第2章 数据信号的传输

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1、第第2 2章章 数据信号的传输数据信号的传输第第2 2章章 数据信号的传输数据信号的传输v数据信号传输是数据通信的基本问题数据信号传输是数据通信的基本问题v三种传输方式：基带传输、频带传输和数字传输三种传输方式：基带传输、频带传输和数字传输v基带传输基带传输：不搬移基带信号频谱直接传输基带信：不搬移基带信号频谱直接传输基带信v号号v频带传输：频带传输：经过调制将基带信号的频谱搬移到相经过调制将基带信号的频谱搬移到相应的载频频带再进行传输应的载频频带再进行传输v数字数据传输：数字数据传输：在数字信道中传输数据信号在数字信道中传输数据信号v信道（信道（Channel）是通信系统中必不可少的）是通信

2、系统中必不可少的部分。信道是指以传输介质为基础的信号通部分。信道是指以传输介质为基础的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路；抽象的说，路提供的信号通路；抽象的说，信道是指定信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又给信号的一段频带，它让信号通过，同时又给信号以限制和损害以限制和损害。信道的作用是传输信号。信道的作用是传输信号。v基带传输是指由数据终端设备（基带传输是指由数据终端设备（DTE）送出的二进制）送出的二进制“1” v或或“0”的电信号直接送到电路的传输方式。基带信号未经调制，的电信号直接送到电路的传输方式。基带信号未经调制

3、，可可v以经过码形变换（或波形变换）进行驱动后直接传输。基带信以经过码形变换（或波形变换）进行驱动后直接传输。基带信号号v的特点是频谱中的特点是频谱中含有直流、低频和高频分量含有直流、低频和高频分量，随着频率升高，随着频率升高，其其v幅度相应减小，最后趋于零。幅度相应减小，最后趋于零。基带传输多用在短距离的数据传基带传输多用在短距离的数据传输输v中，如近程计算机间数据通信或局域网中用双绞线或同轴电缆中，如近程计算机间数据通信或局域网中用双绞线或同轴电缆为为v介质的数据传输。介质的数据传输。v大多数传输信道是带通型特性，基带信号通不过大多数传输信道是带通型特性，基带信号通不过。采用调制。采用调制

4、v方法把基带信号方法把基带信号调制到信道带宽范围内进行传输调制到信道带宽范围内进行传输，接收端通过，接收端通过解解v调方法再还原出基带信号的方式，称为频带传输。这种方式可调方法再还原出基带信号的方式，称为频带传输。这种方式可实实v现远距离的数据通信，例如利用电话网可实现全国或全球范围现远距离的数据通信，例如利用电话网可实现全国或全球范围的的v数据通信。数据通信。v数字数据传输是利用数字话路传输数据信号的一种方式。例数字数据传输是利用数字话路传输数据信号的一种方式。例v如，利用如，利用PCM（脉冲编码调制）数字电话通路，每一个话路可（脉冲编码调制）数字电话通路，每一个话路可以以v传输传输64kb

5、it/s的数据信号，不需要调制，效率高，传输质量好，的数据信号，不需要调制，效率高，传输质量好，是是v数据通信很好的一种传输方式数据通信很好的一种传输方式。2.1 数据信号及特性描述v2.1.12.1.1数据序列的电信号表示数据序列的电信号表示v1 1 单极性不归零信号（单极性不归零信号（NRZNRZ），码元间隔内，），码元间隔内，用正电位表示用正电位表示1 1码，用零电位表示码，用零电位表示0 0码码v2 2 单极性归零信号，用宽度为单极性归零信号，用宽度为t t的正脉冲表示的正脉冲表示1 1，用零电位表示用零电位表示0 0v3 3 双极性不归零信号双极性不归零信号 分别用正和负表示分别用正

6、和负表示1 1和和0 0v4 4 双极性归零信号双极性归零信号 结合结合2 2和和3 3v5 5 差分信号差分信号 前后码元电位改变表示前后码元电位改变表示1 1，不变为，不变为0 02.1 数据信号及特性描述v2.1.2基带数据信号的功率谱特性v在通信中在通信中,除特殊情况除特殊情况(如测试信号如测试信号)外外,数数字基带信号通常都是字基带信号通常都是随机脉冲序列随机脉冲序列。因为。因为若在数字通信系统中所传输的数字序列不若在数字通信系统中所传输的数字序列不是随机的是随机的,而是确知的而是确知的,则消息就不携带任则消息就不携带任何信息何信息,通信就失去意义。通信就失去意义。v研究随机脉冲序列

7、的频谱研究随机脉冲序列的频谱,要从统计分析要从统计分析的角度出发的角度出发,研究它的功率谱密度。研究它的功率谱密度。 功率谱密度定义是：对于具有连续频谱和有限功率谱密度定义是：对于具有连续频谱和有限平均功率的信号或噪声，表示其频谱分量的单位带宽平均功率的信号或噪声，表示其频谱分量的单位带宽功率的频率函数。功率的频率函数。 在物理学中，信号通常是波的形式，例如电磁波、在物理学中，信号通常是波的形式，例如电磁波、随机振动或者声波。当波的频谱密度乘以一个适当的随机振动或者声波。当波的频谱密度乘以一个适当的系数后将得到每单位频率波携带的功率，这被称为信系数后将得到每单位频率波携带的功率，这被称为信号的

8、功率谱密度或者谱功率分布。功率谱密度的单位号的功率谱密度或者谱功率分布。功率谱密度的单位通常用每赫兹的瓦特数（通常用每赫兹的瓦特数（W/Hz）表示，或者使用波）表示，或者使用波长而不是频率，即每纳米的瓦特数（长而不是频率，即每纳米的瓦特数（W/nm）来表示。）来表示。 上面能量谱密度的定义要求信号的傅里叶变换必上面能量谱密度的定义要求信号的傅里叶变换必须存在，也就是说信号平方可积或者平方可加。如果须存在，也就是说信号平方可积或者平方可加。如果信号可以看作是平稳随机过程，那么功率谱密度就是信号可以看作是平稳随机过程，那么功率谱密度就是信号自相关函数的傅里叶变换。信号自相关函数的傅里叶变换。 v傅

9、里叶分析的结果之一就是Parseval定理，这个定理表明能量谱密度曲线下的面积等于信号幅度平方下的面积，总的能量是：2.1.2基带数据信号的频谱特性v随机信号的功率谱密度是随机信号的功率谱密度是用来描述信号的能量特征随用来描述信号的能量特征随频率的变化关系。频率的变化关系。v功率谱密度简称为功率谱，是自相关函数的傅里叶变功率谱密度简称为功率谱，是自相关函数的傅里叶变换。对功率谱密度的估计又称功率谱估计。换。对功率谱密度的估计又称功率谱估计。v由于随机信号的随机性，各样本函数不同，故任一样由于随机信号的随机性，各样本函数不同，故任一样本函数对应的功率谱密度函数都不能用来代表随机过本函数对应的功率

10、谱密度函数都不能用来代表随机过程的功率谱密度函数。程的功率谱密度函数。因此，只有将所有可能出现的因此，只有将所有可能出现的每一个样本函数的功率谱密度函数的统计平均值作为每一个样本函数的功率谱密度函数的统计平均值作为随机过程的功率谱密度函数才是合理的。随机过程的功率谱密度函数才是合理的。2.1.2基带数据信号的频谱特性v通常把来自计算机、电传机、传真机等数据通常把来自计算机、电传机、传真机等数据终端设备的信号称为基带数据信号。基带数终端设备的信号称为基带数据信号。基带数据信号的主要特征是：信号的主要能量都集据信号的主要特征是：信号的主要能量都集中在从零频（直流）或非常低的频率开始，中在从零频（直

11、流）或非常低的频率开始，至某频率的频带范围内。至某频率的频带范围内。这种数据信号所占这种数据信号所占的频段不是低通型频带就是带通型频带。的频段不是低通型频带就是带通型频带。如如果是带通型，则其下限频率也是在距零频不果是带通型，则其下限频率也是在距零频不远处。远处。2.1.2基带数据信号的频谱特性v傅立叶变换能将满足一定条件的某个傅立叶变换能将满足一定条件的某个函数函数表表示成三角函数（正弦和示成三角函数（正弦和/或余弦函数）或者它或余弦函数）或者它们的积分的线性组合。们的积分的线性组合。 v傅里叶变换是一种分析信号的方法，它可分傅里叶变换是一种分析信号的方法，它可分析信号的成分，也可用这些成分