数字基带传输系统是指在特定条件下,基带信号不经载波调制而直接传输的系统。这些条件包括信道具备低通特性以及传输距离较短。
系统背景
数字信息可以通过一系列数字代码序列来表示,例如
计算机中的信息通常使用二进制代码"0"和"1"的形式存储。然而,在实际传输过程中,为了适应信道特性并获得理想的传输效果,需要选择合适的传输
波形来代表"0"和"1"。在实际的基带传输系统中,并非所有基带波形都适合在信道中传输。例如,含有丰富直流和低频分量的单
极性基带波形不适合在低频传输特性差的信道中传输,因为这可能导致信号严重畸变。同样,当消息代码中包含长串的连续"1"或"0"符号时,非归零波形会呈现连续的固定电平,从而难以获取定时信息。单极性归零码在传送连"0"时也有同样的问题。因此,对于传输用的基带信号,有两个主要要求:一是原始消息代码必须编成适合于传输用的码型;二是所选码型的电
波形应适合于基带系统的传输。前者涉及传输码型的选择,后者则是基带脉冲的选择。这两个问题是相互独立而又紧密相关的。
系统构成
数字基带信号传输系统的主要组成部分包括发送滤波器(信号成形器)、信道、接收滤波器、
抽样判决器以及同步系统。发送滤波器的作用是产生适合于信道传输的基带信号波形,通过对输入信号频带的压缩,将其转化为适宜于信道传输的基带信号。信道是允许基带信号通过的媒介,通常为
有线信道,如双绞线、同轴电缆等。信道的传输特性可能不符合无失真传输条件,因此会引起传输
波形的失真,并引入噪声。接收滤波器负责接收信号,过滤
信道噪声和其他干扰,对信道特性进行均衡,以利于抽样判决。抽样判决器则在信道特性不理想及噪声环境下,按照定位时脉冲的规定时间对接收滤波器的输出波形进行抽样判决,以恢复或再生基带信号。定时脉冲和同步提取电路用于提供用于
抽样的位定时脉冲,并从接收信号中提取同步信息,这对判决效果至关重要。
常用码型
传输码的码型选择原则
传输码(或称线路码)的结构取决于实际信道特性和系统的工作条件。在选择传输码型时,一般应遵循以下原则:1. 不含直流,且低频分量尽量少;2. 应含有丰富的定时信息,便于从接收码流中提取定时信号;3. 功率谱主瓣宽度窄,以节省传输频带;4. 不受信息源统计特性影响,能够适应信息源变化;5. 具有内在的检错能力,码型应有一定规律性,可用于宏观监测;6. 编译码简单,以减少通信延时和降低成本。
几种常用的传输码型
AMI码
AMI码(Alternative Mark Inversion)是一种传号交替反转码,其编码规则是将消息码的"1"(传号)交替地变换为"+1"和"-1",而"0"(空号)保持不变。AMI码的优点包括不含直流成分,高频和低频分量较少,能量集中于频率1/2码速处;编码电路简单,且可通过传号交替
极性交替这一规律观察误码情况。如果使用AMI-RZ
波形,接收后只需全波整流即可变为单极性RZ波形,从中提取位定时分量。AMI码的缺点在于当原信码出现长连"0"串时,信号电平长时间不跳变,导致提取定时信号困难。解决此问题的方法之一是采用HDB3码。
HDB3码
HDB3码(High
密度 Bipolar Code)是对AMI码的一种改进,旨在保持AMI码的优点并克服其缺点,使连"0"个数不超过3个。其编码规则包括检查消息码中"0"的个数,当连"0"数目大于3时,将每4个连"0"化作一个小节,定义为B00V,其中V称为破坏脉冲,B称为调节脉冲。V与前一个相邻的非"0"脉冲的
极性相同,且相邻的V码之间极性必须交替。B的取值可选0、+1或-1,以使V同时满足上述两个要求。V码后面的传号极性也要交替。HDB3码不仅继承了AMI码的优点,而且将连"0"限制在三个以内,保障了定时信息的提取。
双相码
双相码又称曼彻斯特码,用一个周期的正负对称方波表示"0",而用其反相
波形表示"1"。编码规则之一是:"0"码用"01"两位码表示,"1"码用"10"两位码表示。双相码是一种双极性非归零波形,只有正负两个电平。它在每个码元间隔的中心点都有电平跳变,因此含有丰富的位定时信息,且没有直流分量,编码过程简单。缺点是占用带宽加倍,降低了频带利用率。双相码适用于数据终端设备近距离上传输,局域网常采用该码作为传输码型。
差分双相码
为了解决双相码因极性反转而导致的译码错误,可以采用差分码的概念。差分码中,每个码元中间的电平跳变用于同步,而每个码元的开始处是否存在额外的跳变用来确定信码。有跳变则表示二进制"1",无跳变则表示二进制"0"。
密勒码
密勒码又称延迟调制码,是双相码的一种变形。其编码规则是:"1"码用码元中心点出现跃变来表示,即用"10"或"01"表示。"0"码有两种情况:单个"0"时不出现电平跃变,且与相邻码元的边界处也不跃变,连"0"时,在两个"0"码的边界处出现电平跃变,即"00"与"11"交替。
CMI码
CMI码(Code for Mark Inversion)是一种双极性二电平码,类似于双相码。其编码规则是:"1"码交替用"11"和"00"两位码表示;"0"码固定地用"01"表示。CMI码易于实现,含有丰富的定时信息。此外,由于10为禁用码组,不会出现三个以上的连码,这个规律可用来宏观检错。
块编码
为了提高线路编码性能,需要引入
冗余来确保码型的同步和检错能力。块编码能够在一定程度上实现这两个目标。块编码的形式包括nBmB码和nBmT码。nBmB码将原信息码流的n位二进制码分为一组,并置换为m位二进制码的新码组,其中m\u003en。这种码提供了良好的同步和检错功能,但也增加了所需带宽。nBmT码是将n个二进制码变换成m个三进制码的新码组,且m\u003cn。