通信原理 第6章数字基带传输系统
1 通信原理 第6章 数字基带传输系统
第6章数字基带传输系统 概述 ·数字基带信号· 未经调制的数字信号，它所占据的频 谱是从零频或很低频率开始的。 。 数字基带传输系统-不经载波调制而直接传输数字基 带信号的系统，常用于传输距离不太远的情况下。 ·数字带通传输系统-包括调制和解调过程的传输系统 ·研究数字基带传输系统的原因： ◆近程数据通信系统中广泛采用 ◆基带传输方式也有迅速发展的趋势 ◆基带传输中包含带通传输的许多基本问题 ◆任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等效 为一个基带传输系统来研究。 2
2 第6章 数字基带传输系统 ⚫ 概述 ◼ 数字基带信号 － 未经调制的数字信号，它所占据的频 谱是从零频或很低频率开始的。 ◼ 数字基带传输系统 －不经载波调制而直接传输数字基 带信号的系统，常用于传输距离不太远的情况下。 ◼ 数字带通传输系统 －包括调制和解调过程的传输系统 ◼ 研究数字基带传输系统的原因： ◆ 近程数据通信系统中广泛采用 ◆ 基带传输方式也有迅速发展的趋势 ◆ 基带传输中包含带通传输的许多基本问题 ◆ 任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等效 为一个基带传输系统来研究
第6章数字基带传输系统 6.1数字基带信号及其频谱特性 ·6.1.1数字基带信号 ◆。几种基本的基带信号波形 +E 0.100 0 (a) E-10 1 (b) +3E 00 00 +E01山 0 -E (c) -3E (f)
3 第6章 数字基带传输系统 ⚫ 6.1 数字基带信号及其频谱特性 ◼ 6.1.1 数字基带信号 ◆ 几种基本的基带信号波形
第6章数字基带传输系统 ▣单极性波形：该波形的特点是电脉冲之间无间隔，极性单一 易于用TTL、CMOS电路产生；缺点是有直流分量，要求传 输线路具有直流传输能力，因而不适应有交流耦合的远距离 传输，只适用于计算机内部或极近距离的传输。 ▣双极性波形：当“1和“0等慨率出现时无直流分量，有利 于在信道中传输，并且在接收端恢复信号的判决电平为零值 因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强。 二进制代码 01000011000001010 1.单极性 (NRZ) 0 二进制代码 01000011000001010 2.双极性 0 (NRZ)
4 第6章 数字基带传输系统 单极性波形：该波形的特点是电脉冲之间无间隔，极性单一， 易于用TTL、CMOS电路产生；缺点是有直流分量，要求传 输线路具有直流传输能力，因而不适应有交流耦合的远距离 传输，只适用于计算机内部或极近距离的传输。 双极性波形：当“1”和“0”等概率出现时无直流分量，有利 于在信道中传输，并且在接收端恢复信号的判决电平为零值， 因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强
第6章数字基带传输系统 ▣单极性归零(R☑)波形：信号电压在一个码元终止时刻前总要 回到零电平。通常，归零波形使用半占空码，即占空比为 50%。从单极性RZ波形河以直接提取定时信息。 与归零波形相对应，上面的单极性波形和双极性波形属 于非归零NRZ)波形，其占空比等于100%。 ▣双极性归零波形：兼有双极性和归零波形的特点。使得接收 端很容易识别出每个码元的起止时刻，便于同步。 二进制代码 01000011000001010 +E 3.单极性归零 (RZ) 二进制代码 0 1000011000001010 4.双极性归零 (RZ) E 5
5 第6章 数字基带传输系统 单极性归零(RZ)波形：信号电压在一个码元终止时刻前总要 回到零电平。通常，归零波形使用半占空码，即占空比为 50%。从单极性RZ波形可以直接提取定时信息 。 与归零波形相对应，上面的单极性波形和双极性波形属 于非归零(NRZ)波形，其占空比等于100％。 双极性归零波形：兼有双极性和归零波形的特点。使得接收 端很容易识别出每个码元的起止时刻，便于同步
第6章数字基带传输系统 口差分波形：用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息 代码，图中，以电平跳变表示“1”，以电平不变表示 “0”。它也称相对码波形。用差分波形传送代码可以消 除设备初始状态的影响。 ▣多电平波形：可以提高频带利用率。 二进制代码01000011000001010 +E 5.差分码 00 +3E E a 01 0 E 10 -3E 11 6
6 第6章 数字基带传输系统 差分波形：用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息 代码 ，图中，以电平跳变表示“1”，以电平不变表示 “0”。它也称相对码波形。用差分波形传送代码可以消 除设备初始状态的影响。 多电平波形：可以提高频带利用率。 t 01 00 11 10 01 +3E +E 0 -E -3E
第6章数字基带传输系统 数字基带信号的表示式：表示信息码元的单个脉冲 的波形并非一定是矩形的。 若表示各码元的波形相同而电平取值不同，则 数字基带信号可表示为： s(0)=∑a,gt-nI,) 式中，a,-第n个码元所对应的电平值 T,~码元持续时间 g(t)-某种脉冲波形 一般情况下，数字基带信号可表示为一随机脉冲序 列： s0=∑s,) n=-o0 式中，s()可以有种不同的脉冲波形
7 第6章 数字基带传输系统 ◆ 数字基带信号的表示式：表示信息码元的单个脉冲 的波形并非一定是矩形的。 若表示各码元的波形相同而电平取值不同，则 数字基带信号可表示为： 式中，an － 第n个码元所对应的电平值 Ts － 码元持续时间 g(t) －某种脉冲波形 一般情况下，数字基带信号可表示为一随机脉冲序 列： 式中，sn (t)可以有N种不同的脉冲波形。 =− = − n n nTs s(t) a g(t ) =− = n n s(t) s (t)
第6章数字基带传输系统 ■ 6.1.2基带信号的频谱特性 ◆本小节讨论的问题 ▣由于数字基带信号是一个随机脉冲序列，没有确定的 频谱函数，所以只能用功率谱来描述它的频谱特性。 口这里将从随机过程功率谱的原始定义出发，求出数字 随机序列的功率谱公式。 ◆随机脉冲序列的表示式 口设一个二进制的随机脉冲序列如下图所示： 81(t+2T,) s(1) 82(t-2T) -7T/2 -3T/2←T 3T/2 7T/2 0
8 第6章 数字基带传输系统 ◼ 6.1.2 基带信号的频谱特性 ◆ 本小节讨论的问题 由于数字基带信号是一个随机脉冲序列，没有确定的 频谱函数，所以只能用功率谱来描述它的频谱特性。 这里将从随机过程功率谱的原始定义出发，求出数字 随机序列的功率谱公式。 ◆ 随机脉冲序列的表示式 设一个二进制的随机脉冲序列如下图所示：
第6章数字基带传输系统 g(t+2T,) 82(1-2T -7T/2 -3T/2 3T2 7T2 图中 T·码元宽度 g1(t)和g2)-分别表示消息码“0和“1”，为任意波形。 ▣设序列中任一码元时间T,内g1(t)和g2)出现的概率分别为P和 (1-P),且认为它们的出现是统计独立的，则该序列可表示为 1n=-00 ，以概率P出现 式中 S()）= 8(t-nTs) 82(t-nTs),以概率(1-P)出现 9
9 第6章 数字基带传输系统 图中 Ts － 码元宽度 g1 (t)和g2 (t) － 分别表示消息码“0”和“1”，为任意波形。 设序列中任一码元时间Ts内g1 (t)和g2 (t)出现的概率分别为P和 (1-P)，且认为它们的出现是统计独立的，则该序列可表示为 式中 =− = n n s(t) s (t) 1 2 ( ) , ( ) (1 ) S n S g t nT P s t g t nT P − = − − 以概率 出现 （ ）， 以概率 出现
第6章数字基带传输系统 ▣为了使频谱分析的物理概念清楚，推导过程简化，我们可以 把s(t)分解成稳态波v(t)和交变波u(t)。所谓稳态波，即随机 序列s(t)的统计平均分量，它取决于每个码元内出现g1()和 2)的概率加权平均，因此可表示成 0=∑[Pg,u-nI,)+1-P)gu-nT,】=∑y, 由于v(t)在每个码元内的统计平均波形相同，故v()是以T,为 周期的周期信号。 10
10 第6章 数字基带传输系统 为了使频谱分析的物理概念清楚，推导过程简化，我们可以 把s(t)分解成稳态波v(t)和交变波u(t) 。所谓稳态波，即随机 序列s(t)的统计平均分量，它取决于每个码元内出现g1 (t)和 g2 (t) 的概率加权平均，因此可表示成 由于v(t)在每个码元内的统计平均波形相同，故v(t)是以Ts为 周期的周期信号。 ( ) [ ( ) (1 ) ( )] ( ) 1 2 v t Pg t nT P g t nT v t n n n s s =− =− = − + − − =