(fā)送設(shè)備注入到信道中進(jìn)行傳輸時(shí)，有幾種現(xiàn)象必然會(huì)發(fā)生。首先，信號(hào)從一個(gè)地方傳到另一個(gè)地方需要時(shí)間，因此會(huì)產(chǎn)生傳播時(shí)延(Propagationdelay)。其次，由于信號(hào)會(huì)向四面八方擴(kuò)散或受到傳播介質(zhì)的衰減，因此接收端獲得的信號(hào)電平可能會(huì)遠(yuǎn)小于發(fā)送端輸出的電平，這種現(xiàn)象稱為衰減（Attenuation）。如果一個(gè)信號(hào)的各個(gè)頻率分量都受到相同比例的衰減，信號(hào)波形的形狀就不會(huì)發(fā)生變化，僅僅是信號(hào)的大小變化。但實(shí)際上，信道的傳輸特性不可能是理想的，它對(duì)信號(hào)不同頻率成分的衰減有所不同，因此就會(huì)產(chǎn)生波形的線性失真(distortion)。最后，信號(hào)在信道內(nèi)傳輸?shù)倪^(guò)程中還會(huì)受到干擾與噪聲的影響，它們同樣會(huì)使信號(hào)的波形發(fā)生變化。

4.1.1衰減

衰減是由于信號(hào)在信道內(nèi)傳輸?shù)倪^(guò)程中因能量損耗而導(dǎo)致的幅度減小。衰減通常用分貝值（dB）表示。設(shè)注入信道的信號(hào)電壓（最大值或有效值）為Ui，輸出的信號(hào)電壓（相應(yīng)地用最大值或有效值）為Uo，則信道對(duì)該信號(hào)的電壓衰減值為

（4-1）

例4-1頻率為200MHz，電壓電平為78dBμ的有線電視信號(hào)，在通過(guò)長(zhǎng)度為100m的SYV-75-7同軸電纜后，其輸出的電壓電平是多少？

解：從同軸電纜的衰減特性表（如表4-1所示）中可查到，100m的SYV-79-7同軸電纜的衰減量為14dB。因此電纜的輸出電平為：[Uo]=[Ui]-[L]=78（dBμ）-14（dBμ）=64（dBμ）

信道對(duì)不同頻率的信號(hào)有不同的傳輸能力，這種能力通常用信道的傳輸特性表示。例如，公共交換電話網(wǎng)（PSTN）只能讓300～3400Hz頻率范圍內(nèi)的信號(hào)（話音信號(hào)）通過(guò)，一條長(zhǎng)度為1km的同軸電纜的傳輸特性如圖4-1(a)，它具有低通特性，可以使包括直流在內(nèi)的各種信號(hào)通過(guò)，并且隨著信號(hào)頻率的升高，信道的衰減增大。如果這條電纜是通過(guò)一個(gè)電容與收發(fā)設(shè)備相連，則其傳輸特性可能是如圖4-1(b)所示的特性。由于電容的作用，直流不能通過(guò)信道，低頻信號(hào)也有較大的衰減，因此信道具有帶通特性。由此可見，信道對(duì)于不同頻率的信號(hào)具有不同的衰減。如果作進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，信道對(duì)不同頻率的信號(hào)還有不同的相移。

圖4-11km同軸電纜的傳輸特性

當(dāng)信號(hào)以電磁波的方式在無(wú)線信道中傳輸時(shí)，由于電磁波會(huì)向四面八方傳播，真正到達(dá)接收點(diǎn)天線上的信號(hào)能量很少，因此擴(kuò)散損耗非常大。電磁波在自由空間傳播的擴(kuò)散損耗為

式（4-2）中，d為傳播距離，λ為電磁波的波長(zhǎng)。圖4-2是自由空間電磁波能量擴(kuò)散損耗曲線。例如在距離900MHz移動(dòng)通信基站1km處電磁波的損耗約為91.53dB。自由空間是指電磁波傳播過(guò)程中沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何反射和吸收的區(qū)域，地面上的通信由于地表面及各種建筑物的影響，各點(diǎn)上的傳播損耗（包括擴(kuò)散損耗和介質(zhì)損耗）與計(jì)算值會(huì)有所不同。

（4-2）

實(shí)際的無(wú)線電通信系統(tǒng)的收發(fā)雙方都會(huì)采用有向天線。發(fā)送天線可以將信號(hào)的能量集中到接收方向，而接收天線可以將接收電磁波的范圍擴(kuò)大，這兩者都是減小過(guò)大的能量擴(kuò)散的有效措施。圖4-2電磁波能量擴(kuò)散損耗曲線

4.1.2信號(hào)的頻譜

當(dāng)信號(hào)要在信道中傳輸時(shí)，就必須了解信號(hào)在不同頻率上的電量（電壓幅度、電流幅度或功率）分布，以確定信號(hào)在傳輸過(guò)程中是否會(huì)受到損傷——線性失真。

信號(hào)的電量在頻率軸上的分布關(guān)系稱為信號(hào)的頻譜(FrequencySpectrum)。一個(gè)已知波形的信號(hào)可以通過(guò)數(shù)學(xué)分析（傅立葉級(jí)數(shù)或傅立葉變換）計(jì)算出其頻譜，也可以用頻譜分析儀測(cè)出它的頻譜。圖4-3是通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真得到的周期性方波、三角波和正弦波的波形圖與頻譜圖。

圖4-3信號(hào)波形與頻譜

圖(b)是圖(a)周期性方波對(duì)應(yīng)的頻譜圖。一個(gè)周期性方波的頻譜由多條譜線組成，第一條譜線稱為基波，它的頻率與周期信號(hào)的重復(fù)頻率相同；隨后的各條譜線分別稱為周期信號(hào)的2、3、4、…、m次諧波，m次諧波的頻率是基波頻率的m倍；各譜線的幅度有衰減振蕩的變化規(guī)律，在f=（n×l）/τ（τ為脈沖寬度，n為整數(shù)）處出現(xiàn)零點(diǎn)。通常將第一個(gè)零點(diǎn)的頻率計(jì)作信號(hào)的帶寬。

圖(d)是圖(c)周期性三角波對(duì)應(yīng)的頻譜圖。與方波相比，兩者周期相同，故各譜線的頻率也相同，但各譜線幅度衰減的速度要快于方波，零點(diǎn)的頻率也低于方波。

圖(f)是圖(e)正弦波對(duì)應(yīng)的頻譜圖。因?yàn)檎也ㄖ灰粋€(gè)頻率，故頻譜圖上只有一條譜線。

方波是數(shù)字通信中使用得較多的一種波形，因此需要作進(jìn)一步的分析。對(duì)圖4-4中各種周期、占空比下的方波信號(hào)頻譜進(jìn)行比較可以得到以下幾個(gè)結(jié)論：圖4-4矩形脈沖信號(hào)的頻譜與波形

（1）同一信號(hào)相鄰譜線的間隔相同，信號(hào)的周期越大，各譜線之間的頻率間隔越?。?/p>

（2）脈沖寬度越窄（在相同的信號(hào)周期，占空比越?。?，其頻譜包絡(luò)線的零點(diǎn)頻率越高，從而相鄰兩個(gè)包絡(luò)零值之間所包含的諧波分量就越多（信號(hào)沿頻率軸下降的速度越慢），因而信號(hào)所占據(jù)的頻帶寬度就越寬。

4.1.3失真

當(dāng)一個(gè)正弦信號(hào)通過(guò)一個(gè)線性的信道時(shí)，正弦波的幅度會(huì)衰減，還會(huì)有相移（時(shí)延），但仍然是相同頻率的正弦波?，F(xiàn)在的信道絕大多數(shù)可以看作是線性信道，因此信號(hào)在其中傳輸時(shí)不會(huì)出現(xiàn)非線性失真，不會(huì)產(chǎn)生新的頻率成份。

實(shí)際的信號(hào)有一定的頻帶寬度，可以被看作是由多個(gè)正弦分量組成的，如果信道對(duì)不同頻率的正弦分量表現(xiàn)出不同的衰減和時(shí)延，信號(hào)在信道中傳輸時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生失真。這種失真不會(huì)產(chǎn)生新的頻率成分，稱為線性失真（LinearDistortion）。

例如，一個(gè)方波信號(hào)經(jīng)過(guò)信道傳輸后，由于高頻分量受到衰減，信道輸出的波形發(fā)生了變化，如圖4-5。圖4-6是一個(gè)有一定帶寬的信號(hào)在通過(guò)具有帶通特性的信道后信號(hào)頻譜發(fā)生的變化示例。圖4-6中，假定在傳輸前的信號(hào)在頻率f1～f2范圍內(nèi)各頻率成份的大小是一樣的，信道的傳輸特性反映了它對(duì)各頻率成份的不同衰減，因此信號(hào)經(jīng)過(guò)信道傳輸后各頻率成份的大小發(fā)生了變化。

圖4-5信號(hào)在信道中傳輸時(shí)的波形失真圖4-6信號(hào)傳輸過(guò)程中的線性失真

信號(hào)在信道中傳輸產(chǎn)生線性失真的現(xiàn)象與信號(hào)通過(guò)濾波器后一些頻率成分被濾掉（受到很大的衰減）的現(xiàn)象是類似的。當(dāng)信號(hào)的頻帶寬度相對(duì)于信道的帶寬來(lái)說(shuō)很窄時(shí)，一般不考慮信號(hào)會(huì)受到線性失真。

線性失真可以通過(guò)在信道輸入端或輸出端加均衡器的方法進(jìn)行補(bǔ)償，如圖4-7所示。均衡器可以根據(jù)信道的傳輸特性進(jìn)行設(shè)計(jì)與調(diào)節(jié)，其主要作用是對(duì)信號(hào)不同頻率成份進(jìn)行不同的衰減與時(shí)延，使信號(hào)通過(guò)信道和均衡器后各頻率成份總的衰減與時(shí)延基本相同。

圖4-7對(duì)線性失真信號(hào)的均衡示意圖

4.1.4噪聲與干擾

噪聲（Noise）是電量的隨機(jī)波動(dòng)，它會(huì)使信號(hào)受到影響。信號(hào)在信道中傳輸時(shí)，來(lái)自信道和傳輸設(shè)備的各種噪聲都會(huì)疊加到信號(hào)上。圖4-8是一個(gè)受到噪聲影響的數(shù)字信號(hào)波形，噪聲的存在會(huì)影響接收機(jī)對(duì)信號(hào)電平的判斷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成對(duì)信號(hào)碼元的錯(cuò)誤接收（誤碼）。如果噪聲具有與信號(hào)頻率相同的分量，接收機(jī)就很難用一般的濾波器將它從信號(hào)中去除。信號(hào)受噪聲的影響大小取決于信號(hào)與噪聲的功率比值，簡(jiǎn)稱信噪比（SNR），其定義如式（4-3）。信噪比值越大，信號(hào)的質(zhì)量就越好。

圖4-8噪聲對(duì)信號(hào)波形的影響（4-3）

熱噪聲無(wú)處不在而且很難抑制。當(dāng)信號(hào)在信道中傳輸時(shí)信號(hào)會(huì)受到衰減，但噪聲會(huì)在信道的任一點(diǎn)上產(chǎn)生，并且會(huì)逐點(diǎn)積累，如圖4-9所示。因此離發(fā)送端越遠(yuǎn)的地方信號(hào)的信噪比越小。放大器可以使信號(hào)的功率增加，同時(shí)也使噪聲功率增加，因此不會(huì)改變信噪比，相反地，由于放大器本身會(huì)引入噪聲，因此放大后的信噪比會(huì)更差，在信號(hào)比較小的情況下尤其如此。由此可見，噪聲是影響通信系統(tǒng)性能的重要因素之一。

圖4-9傳輸距離與信噪比的關(guān)系

噪聲的另一種形式是串音（Crosstalk），來(lái)自其它通信系統(tǒng)，一般情況下稱之為干擾(Disturbance)。在有線通信系統(tǒng)中，兩條并行的通信線路之間由于分布電容或互感耦合的存在會(huì)造成信號(hào)的相互干擾，使信道1的輸出信號(hào)中含有來(lái)自信道2的一部分能量，如圖4-10(a)所示；頻分多路復(fù)用的系統(tǒng)中，一個(gè)信道中同時(shí)有多個(gè)不同頻率的信號(hào)在傳播，也可能會(huì)造成信號(hào)的相互干擾，如圖4-10(b)所示；在無(wú)線電通信系統(tǒng)中，接收天線會(huì)同時(shí)收到來(lái)自于多個(gè)通信設(shè)備發(fā)送的電磁波，它們之間也會(huì)產(chǎn)生相互干擾，如圖4-10(c)所示。

圖4-10來(lái)自其它通信系統(tǒng)的干擾

上述干擾大致上可以分成兩類，一類是同頻干擾，另一類是非同頻干擾。對(duì)于同頻干擾，由于干擾的頻率與信號(hào)的頻率相同，接收設(shè)備幾乎無(wú)法處理，只能通過(guò)對(duì)信道的有效屏蔽或改變通信頻率來(lái)避開干擾；對(duì)于非同頻干擾，接收機(jī)可以用合適的濾波器濾除。必須注意的是，由于接收電路可能存在的非線性作用，非同頻干擾在電路的非線性作用下會(huì)形成組合而轉(zhuǎn)化成同頻干擾，因此在一些接收機(jī)電路中對(duì)前端電路往往提出很高的線性要求。

還有一種噪聲稱為脈沖噪聲，由系統(tǒng)外部的各種電器設(shè)備產(chǎn)生，如開關(guān)、電機(jī)等，太陽(yáng)黑子爆發(fā)、雷電等也會(huì)產(chǎn)生這種噪聲，其特性有的類似于熱噪聲，有的類似于其它通信設(shè)備干擾。良好的屏蔽裝置可有效地抑制脈沖噪聲和串音。

信號(hào)在遠(yuǎn)距離傳播時(shí)，雖然可以用足夠數(shù)量的放大器來(lái)補(bǔ)償傳播損耗，但信道中引入的干擾與噪聲（包括放大器本身的噪聲）會(huì)不斷積累，最終會(huì)使信號(hào)的信噪比太小而導(dǎo)致接收端無(wú)法正常接收。

4.2數(shù)字基帶信號(hào)傳輸

4.2.1數(shù)字基帶信號(hào)波形

信號(hào)的波形反映信號(hào)的電壓或電流隨時(shí)間變化的關(guān)系。用來(lái)傳輸?shù)臄?shù)字基帶信號(hào)波形可以是各種各樣的，這里介紹幾種應(yīng)用較廣的數(shù)字基帶信號(hào)波形。

1.單極性非歸零（NRZ）波形

設(shè)數(shù)字信號(hào)是二進(jìn)制信號(hào)，每個(gè)碼元分別用0或1表示，則該波形可以是圖4-11(a)的形式。這里，基帶信號(hào)的零電平及正電平分別與二進(jìn)制符號(hào)0及1一一對(duì)應(yīng)。容易看出，這種信號(hào)在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)，不是有電壓（電流）就是無(wú)電壓（電流），電脈沖之間無(wú)間隔，極性單一。這種信號(hào)比較適合于常用的數(shù)字電路處理。

圖4-11數(shù)字基帶信號(hào)波形

2.雙極性非歸零波形

雙極性非歸零波形指二進(jìn)制碼元1、0分別與正負(fù)電平相對(duì)應(yīng)的波形，如圖4-11(b)所示。它的電脈沖之間也無(wú)間隔。

與單極性波形相比，雙極性波形有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)是當(dāng)0、1碼元等概率出現(xiàn)時(shí)，它將無(wú)直流成份，另一個(gè)是在接收端對(duì)接收碼元作判決時(shí)，其判決門限可以直接用零電平作為判決電平。

3.單極性歸零（RZ）波形

單極性歸零波形也稱占空碼，它的特點(diǎn)是有電脈沖的寬度小于碼元長(zhǎng)度，每個(gè)有電脈沖在一個(gè)碼元內(nèi)總是要回到零電平，如圖4-11(c)所示。一個(gè)碼元內(nèi)高電平的寬度與零電平的寬度之比稱為占空比。

4.雙極性歸零波形

它是雙極性波形的歸零形式，如圖4-11(d)所示。由圖4-11(d)可見，此時(shí)對(duì)應(yīng)每一碼元都有零電平的間隙，即便是連續(xù)的1或0，都能很容易地分辯出每個(gè)碼元的起止時(shí)間，因此接收機(jī)在接收這種波形的信號(hào)時(shí)，很容易從中獲取碼元同步信息。

5.差分波形

差分波形是一種將信碼的0和1反映在相鄰信號(hào)碼元的相對(duì)極性變化上的波形。比如，以相鄰碼元的極性改變表示信碼1，而以極性不改變表示信碼0，如圖4-11(e)所示。這樣的波形在形式上與單極性或雙極性波形相同，但它所代表的信碼與碼元本身極性無(wú)關(guān)，而僅與相鄰碼元的極性變化有關(guān)。差分波形也稱相對(duì)碼波形，而相應(yīng)地前面幾種波形稱為絕對(duì)碼波形。

6.曼徹斯波形

如圖4-11(f)所示，每一個(gè)碼元被分成高電平和低電平兩部分，前一半代表碼元的值，后一半是前一半的補(bǔ)碼。例如，圖中的1碼，前一半是高電平，后一半是低電平，0碼則反之。從這個(gè)波形中可以看到，無(wú)論信碼如何分布，其高、低電平的延續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)不會(huì)超過(guò)一個(gè)碼元長(zhǎng)度，因此很適合從這個(gè)信號(hào)中提取碼元同步信號(hào)。這種碼常被用作數(shù)字信令碼。

4.2.2數(shù)字信號(hào)的常用碼型

數(shù)字信號(hào)能否在數(shù)字通信系統(tǒng)中有效且可靠地傳輸，與數(shù)字信道的特性和數(shù)字信號(hào)的碼型有很大的關(guān)系。在各種條件的制約下，數(shù)字信道的特性往往不易被控制，而在大多數(shù)情況下，來(lái)自信源的數(shù)字基帶信號(hào)又不適應(yīng)直接在信道中傳輸，于是選擇合適的信號(hào)碼型來(lái)與信道匹配就顯得非常重要。信道編碼必須根據(jù)信道的特性和通信系統(tǒng)的工作條件進(jìn)行選擇，在較為復(fù)雜的一些基帶傳輸系統(tǒng)中，所選碼型的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足以下幾方面的條件：

（1）能使接收系統(tǒng)從中獲取位同步信息。在同步數(shù)字系統(tǒng)中，接收端的時(shí)鐘必須與發(fā)送端的時(shí)鐘同步，這樣才能使接收機(jī)選擇最佳的時(shí)刻對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行判決。

（2）基帶信號(hào)中無(wú)直流成分和極小的低頻成分。絕大多數(shù)的傳輸系統(tǒng)是不能傳送直流信號(hào)的，如果信碼中含有直流成分，將會(huì)使接收到的信號(hào)波形因丟失直流成分而發(fā)生畸變，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使接收端無(wú)法恢復(fù)原信號(hào)。

（3）在信源信碼的統(tǒng)計(jì)特性發(fā)生變化時(shí)，不會(huì)因此而使系統(tǒng)傳輸受到影響。例如當(dāng)信源信碼中出現(xiàn)連續(xù)多個(gè)1碼或0碼時(shí)，接收端不會(huì)因此而失去同步。

（4）不應(yīng)因編碼而使系統(tǒng)的信息傳遞速率下降。在數(shù)字電話通信中，常用的信道編碼碼型有AMI碼和HDB3碼。下面我們主要介紹這兩種。

1.AMI碼

AMI碼的全稱是信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼。這是一種將消息代碼中的0（空號(hào)）和1（傳號(hào)）按如下規(guī)則進(jìn)行編碼的碼型：代碼的0仍變換為傳輸碼的0，而把代碼中的1交替地變換為傳輸碼的＋1或－1，如圖4-12(a)所示。它的優(yōu)點(diǎn)如下：

圖4-12AMI波形與HDB3波形

（1）在1、0碼不等概率條件下也無(wú)直流成分，且零頻附近低頻分量小，因此對(duì)具有變壓器或其他交流耦合的傳輸信道來(lái)說(shuō)，不易受到隔直特性的影響。

（2）若接收端收到的碼元極性與發(fā)送端完全相反也能正確判斷。

（3）只要進(jìn)行全波整流就可以變?yōu)閱螛O性碼，如果交替極性碼是歸零的，變?yōu)閱螛O性歸零碼后就可以提取同步信號(hào)。

但是AMI碼有一個(gè)缺點(diǎn)，即當(dāng)它用來(lái)獲取定位信息時(shí)，如果出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的0碼，則接收端會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的零電平，造成提取碼元同步信號(hào)的困難。

2.HDB3碼

HDB3碼的全稱是三階高密度雙極性碼，它是AMI碼的改進(jìn)型，解決了AMI碼在長(zhǎng)時(shí)間連0時(shí)可能出現(xiàn)的位同步信息丟失的問(wèn)題。它的編碼原理是先將消息代碼變換成AMI碼，若AMI碼中連0的個(gè)數(shù)小于4，此時(shí)的AMI碼就是HDB3碼；若AMI碼中連0的個(gè)數(shù)大于3，則將每4個(gè)連0小段的第4個(gè)0變換成與前一個(gè)非零符號(hào)(＋1或－1)同極性的符號(hào)。為了不破壞極性交替反轉(zhuǎn)，當(dāng)相鄰符號(hào)之間有偶數(shù)個(gè)非零符號(hào)時(shí)，再將該小段的第1個(gè)0變換成＋B或－B，符號(hào)的極性與前一非零符號(hào)的相反，并讓后面的非零符號(hào)從符號(hào)開始再交替變化。圖4-12（b）是HDB3碼的一個(gè)例子。

雖然HDB3碼的編碼規(guī)則比較復(fù)雜，但譯碼卻相當(dāng)簡(jiǎn)單，只要相鄰兩個(gè)非零符號(hào)的極性相同，則后一個(gè)碼一定是V碼，可譯作零；V碼前一定要有三個(gè)零碼，其中可能存在的B碼就可以轉(zhuǎn)換成零碼；其余的非零符號(hào)無(wú)論是正電平或是負(fù)電平都譯作1碼，則HDB3碼的譯碼就可以完成了。

HDB3碼的特點(diǎn)是明顯的，它除了保持AMI碼的優(yōu)點(diǎn)外，還增加了使連0碼減少到至多三個(gè)的優(yōu)點(diǎn)，而不管信息源的統(tǒng)計(jì)特性如何。這對(duì)于同步信號(hào)的提取是十分有利的。

4.2.3數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸

基帶傳輸是數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)幕拘问?。如果信道具有低通傳輸特性，則數(shù)字基帶信號(hào)可以直接在信道中傳輸。這種情況一般都發(fā)生在數(shù)字設(shè)備之間近距離的有線傳輸，如計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)（LAN）、計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的通信。

1.并行傳輸與串行傳輸

一個(gè)特定的符號(hào)、一種狀態(tài)往往都會(huì)以一組數(shù)字代碼來(lái)表示。例如，計(jì)算機(jī)鍵盤的每一個(gè)符號(hào)都是用7位ASCII碼表示的，PCM信號(hào)也是用8位的二進(jìn)制碼表示一個(gè)狀態(tài)。數(shù)字通信系統(tǒng)在傳輸這樣的信號(hào)時(shí)有二種方式：一種是使用8條信號(hào)線和一條公共線（地線）來(lái)同時(shí)傳送這8位二進(jìn)制碼，這種方式稱為并行傳輸；另一種是使用一條信號(hào)線和一條地線來(lái)依次傳送這8位二進(jìn)制碼，這種方式稱為信號(hào)的串行傳輸。圖4-13是兩種傳輸方式的示意圖。

圖4-13數(shù)據(jù)的并行傳輸與串行傳輸

并行傳輸?shù)乃俣瓤?，同時(shí)可以傳送多個(gè)碼元（一個(gè)字），設(shè)備簡(jiǎn)單，但由于要用到多條信號(hào)線（信道），因此只適合于近距離傳輸，常用于計(jì)算機(jī)主機(jī)與外部設(shè)備之間的連接和室內(nèi)的計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)；串行傳輸可以有效地節(jié)省信道，因此幾乎是遠(yuǎn)距離通信和無(wú)線電通信唯一的選擇。

2.基帶信號(hào)傳輸原理

一個(gè)數(shù)字基帶（串行）傳輸系統(tǒng)的示例如圖4-14。這里，DTE（一臺(tái)計(jì)算機(jī)）與DCE（一臺(tái)調(diào)制解調(diào)器）之間的通信采用了RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)。DTE在時(shí)鐘脈沖（圖4-14(a)）的作用下以一定的碼元速率向DCE發(fā)送數(shù)據(jù)（圖4-14(b)），每一個(gè)碼元的起止時(shí)間嚴(yán)格地由DTE的時(shí)鐘脈沖決定。

圖4-14數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)示例

圖4-14(b)的信號(hào)經(jīng)過(guò)信道的傳輸后波形會(huì)發(fā)生變化，變化的大小取決于信道的傳輸特性與噪聲特性。在信號(hào)到達(dá)DCE的輸入端口時(shí)，可能的波形如圖4-15(a)。這個(gè)波形與發(fā)送端波形可能有很大的差異，需要由諸如圖4-15的電路來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行修正。信號(hào)中的噪聲由濾波電路濾除，信道的高頻衰減可以用均衡器來(lái)加以補(bǔ)償。經(jīng)過(guò)均衡以后，信號(hào)的波形（圖4-15(b)）已經(jīng)比較接近發(fā)送信號(hào)，但仍然是非矩形波，需要整形。本圖中的整形電路是一個(gè)差動(dòng)判決電路，它將信號(hào)與一個(gè)判決電平（圖4-15(c)）進(jìn)行比較，當(dāng)信號(hào)的電壓超過(guò)這個(gè)判決電平時(shí)輸出高電平，而低于這個(gè)判決電平時(shí)輸出低電平。判決電平取信號(hào)幅度的中值，它由一個(gè)幅度檢波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢波取平均值而得到，如果發(fā)送端發(fā)送的是雙極性基帶信號(hào)，則可取零電平作為判決電平。圖4-15數(shù)字基帶信號(hào)的接收

整形以后的信號(hào)（圖4-15(d)）雖然已經(jīng)是一個(gè)矩形波，但其脈沖的前后沿時(shí)刻是隨機(jī)的，發(fā)生在整形電路輸入與判決電平相交時(shí)刻，這個(gè)時(shí)刻受信道特性與噪聲特性的影響，因此每個(gè)碼元長(zhǎng)度也是隨機(jī)變化的，需要重新定時(shí)。再定時(shí)電路包括時(shí)鐘提取電路和定時(shí)觸發(fā)電路兩部分，由時(shí)鐘提取電路從信號(hào)中提取頻率Fs=1/Ts的定時(shí)脈沖（圖4-15(e)），這個(gè)脈沖序列與發(fā)端的時(shí)鐘是嚴(yán)格同步的，在它的控制下，每個(gè)碼元的長(zhǎng)度固定為Ts，如果不發(fā)生誤碼，定時(shí)觸發(fā)電路將輸出與發(fā)端完全一樣的信號(hào)（圖4-15(f)）。

從上圖中還可以看到，由于每個(gè)信號(hào)碼元在中間時(shí)刻受信道傳輸特性的影響最小，因此重新定時(shí)的時(shí)間（圖4-15(e)中定時(shí)脈沖波形的上升沿）選在這個(gè)時(shí)刻可以使誤碼發(fā)生的可能性減小。這樣，信號(hào)在傳輸過(guò)程中除了有信號(hào)傳播延時(shí)外，還要加上半個(gè)碼元長(zhǎng)度的處理延時(shí)，總的延時(shí)為t。

本章小結(jié)

信號(hào)在信道中傳輸會(huì)產(chǎn)生衰減，衰減是因能量損耗而導(dǎo)致的幅度減小，通常用分貝值來(lái)描述。正弦信號(hào)在線性信道中傳輸時(shí)，其幅度會(huì)衰減，還會(huì)有時(shí)延，但頻率不發(fā)生改變，也就是線性失真。為了確定信號(hào)在傳輸過(guò)程中是否為線性失真，需要了解信號(hào)在不同頻率上的電量（電壓幅度、電流幅度或功率）分布即信號(hào)的頻譜。

信號(hào)在信道中傳輸時(shí)，來(lái)自信道和傳輸設(shè)備的各種噪聲都會(huì)疊加到信號(hào)上。噪聲的存在將會(huì)影響接收機(jī)對(duì)信號(hào)電平的判斷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成對(duì)信號(hào)碼元的錯(cuò)誤接收。

數(shù)字基帶信號(hào)是指未經(jīng)過(guò)正弦波調(diào)制的數(shù)字信號(hào)