数字基带信号研究[文献综述].doc

1、 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电子信息 工程 数字基带信号研究 摘要： 文章对 数字基带信号 做了较为全面的介绍。概括了 数字基带信号的定义及其频谱特性，介绍了常用的传输码型，并 比较了几种有代表性 的传输码型 。然后对 数字基带信号的应用 以及发展的走势进行了展望。 关键词： 数字基带信号；传输码型；频谱 1.引言 随着通信技术和计算机技术的发展及它们的密切结合，通信已能克服对空间和时间的限制，大量的、远距离的信息传递和存取已成为可能 1。 在数字通信中，来自计算机、电传机等数据终端的信号，或者是模拟信号经数字化处理后的 PCM 信号等称为基带信号 2。 它的特点是频谱从零开始一直

2、扩展到很宽。并非所有原始基带信号都能在信道中传输，一般需要将信源信号转换为适合信道传输特性的传输码。 我们 将基带信号直接在信道中传输的方式称为基带传输方式。 目前实际的数字通信系统中，数字基带系统在应用上虽不如频带传输广泛，但仍有相当多的应用范围。随着数字通信技术的发展，基带传输方式也有迅速发展的趋势，其不仅用于低速数据传输，还用于高速数据传输。而且，任何一个采用线性调制的频带传输系统，可以等效为一个基带传输系统来研究 2。实际的基带通信系统，适用于传输 具有易获取定时信息、无直流成分和只有很小的低频成分、以及具有内在纠错能力的信号 3。 2.基带信号的频谱特性 在数字基带传输过程中要想很好

3、地传输信号，首先必须了解基带信号的频谱结构。 在通信中，除特殊情况（如测试信号）外，数字基带信号通常都是随机脉冲序列。因为，如果在数字通信系统中所传输的数字序列是确知的，则消息就不携带任何信息，通信也就失去了意义。 因此不能用求确知信号频谱函数的方法来分析它的频谱特性， 故我们面临的是一个随机序列 的谱分析问题， 需要采用功率谱密度的方法进行分析。通过频谱分析，我们可以确定信号需 要占据的频带宽度，还可以获得信号谱中的直流分量、位定时分量、主瓣宽度和谱滚降衰减速度等信息。由于基带信号是一个个脉冲序列，没有确定的频谱函数，故需要分析一个2 随机序列的频谱。 随机脉冲的功率谱密度包括两部分：连续谱

4、和离散谱，对于连续谱而言，由于 g 1 (t)和 g 2(t)不完全相同，故连续谱总是存在的；在一般情况下，离散谱也总是存在的，它可以使我们能够直接从输出中提取同步成份，这在研究位同步等问题时是十分重要的，但一种情况应值得注意：即双极性脉冲等概出现时，其功率谱中是不含离散成份的 4-6。 通过上述讨论 可知，分析随机脉冲序列的功率谱之后，就可知道信号功率的分布，根据主要功率集中在哪个频段，便可确定信号带宽，从而考虑信道带宽和传输网络（滤波器、均衡器等）的传输函数等等。同时利用它的离散谱是否存在这一特点，可以明确能否从脉冲序列中直接提取所需的离散分量和采取怎样的方法可以从序列中获得所需的离散分量

5、，以便在接收端用这些成 份 做位同步定时等。 不同形式的数字基带信号具有不同的频谱结构，分析数字基带信号的频谱特性，以便合理地设计数字基带信号，使得消息代码变换为适合于给定信道传输特性的结构， 这 是数字基带传输必须考虑的问 题。 3.常用的传输码型 数字基带信号是数字信息的电脉冲表示，数字信息的表示方式称为数字基带信号的码型，相应的电脉冲形状称为数字基带信号的波形 7-8。 在实际基带传输系统中，并非所有的原始数字基带信号都能在信道中传输 。因此，在对代码的要求上，原始消息代码必须编成适合于传输用的码型。 不同码型的数字基带信号具有不同的频谱特性，因此，要合理地设计码型使之适合于给定信道的传

6、输特性 9。在选择码型时，要求数字基带信号含有较小的高频分量，以节省传输带宽。编译码设备也尽量简单，以降低通信延时和成本。 数字基 带信号的码型种类繁多， 每一种码型有它自己的特点，实际中应根据具体的传输信道选择合适的码型。 仅以矩形脉冲组成的基带信号为例 ， 目前常用的基本码型 包括： 单极性非归零（ NRZ）码 、 双极性非归零（ NRZ）码 、 单极性归零 （ RZ）码 、双 极性归零（ RZ）码 、 差分码 、 AMI 码 、 HDB3 码 、 曼彻斯特码 、 传号反转码 。 此外，还有 M 进制码、 2B1Q 码、ISDN 所应用的 144kbps 等多进制码 10-11。 实际上，

7、组成基带信号的单个码元波形并非一定是矩形的。根据实际的需要，还可有多种多样的波形形式，比如升余弦脉冲、高斯形脉冲等。 上述码型中， 曼彻斯特码又称为数字双相码或分相码 ， 它的特点是每个码元用两个连续极性相反的脉冲来表示。 曼切斯特码 适用于数据终端设备在中速短距离上传输 ， 如以太网采3 用 曼切斯特码 作为线路传输码。 当极性反转时 ，曼切斯特码 会引起译码错误，为解决此问题，可以采用差分码的概念，将数字分相码中用绝对电平表示的波形改为用电平相对变化来表示。这种码型称为条件分相码或差分曼彻斯特码 ，这种码型可用于 数据通信的令牌网。 在实际的基带传输系统中，含有丰富直流和低频成分的基带信号

8、不适宜在信道中传输。而对具有易获取定时信息、无直流成分和 只有很小的低频成分、以及具有内在纠错能力的信号才适宜在基带传输系统中传输。 AMI 码、 HDB3 码均具有这些特点，因而广泛应用 12。 4.AMI 码和 HDB3 码比较 AMI 码的优点是：没有直流成份，且高、低频分量少，能量集中在频率为 1/2 码速处；编译码电路简单，且可利用传号极性交替这一规律观察误码情况。而 AMI 码的一个严重缺点是，当原信码出现长连“ 0”串时，信号的电平长时间不跳变，会使定时信号提取困难。解决连“ 0”码问题的有效方法之一是采用 HDB3 码。 HDB3 码作为目前应用最多的码型之一，是 AMI 码的

9、改进型 。 HDB3 码无直流分量，低频分量也很少，频带比较窄，即使有长连“ 0”码也能提取同步信号。但编、译码电路比较复杂。HDB3 编码器的系统包括：插入破坏码“ V”、“ 1”码及“ V”码极性确定、插入补偿码“ B”以及单双极性码转换电路等几部分 13。 5.结论 作为 数字通信中一种重要的通信方式，基带系统内可以传输电话数字终端机和计算机输出的数字信号等。同时基带传输的应用随着 ISDN 业务和程控交换系统的采用而越来越广泛。 此外，作为研究频带传输的基础，对数字信号基带传输系统进行认真的研究和设计，可以提高数字信号传输的 有效性和可靠性。 参考文献 1沈保锁 ,侯春萍 .现代通信原

10、理 M.北京 :国防工业出版社 ,2010,7. 2曹丽娜 ,樊昌信 .通信原理 M.第 6 版 .北京 :国防工业出版社 ,2006,1. 3夏平 ,向学军 ,万钧力 .基于 VHDL 的数字基带信号 HDB3 调制解调器仿真实现 J.三峡大学学报（自然科学版） ,2007,4,29（ 2） :148149. 4杨有为 ,巫之鹤 .数字微波中继通信及设备 M.南京 :东南大学出版社 ,1992,4. 5杨玉强 ,孙晓黎 ,王秀敏 .数字基带信号频谱特性的研究 J.锦州师 范学院学报 ,2000,3,21（ 1） :4547. 4 6宋军 ,曹蕾 ,钱建生等 .多进制数字基带信号的频谱分析 J

11、.通信技术 ,2003,6,138（ 6）： 4445. 7黄葆华 ,杨晓静 ,牟华坤 .通信原理 M.西安 :西安电子科技大学出版社 ,2007,2. 8Nicolay, Buchholz, Gross. Baseband signal processing of digital video broadcasting direct-conversion zero-IF tunersJ.IEEE Transactions on Consumer Electronics,2005, 2,51(1),9598. 9唐炳华 ,税奇军 . 数字基带信号的传输码型发生器设计 J.科学技术与工程 ,201

12、0,1,10（ 2） :495497. 10格尔德凯泽 . 光纤通信 M. 北京 :电子工业出版社 ,2011,8. 11Anna Yurievna HERR. RSFQ Baseband Digital Signal ProcessingJ.IEICE Transactions on Electronics,2008, E91/C(3),6769. 12夏平 ,向学军 , 吉培荣 .基于 FPGA 的基带信号编译码器设计与实现 J.微计算机信息 ,2007,5,23（ 14） :210212. 13蒋青 ,吕翊 .一种基于 FPGA 技术的 HDB3 译码器的设计 J.微电学 ,2007,4,37(2):298304.