前言
数字信号是状态可数、取值离散，基带信号是未经载波调制的信号，其功率谱从零频也就是直流或接近零频开始到某个有限值，如来自计算机的信号或者是模拟信号经数字化后的编码信号等都是数字基带信号。
研究数字基带系统的意义：
- 有用武之地：例如局域网内的有线传输、计算机与外设之间的通信、芯片内部芯片之间的数据传输等进程数据通信新系统广泛采用基带传输方式。
- 有共性问题：带通和基带系统有共性问题，基带信号的功率谱、误码率等分析方法和结论可以应用到数字带通即数字调制系统中。
- 带通 -> 基带：带通系统可等效成基带系统来研究，这时候可以把调制解调器看成是信道的组成部分。
一、数字基带系统基本组成
数字基带系统基本组成如下图所示：
- 发送滤波器的作用是将数字信息或者是来自终端设备的原始信号变换成适合在信道中传输的基带信号。因此发送滤波器又称信道信号形成器或者是基带调制器。这种变换主要包括码型变换和波形变换，不同的码型和波形具有不同的特性和频谱结构，适合匹配不同的信道，因此首要任务是研究如何设计基带信号。
- 信道是适合基带信号传输的媒质，通常为有限信道，若信道特性不理想或者是频带受限，将会使波形信号发生失真并叠加上了噪声。
- 接收滤波器的作用是滤除带外噪声，对信道特性均衡，它的输出波形与 d 点波形相比失真和噪声明显减弱。
- 抽样判决器是数字通信特有的装置，它对接受滤波器输出的波形用未定时序列进行抽样，并将抽样值与门限进行比较，如果是样值大于门限判为 1 码，否则判为 0 码，由此再生恢复出原来的数字信息。
可见恢复的序列中呢有误码情况，误码原因有两个：码间干扰和信道噪声
二、基本码型
1、数字基带信号
数字基带信号是信息码元序列的电脉冲表示。
显然，数字基带信号 s ( t )的码型和波形是由 a n 和 g ( t ) 确定的。
2、6 种基本码型
下面将以矩形波为例介绍 6 种基本码型：
- (a)：单极性码是用正电平、零电平来表示 1、0 码的。
- (b)：双极性码是用正、负电平来表示 1、0 码的，其抗噪声性能高于单极性。
(a)、(b)、(c)、(d) 这几种码型中，各码元的取值是互不相关的，仅与本码元的极性一一对应，因此称为绝对码波形。
- (e)：差分（相对）波形，特点：用相邻码元电平的跳变/不变表示信息，传号差分——1 变，
0 不变，当本码元与前一个码元不变则表示 0 码，本码元与前一个码元相对变化则表示 1 码，
注：空号差分 —— 0 变，1 不变
差分（相对）波形的优点：消除设备初始状态不确定性带来的影响
- (f)：1个脉冲携带多个比特信息，称为多电平波形，下图给出的是 4 电平码，每个电平脉冲携带两个比特的信息，当码速率相同时，电平数越多，码速率越高，因此多电平波形适用于高速的数据传输系统中。
三、数字基带信号的频谱特性
数字基带信号是一随机脉冲序列，它的频谱特性就需要使用功率谱（PSD）来描述。
分析谱的目的是为了了解：①、信号带宽；②、它的定时分量、直流分量等信息，以便根据信号功率谱的特点来选择相匹配的信道。
分析谱的方法：①、相关函数 ↔ \leftrightarrow↔ 功率谱密度；②、由功率谱密度的定义式。分析谱的思路：
四、数字基带信号选码
1、原则
在选择或设计传输码型时一般应考虑以下原则：
- 无直流分量，且低频成分小；为了隔离和阻抗匹配，信道中通常有耦合电路，不允许直流通过。
- 定时信息丰富；因为接收端抽样判决再生信号时，需要定时序列。
- 高频分量小，即功率谱主瓣宽度窄；以节省传输频带，减少线队之间的串化。
- 不受信源统计特性的影响（透明性）；
- 有自检能力；
- 编译码简单；以降低延时和成本。
2、常用的传输码型
①、AMI 码（传号交替反转码）
- 编码规则：
- 例：
- 优点：无直流，高、低频分量少；能量集中在频率为 1/2 码速率处；编译码电路简单；并且可以用传号极性交替这一规律观察误码情况；自检能力
- 应用：PCM 24 路基群（北美系列）的线路码型。
- 缺点：信码有长连 0 串时，难以获取定时信息。
它是 AMI 码的改进型
- 编码规则
- 例：
即将每四个连 0 划为一个小节，用 000V 取代，由于 V 脉冲破坏了连 0，所以呢称为破坏脉冲，它的取值是 -1 和 +1，V 码的极性应该与前一个非零脉冲极性相同，并且相邻的 V 码之间极性要交替，这样交替是为了避免产生直流分量。
当出现矛盾时，比如上图倒数第一个 V 码和原来它前面的非零脉冲极性是不相同的，这个时候就需要调解员出来解决这个矛盾，那这个就是 B 码，那这个时候的 4 连 0 呢就可以用 B00V 这样的取代节来替代，B 码的极性和本取代节中 V 码的极性相同，因此我们把 B 脉冲称之为调节脉冲，V 码后面的非零脉冲极性也要交替。
- 优点： 无直流，高、低频分量少；自检能力；连 0 码限制在 3 个以内，有利于位定时信号的提取。
- 应用：A 律 PCM 四次群以下的线路接口码型。
- 缺点：编译码电路较为复杂。
HDB3译码（编码的逆过程）：寻找破坏点
方法是：我们要观察前后非 0 脉冲同极性的 3 连 0，还有前后非 0 脉冲同极性的 2 连 0，对应的点就是破坏点了，找到破坏点后，连同它前面的三位码连同一起这样的取代节就还原成原来的四点，其余的非零脉冲译为 1，0 译为 0，也就完成了译码。
③、双相码（曼彻斯特码）
- 编码规则：
- 例：
可见双向码是一种双极性的非归零波形，在每个码元的中心时刻呢，都承载着电平跳变，该跳变既作为时钟信号，又可以表示信码，如果是从高到低跳变，则表示 1 码，从低到高跳变则表示 0 码
- 特点：
- 二电平（极性相反）；无直流分量；
- 定时信息丰富；编译码电路简单；
- 连码个数不超过两个——用于检错；
- 缺点：带宽比原信码大 1 倍
- 应用：局域网中的传输码型
④、CMI 码（传号反转码）
- 编码规则：
- 例：
- 特点
- 二电平；无直；定时信息；电路简单；
- 连码个数不超过 3 个——用于检错。
- 应用
- A 律 PCM 四次群的接口码型；
- 速率低于 8.448 Mb/s 的光缆传输系统中；
双相码、CMI 码 —— 1B2B 码
AMI 码、HDB3码 —— 1B1T 码
⑤、nBmB 码（m > n）——1B/1B 码的改进型
- 编码规则
- 如果接收端出现了禁用码组，则表明传输过程中出现了误码，从未提高了系统的检测能力。
- 优点：可以提供良好的同步和检错功能；
- 代价：所需的传输带宽随 m 增加；
- 选择：m =n + 1，如 1B2B、4B5B、5B6B 码；
⑥、nBmT 码（m ≤ \leq≤ n）——1B/1T 码的改进型
- 编码规则：
- 4B/3T 码，把 4 个二进制码变换成 3 个三元码在相同码速率下，4B/3T 码的信息容量大于 1B/1T，因而可提高频带利用率。
- 4B/3T 码、8B/6T 码等适用于高速数据传输系统如高次群同轴电缆传输系统。
