数据信号的传输要点.ppt

第2章 数据信号的传输 数据信号传输是数据通信的基本问题 三种传输方式：基带传输、频带传输和数字传输 基带传输：不搬移基带信号频谱直接传输基带信 号 频带传输：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 数字数据传输：在数字信道中传输数据信号 信道（Channel）是通信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，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又给信号以限制和损害。信道的作用是传输信号。 ①基带传输是指由数据终端设备（DTE）送出的二进制“1” 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，可 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 的特点是频谱中含有直流、低频和高频分量，随着频率升高，其 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输 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 介质的数据传输。 ②大多数传输信道是带通型特性，基带信号通不过。采用调制 方法把基带信号调制到信道带宽范围内进行传输，接收端通过解 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 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 数据通信。 ③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 如，利用PCM（脉冲编码调制）数字电话通路，每一个话路可以 传输64kbit/s的数据信号，不需要调制，效率高，传输质量好，是 数据通信很好的一种传输方式。 2.1 数据信号及特性描述 2.1.1数据序列的电信号表示 1 单极性不归零信号（NRZ），码元间隔内，用正电位表示1码，用零电位表示0码 2 单极性归零信号，用宽度为t的正脉冲表示1，用零电位表示0 3 双极性不归零信号 分别用正和负表示1和0 4 双极性归零信号 结合2和3 5 差分信号 前后码元电位改变表示1，不变为0 2.1 数据信号及特性描述 2.1.2基带数据信号的功率谱特性 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。因为若在数字通信系统中所传输的数字序列不是随机的,而是确知的,则消息就不携带任何信息,通信就失去意义。 研究随机脉冲序列的频谱,要从统计分析的角度出发,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。 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系数后将得到每单位频率波携带的功率，这被称为信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（W/Hz）表示，或者使用波长而不是频率，即每纳米的瓦特数（W/nm）来表示。 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。 傅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 随机信号的功率谱密度是用来描述信号的能量特征随频率的变化关系。 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。 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程的功率谱密度函数。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 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，至某频率的频带范围内。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。如果是带通型，则其下限频率也是在距零频不远处。 2.1.2基带数据信号的频谱特性 傅立叶变换能将满足一定条件的某个函数表示成三角函数（正弦和/或余弦函数）或者它们的积分的线性组合。 傅里叶变换是一种分析信号的方法，它可分析信号的成分，也可用这些成分合成信号。许多波形可作为信号的成分，比如正弦波、方波、锯齿波等，傅里叶变换用正弦波作为信号的成分。 1. 基带数据信号的一般表示式 一般令g1 (t)代表二进制数据符号的“0”,g2 (t)代表“1”,码元的时间间隔为T。 假设数据序列出现“0”,“1”概率分别为P和1-P,且认为它们的出现彼此统计独立,则基带数据信号可表示为 2. 基带数据信号的功率谱密度 (1) 基本分析 利用随