通信原理第6章

1、第六章第六章 数字基带传输系统数字基带传输系统 1第六章 数字基带传输系统 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 眼图、均衡、扰码与解扰眼图、均衡、扰码与解扰 部分相应系统及抗噪声性能部分相应系统及抗噪声性能 基带传输的常用码型及码间干扰基带传输的常用码型及码间干扰 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带信号及其频谱 6.1.1 6.1.1 数字基带信号数字基带信号 6.2 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 3第六章 数字基带传输系统 v 数字通信系统数字通信系统 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带信号及其频谱 6.1.0 6.1.0 前前 言言 v 数

2、字基带信号数字基带信号 传输数字信息的系统；传输数字信息的系统； 数字信息通常由一组有限的离散的波形来表示；数字信息通常由一组有限的离散的波形来表示； 离散波形可以是未经调制的或调制后的信号形式。离散波形可以是未经调制的或调制后的信号形式。 未经调制的电脉冲信号，称为数字基带信号；未经调制的电脉冲信号，称为数字基带信号； 如计算机中直接产生的脉冲序列信号如计算机中直接产生的脉冲序列信号 基带信号包含丰富的低频分量，甚至直流分量。基带信号包含丰富的低频分量，甚至直流分量。 4第六章 数字基带传输系统 只做第一种变换后，将数字基带信号只做第一种变换后，将数字基带信号 直接传输的系统。直接传输的系统

3、。 v 数字通信系统中两个基本变换数字通信系统中两个基本变换 消息与数字基带信号间的变换；消息与数字基带信号间的变换； 数字基带信号变换成信道信号。数字基带信号变换成信道信号。 v 数字基带传输系统数字基带传输系统 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带信号及其频谱 6.1.0 6.1.0 前前 言言 5第六章 数字基带传输系统 v 研究数字基带传输的重要性研究数字基带传输的重要性 基带传输本身就是一种重要的传输方式；基带传输本身就是一种重要的传输方式； - 如调制与解调过程作为广义信道的一部分。如调制与解调过程作为广义信道的一部分。 - - 如利用对称电缆构成的近程数据通信系统如利用对

4、称电缆构成的近程数据通信系统 频带传输中同样存在基带传输问题；频带传输中同样存在基带传输问题； - 基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须 考虑的问题；考虑的问题； 任何数字传输均可等效为基带传输系统任何数字传输均可等效为基带传输系统 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带信号及其频谱 6.1.0 6.1.0 前前 言言 6第六章 数字基带传输系统 数字信息可以表示为一个数字序列数字信息可以表示为一个数字序列 an ，即，即 , 21012n aaaaaa an 是数字序列的基本单元，称为码元。是数字序列的基本单元，称为码元。 用不同幅度的脉

5、冲表示码元的不同取值。用不同幅度的脉冲表示码元的不同取值。 电脉冲的形式称为码型。电脉冲的形式称为码型。 6.1.1 6.1.1 数字基带信号数字基带信号 v 码码 元：元： v 脉冲信号：脉冲信号： v 码码 型：型： 基本概念基本概念 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带信号及其频谱 7第六章 数字基带传输系统 由码型还原为数字信息的过程；由码型还原为数字信息的过程； v 数字基带信号：数字基带信号：数字信息的电脉冲表示；数字信息的电脉冲表示； v 码型编码：码型编码：数字信息表示为电脉冲的过程；数字信息表示为电脉冲的过程； v 码型译码：码型译码： v 二元码：二元码：幅度取值只

6、有两种电平的码型。幅度取值只有两种电平的码型。 最简单的二元码基带信号的波形为矩形波。最简单的二元码基带信号的波形为矩形波。 幅度的两种取值分别对应于二进制码中的幅度的两种取值分别对应于二进制码中的1 1和和0 0。 基本概念基本概念 6.1.1 6.1.1 数字基带信号数字基带信号 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带信号及其频谱 8第六章 数字基带传输系统 “1”码码 正电平；正电平； “0”码码 零电平；零电平； v 单极性非归零波形单极性非归零波形 波形图波形图 数字基带信号的类型数字基带信号的类型 整个码元期间电平保持不变；整个码元期间电平保持不变； 6.1.1 6.1.1

7、数字基带信号数字基带信号 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带信号及其频谱 9第六章 数字基带传输系统 q 极性单一；极性单一； 单极性不归零波形的特点单极性不归零波形的特点 v 单极性非归零波形单极性非归零波形 数字基带信号的类型数字基带信号的类型 q 有直流分量有直流分量( (波形的电平平均值不为波形的电平平均值不为0)0)； q 脉冲之间无间隔脉冲之间无间隔( (脉冲宽度脉冲宽度= =码元宽度码元宽度) )； q 一般设备都有固定的零电平，应用方便。一般设备都有固定的零电平，应用方便。 6.1.1 6.1.1 数字基带信号数字基带信号 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带

8、信号及其频谱 10第六章 数字基带传输系统 “1”码码 正电平；正电平；“0”码码 负电平；负电平； 波形图波形图 数字基带信号的类型数字基带信号的类型 v 双极性非归零波形双极性非归零波形 整个码元期间电平保持不变；整个码元期间电平保持不变； 6.1.1 6.1.1 数字基带信号数字基带信号 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带信号及其频谱 11第六章 数字基带传输系统 q 无直流分量；无直流分量； 双极性不归零波形的特点双极性不归零波形的特点 数字基带信号的类型数字基带信号的类型 v 双极性非归零波形双极性非归零波形 q 脉冲之间无间隔；脉冲之间无间隔； q 信号的判决电平为信号的

9、判决电平为 0 0； q 抗干扰能力较强。抗干扰能力较强。 6.1.1 6.1.1 数字基带信号数字基带信号 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带信号及其频谱 12第六章 数字基带传输系统 脉冲宽度比码元宽度窄，正脉冲回到脉冲宽度比码元宽度窄，正脉冲回到 零电位。如：零电位。如：“1”码码 -内用正电平表示，内用正电平表示， 其余回归至零；其余回归至零；“0”码码 - 用零电平表示。用零电平表示。 波形图波形图 占空比占空比1/21/2 v 单极性归零波形单极性归零波形 数字基带信号的类型数字基带信号的类型 6.1.1 6.1.1 数字基带信号数字基带信号 6.1 6.1 数字基带信号

10、及其频谱数字基带信号及其频谱 13第六章 数字基带传输系统 q 码元间隔明显，有利于同步时钟提取；码元间隔明显，有利于同步时钟提取； q 脉冲窄，有利于减少码元间波形干扰；脉冲窄，有利于减少码元间波形干扰； q 码元能量小，但抗干扰能力差。码元能量小，但抗干扰能力差。 单极性归零波形的特点单极性归零波形的特点 v 单极性归零波形单极性归零波形 数字基带信号的类型数字基带信号的类型 6.1.1 6.1.1 数字基带信号数字基带信号 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带信号及其频谱 14第六章 数字基带传输系统 “1”1”码用正电平，码用正电平，“0”0”码用负电平表示；码用负电平表示；

11、波形图波形图 v 双极性归零波形双极性归零波形 数字基带信号的类型数字基带信号的类型 脉冲宽度比码元宽度窄，脉冲回到零电位。脉冲宽度比码元宽度窄，脉冲回到零电位。 特点：特点：有利于同步脉冲的提取。有利于同步脉冲的提取。 6.1.1 6.1.1 数字基带信号数字基带信号 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带信号及其频谱 15第六章 数字基带传输系统 用电平的跳变和不变来表示用电平的跳变和不变来表示“1”1”和和“0”0”； 传号差分码传号差分码NRZ(M)NRZ(M)：用电平跳变表示：用电平跳变表示“1”1”； 空号差分码空号差分码NRZ(S)NRZ(S)：用电平跳变表示：用电平跳变表

12、示“0”0”。 波形图波形图 v 差分波形差分波形 数字基带信号的类型数字基带信号的类型 在相位调制中用来解决载波相位模糊问题。在相位调制中用来解决载波相位模糊问题。 6.1.1 6.1.1 数字基带信号数字基带信号 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带信号及其频谱 16第六章 数字基带传输系统 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 -3E -E +E +3E v 多电平波形多电平波形 数字基带信号的类型数字基带信号的类型 提高频带利用率提高频带利用率 6.1.1 6.1.1 数字基带信号数字基带信号 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带信号及其频谱 17第六章 数字基带传输

13、系统 【例例1 1】 已知二元信息序列为已知二元信息序列为11101001011110100101， 画出它所对应的四种简单二元码波形。画出它所对应的四种简单二元码波形。 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带信号及其频谱 18第六章 数字基带传输系统 6.2 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 6.2.1 6.2.1 传输码的码型选择原则传输码的码型选择原则 选择码型时应考虑的原则选择码型时应考虑的原则 v 信号抗干扰能力强，具有内在纠错检错能力；信号抗干扰能力强，具有内在纠错检错能力； v 相应信号中应不含有直流分量且低频分量少；相应信号中应不含有直流分量且低频分量少； v

14、 提高信道的频带利用率，减少串扰；提高信道的频带利用率，减少串扰； v 便于从基带信号中获取位定时信息；便于从基带信号中获取位定时信息； v 能够适应于信息源的变化能够适应于信息源的变化, , 即对任何信源即对任何信源 具有透明性，不受信源统计特性的影响；具有透明性，不受信源统计特性的影响； v 编码译码简单，以降低通信延时和成本。编码译码简单，以降低通信延时和成本。 19第六章 数字基带传输系统 v 编码规则编码规则 将二进制消息代码将二进制消息代码“1”(1”(传号传号) )交替地变换为交替地变换为 传输码的传输码的“+1”+1”和和“-1”-1”，而，而“0”0”保持不变。保持不变。 v

15、 波形图波形图 6.2 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 6.2.2 6.2.2 几种常用的传输码型几种常用的传输码型 传号交替反转码传号交替反转码(AMI(AMI码码) ) 20第六章 数字基带传输系统 由于由于+1+1与与-1-1交替，交替，AMIAMI码的功率谱中不含码的功率谱中不含 直流成分，高、低频分量少。直流成分，高、低频分量少。 当原信码出现连当原信码出现连“0”0”串时，信号的电平串时，信号的电平 长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。 v AMIAMI码的优点码的优点 v AMIAMI码的缺点码的缺点 AMIAMI码的编译码电

16、路简单，便于利用传号码的编译码电路简单，便于利用传号 极性交替规律观察误码情况。极性交替规律观察误码情况。 6.2 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 6.2.2 6.2.2 几种常用的传输码型几种常用的传输码型 传号交替反转码传号交替反转码(AMI(AMI码码) ) 21第六章 数字基带传输系统 v HDBHDB3 3码编码规则码编码规则 三阶高密度双极性码三阶高密度双极性码(HDB(HDB3 3码码) ) 用取代节用取代节B00VB00V或或000V000V来代替，来代替， B B表示符合极性交替规律的传号，表示符合极性交替规律的传号， V V表示破坏极性交替规律的传号，表示破坏

17、极性交替规律的传号， 称为破坏点。称为破坏点。 当连当连0 0个数个数33时时, ,跟跟AMIAMI码一样，码一样，+1+1与与-1-1交替；交替； 当连当连“0”0”个数个数44时时 6.2 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 6.2.2 6.2.2 几种常用的传输码型几种常用的传输码型 22第六章 数字基带传输系统 当相邻当相邻V V码间的码间的“1”1”码个数为奇数个，则码个数为奇数个，则 加加000V000V，V V的极性与前一个的极性与前一个V V的极性相反。的极性相反。 v HDB3HDB3码编码规则码编码规则 当相邻当相邻V V码间的码间的“1”1”码个数为偶数个，则码

18、个数为偶数个，则 加加B00VB00V，B B极性与前一个非极性与前一个非0 0符号极性相反，符号极性相反， 并让之后的非并让之后的非0 0符号从符号从V V符号开始极性交替。符号开始极性交替。 6.2 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 6.2.2 6.2.2 几种常用的传输码型几种常用的传输码型 三阶高密度双极性码三阶高密度双极性码(HDB(HDB3 3码码) ) 23第六章 数字基带传输系统 v HDB3HDB3码波形图码波形图 6.2 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 6.2.2 6.2.2 几种常用的传输码型几种常用的传输码型 三阶高密度双极性码三阶高密度双极性

19、码(HDB(HDB3 3码码) ) 24第六章 数字基带传输系统 q 每一个破坏符号每一个破坏符号V V总是与前一非总是与前一非0 0符号符号 ( (包括包括B B在内在内) )同极性。同极性。 v HDBHDB3 3码译码规则码译码规则 三阶高密度双极性码三阶高密度双极性码(HDB(HDB3 3码码) ) q 从收到的符号序列中找到破坏点从收到的符号序列中找到破坏点V V，V V符号符号 及其前面的及其前面的3 3个符号必是连个符号必是连0 0符号，从而恢符号，从而恢 复复4 4个连个连0 0码，再将所有码，再将所有-1-1变成变成+1+1后便得到后便得到 原消息代码。原消息代码。 6.2

20、6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 6.2.2 6.2.2 几种常用的传输码型几种常用的传输码型 25第六章 数字基带传输系统 用一个周期的方波表示用一个周期的方波表示1 1，用其反相波形表示，用其反相波形表示0 0。 常规定用常规定用1010表示表示0 0、0101表示表示1 1。 v 编码规则编码规则 v 波形图波形图 数字双向码数字双向码( (曼彻斯特码曼彻斯特码) ) 6.2 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 6.2.2 6.2.2 几种常用的传输码型几种常用的传输码型 26第六章 数字基带传输系统 q 常用于数据终端设备的短距离传输。常用于数据终端设备的短距离传

21、输。 v 数字双向码的应用数字双向码的应用 v 数字双向码的特点数字双向码的特点 q 含有丰富的位定时信息；含有丰富的位定时信息； q 不受信源统计特性的影响；不受信源统计特性的影响； q 无直流分量无直流分量 q 具有一定的宏观检错能力。具有一定的宏观检错能力。 数字双向码数字双向码( (曼彻斯特码曼彻斯特码) ) 6.2 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 6.2.2 6.2.2 几种常用的传输码型几种常用的传输码型 27第六章 数字基带传输系统 用码元间隔中心出现跳变表示用码元间隔中心出现跳变表示1 1，即用，即用0101或或 1010表示表示1 1；而在单；而在单0 0时，码

22、元间隔内不出现时，码元间隔内不出现 电平跳变；出现连电平跳变；出现连0 0时，在两个时，在两个0 0的边界处出现的边界处出现 电平跃变，即电平跃变，即0000与与1111交替。交替。 v 编码规则编码规则 v 波形图波形图 密勒码密勒码 6.2 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 6.2.2 6.2.2 几种常用的传输码型几种常用的传输码型 28第六章 数字基带传输系统 一种双极性二电平非归零码。一种双极性二电平非归零码。 0000和和1111两位码交替地表示两位码交替地表示1 1，用，用0101表示表示0 0， 1010为禁用码组。为禁用码组。 v 编码规则编码规则 v 波形图波形

23、图 传号反转码传号反转码(CMI(CMI码码) ) 6.2 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 6.2.2 6.2.2 几种常用的传输码型几种常用的传输码型 29第六章 数字基带传输系统 v CMICMI的特点的特点 q 含有丰富的位定时信息；含有丰富的位定时信息； q 无直流分量无直流分量 q 具有一定的宏观检错能力。具有一定的宏观检错能力。 v CMICMI的应用的应用 q 广泛应用于高次群脉冲编码调制终端广泛应用于高次群脉冲编码调制终端 设备中。设备中。 传号反转码传号反转码(CMI(CMI码码) ) 6.2 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 6.2.2 6.2.2

24、 几种常用的传输码型几种常用的传输码型 30第六章 数字基带传输系统 功率谱比较功率谱比较 6.2 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 6.2.2 6.2.2 几种常用的传输码型几种常用的传输码型 31第六章 数字基带传输系统 6.2 6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 6.2.2 6.2.2 几种常用的传输码型几种常用的传输码型 功率谱比较功率谱比较 32第六章 数字基带传输系统 v 数字基带信号的码型数字基带信号的码型 数字基带信号基本概念数字基带信号基本概念 数字基带信号波形数字基带信号波形 v 基带传输的常用码型基带传输的常用码型 码型选择的基本原则码型选择的基本原

25、则 二元码、三元码编码原则及特点二元码、三元码编码原则及特点 本课小结本课小结 作作 业业 P174 6.1 6.7 6.8P174 6.1 6.7 6.8 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 预备知识：常用的脉冲信号波形预备知识：常用的脉冲信号波形 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱数字基带信号及其频谱 34第六章 数字基带传输系统 波形及时域表达式波形及时域表达式 2 T 2 T s E t t 矩形脉冲波形示意图矩形脉冲波形示意图 2 0 2 )( T t T tE ts s 时域表达式时域表达式 v 矩形脉冲矩形脉冲 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性

26、数字基带信号及其频谱特性 常用的脉冲信号波形常用的脉冲信号波形 35第六章 数字基带传输系统 矩形脉冲频域特性矩形脉冲频域特性 dtetss jwt )()( ). 2 ( 2/ 2/ 2/ 2/ T TSaEdteE dteE s T T jwt s T T jwt s 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 v 矩形脉冲矩形脉冲 常用的脉冲信号波形常用的脉冲信号波形 36第六章 数字基带传输系统 第一个过零点第一个过零点: : 2 T 频带宽度频带宽度: 1 Bf 2T 矩形脉冲频谱图矩形脉冲频谱图 1 B T 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号

27、及其频谱特性 v 矩形脉冲矩形脉冲 常用的脉冲信号波形常用的脉冲信号波形 37第六章 数字基带传输系统 波形及时域表达式波形及时域表达式 2 T 2 T s E t 三角波波形示意图三角波波形示意图 2 0 2 ) 2 1 ( )( T t T t T t E ts s 时域表达式时域表达式 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 v 三角波三角波 常用的脉冲信号波形常用的脉冲信号波形 38第六章 数字基带传输系统 三角波频域特性三角波频域特性 ). 4 ( 2 ) 2 1 (2 2/ 0 T Sa TE dte T t E s T jwt s dtetss jwt

28、)()( 2/ 2/ ) |2 1 ( T T jwt s dte T t E 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 v 三角波三角波 常用的脉冲信号波形常用的脉冲信号波形 39第六章 数字基带传输系统 三角波频谱图三角波频谱图 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 v 三角波三角波 常用的脉冲信号波形常用的脉冲信号波形 频带宽度 T B 2 T 4 T 8 T 4 T 8 2 TE s 40第六章 数字基带传输系统 v 了解信号需要占据的频带宽度；了解信号需要占据的频带宽度； 频谱分析的目的频谱分析的目的 v 确定是否可从信号中提取定时

29、信号。确定是否可从信号中提取定时信号。 v 分析频谱分量，有无直流、定时分量等；分析频谱分量，有无直流、定时分量等； v 针对信号谱的特点来选择相匹配的信道；针对信号谱的特点来选择相匹配的信道； 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 41第六章 数字基带传输系统 n 数字信号是一串随机的脉冲序列；数字信号是一串随机的脉冲序列； n 用用功率谱密度功率谱密度描述其频率特性。描述其频率特性。 频谱分析的方法频谱分析的方法 n 随机信号没有确定的频谱函数；随机信号没有确定的频谱函数； v 数字基带信号的特性数字

30、基带信号的特性 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 42第六章 数字基带传输系统 v 二进制随机脉冲序列波形二进制随机脉冲序列波形 数字基带信号时域表示式数字基带信号时域表示式 ( )s t t 2( 2) s gtT 1( 2) s g tT q 单极性信号：单极性信号： g1(t) = 0、g2(t) = g(t)； q 双极性信号：双极性信号： g1(t) = -g(t)、g2(t) = g(t)。 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱

31、特性数字基带信号及其频谱特性 43第六章 数字基带传输系统 数字基带信号时域表示式数字基带信号时域表示式 设前后码元统计独立，且设前后码元统计独立，且 出现的概率为出现的概率为 p， 出现的概率为出现的概率为 1-p，则该序列可以写成，则该序列可以写成 其中其中 1 2 (), ( ) (), s n s g tnTP s t g tnTP 以概率 出现 以概率1- 出现 ( )( ) n n s tst 1( ) g t 2( ) g t 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 44第六章 数字基带传输系

32、统 数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 v 功率谱计算方法功率谱计算方法 2 () ()lim T T E Sf P f T 首先求随机信号首先求随机信号 的截断函数的截断函数 ； ( )s t( ) T st ( ) T st( ) T Sf 其次求其次求 的傅里叶变换的傅里叶变换 ； 最后求随机信号的功率谱密度最后求随机信号的功率谱密度 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 45第六章 数字基带传输系统 数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 v 的截断函数的截断函数( )s t ( )( )( )

33、TTT s tu tv t ( )( )( ),( )( ), TTTTT utstvtvtE st令令 稳态波稳态波交变波交变波 (21) s TNT( )( ), N Tn nN sts t 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 46第六章 数字基带传输系统 ( )( )( ) TTT utstvt ( ) ( ) TT v tE s t ( ) T st v 稳态波与交变波稳态波与交变波 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 6.1.

34、2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 47第六章 数字基带传输系统 数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 v 的分解的分解 ( )s t ( )lim( )lim( )( ); ( )( )( ) TTT TT s tstutvt s tu tv t ()()() suv PfPfPf 功率谱密度功率谱密度 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 48第六章 数字基带传输系统 数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 v 的功率谱密度的功率谱密度( )v t ( )( ) TT vtE st 1

35、2 ()(1)() N ss nN Pg tnTP g tnT 12 ( )()(1)(). ss n v tPg tnTP gtnT 是以是以 为周期的周期信号。为周期的周期信号。( )v t1/ ss Tf 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 49第六章 数字基带传输系统 数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 v 的功率谱密度的功率谱密度（续）（续） ( )v t 2 ( ), s jmf t m m v tv e 为傅里叶系数，即为傅里叶系数，即 m v /2 2 /2 1 ( ), s s s

36、T jmf t m T s vv t edt T 2 ()|() vms m Pfvfmf 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 50第六章 数字基带传输系统 数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 v 的功率谱密度的功率谱密度（续）（续） ( )v t 12 ()(1)() msss vf PG mfP Gmf 2 ()|() vms m Pfvfmf 设设 则则 1122 ( )( ),( )( ),g tGfg tGf 由此可得由此可得 功率谱密度为功率谱密度为 ( )v t 6.1 6.1 数字基带

37、信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 )(| )()1 ()(| 2 21 2 ss m ss mffmfGpmfpGf 51第六章 数字基带传输系统 数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 v 的功率谱密度的功率谱密度 ( )u t ( )( )( )( ) NN Tnnn nNnN utu ts tv t 1, . , n PP a PP 以概率 以概率1- 为交变分量的随机幅度序列，即为交变分量的随机幅度序列，即 n a 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱

38、特性基带信号的频谱特性 )()( 21s N Nn sn nTtgnTtga 52第六章 数字基带传输系统 数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 v 的功率谱密度的功率谱密度( (续）续）( )u t 2 12 ( )( ) s N fnT n nN a eGfGf () T Uf 2 |( )| T E Uf 2()2 12 |()() | s NN jf n m T mn mN nN E a aeGfGf 2 12 (1) |()() | N mN PPGfGf 2 12 (21)(1) |()() |NPPGfGf 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1

39、.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 53第六章 数字基带传输系统 数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 v 的功率谱密度的功率谱密度( (续）续） ( )u t ( ) u Pf 2 12 (21)(1) |()() | lim (21) N s NPPGfGf NT 2 |( )| lim T T E Uf T 2 12 (1) |()() | s f PPGfGf 由功率谱密度定义由功率谱密度定义 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 54第六章 数字基带传输系统 数字基带信号功率

40、谱数字基带信号功率谱 v 的功率谱密度的功率谱密度 ( )s t 2 12 (1) |()() | s f PPGfGf ( ) s P f( )( ) uv PfP f 由由 、 的表示式，可得的表示式，可得 ( ) u Pf( ) v P f 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 ).(| )()1 ()(| 2 21 2 ss m ss mffmfGpmfpGf 55第六章 数字基带传输系统 单极性数字基带信号功率谱单极性数字基带信号功率谱 单极性信号单极性信号 12 ( )0,( )( ),g t

41、g tg t ( ) s P f 2 1 ()(). 44 s s T SafTf 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 ( ) s P f ).(| )()1 ( | 22 ss m s mffmfGpf 2 | )(| )1 (fGppf s 如果如果 为矩形脉冲，则为矩形脉冲，则 )(, 2/1tgp 56第六章 数字基带传输系统 q 单极性不归零信号中有直流分量，无定时分量；单极性不归零信号中有直流分量，无定时分量； 单极性数字基带信号功率谱单极性数字基带信号功率谱 v 单极性不归零信号功率谱示意

42、图单极性不归零信号功率谱示意图 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 57第六章 数字基带传输系统 双极性数字基带信号功率谱双极性数字基带信号功率谱 ( ) s P f 双极性信号双极性信号 12 ( )( ),( )( ),g tg tg tg t ( ) s P f 2 (). ss T SafT q 0 0、1 1等概的双极性信号没有离散谱，等概的双极性信号没有离散谱， 即无直流分量和定时分量。即无直流分量和定时分量。 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6

43、.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 如果如果 为矩形脉冲，则为矩形脉冲，则 )(, 2/1tgp ).(| )()12( | 22 ss m s mffmfGpf 2 | )(| )1 (4fGppf s 58第六章 数字基带传输系统 数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 v 功率谱的意义功率谱的意义 q 包含连续谱包含连续谱 Pu( f )和离散谱和离散谱 Pv( f ) 离散谱是否存在，取决于离散谱是否存在，取决于g1(t)和和g2(t)的波形的波形 及其出现的概率及其出现的概率 p； 由于由于 连续谱总是存在的；连续谱总是存在的；12 ( )( ),g tg t q 连续谱连

44、续谱 Pu( f ) 可以确定随机序列的带宽；可以确定随机序列的带宽； q 离散谱离散谱 Pv( f ) 可以确定随机序列是否包含可以确定随机序列是否包含 直流成分及定时信号。直流成分及定时信号。 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 59第六章 数字基带传输系统 数字基带信号功率谱数字基带信号功率谱 v 功率谱的意义功率谱的意义( (续续) ) q 随机序列的带宽取决于单个码元波形的随机序列的带宽取决于单个码元波形的 频谱函数频谱函数G1( f )或或G2( f )； 两者之中应取较大带宽的一个作为序列

45、带宽两者之中应取较大带宽的一个作为序列带宽 q 通常以谱的第一个过零点作为近似带宽通常以谱的第一个过零点作为近似带宽; ; q 时间波形的占空比越小，频带越宽；时间波形的占空比越小，频带越宽； 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 6.1.2 6.1.2 基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性 60第六章 数字基带传输系统 s T 1,t g(t) 4 0, 其它 例：例： 为半占空归零矩形脉冲信号的为半占空归零矩形脉冲信号的 功率谱密度及传输带宽？功率谱密度及传输带宽？ ) t (g ss TfT G(f)Sa 22 6.1 6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带

46、信号及其频谱特性 ).() 2 ( 16 1 ) 2 ( 16 )( 22 s m ss s mff m Sa fT Sa T fP 61第六章 数字基带传输系统 本课小结本课小结 v 数字基带信号的频率特性数字基带信号的频率特性 n 稳态波与交变波的概念稳态波与交变波的概念 n 数字基带信号的功率谱数字基带信号的功率谱 n 数字基带信号功率谱的意义数字基带信号功率谱的意义 n 数字基带信号的带宽数字基带信号的带宽 P175 6.4P175 6.4 作作 业业 6.3 6.3 基带信号传输与码间串基带信号传输与码间串 扰扰 63第六章 数字基带传输系统 6.3 6.3 数字基带信号传输与码间串

47、扰数字基带信号传输与码间串扰 6.3.1 6.3.1 数字基带信号传输系统的组成数字基带信号传输系统的组成 v 数字基带传输系统数字基带传输系统 信道信号形成器信道信号形成器( (发送滤波器发送滤波器) )： 压缩输入信号频带，把传输码变换成适宜于信道压缩输入信号频带，把传输码变换成适宜于信道 传输的基带信号波形。传输的基带信号波形。 64第六章 数字基带传输系统 6.3 6.3 数字基带信号传输与码间串扰数字基带信号传输与码间串扰 6.3.1 6.3.1 数字基带信号传输系统的组成数字基带信号传输系统的组成 v 数字基带传输系统数字基带传输系统 接收滤波器：接收滤波器： 用来接收信号，滤除信

48、道噪声和其他干扰，对信道用来接收信号，滤除信道噪声和其他干扰，对信道 特性进行均衡，使输出基带波形有利于抽样判决。特性进行均衡，使输出基带波形有利于抽样判决。 65第六章 数字基带传输系统 6.3 6.3 数字基带信号传输与码间串扰数字基带信号传输与码间串扰 6.3.1 6.3.1 数字基带信号传输系统的组成数字基带信号传输系统的组成 v 数字基带传输系统数字基带传输系统 抽样判决器：抽样判决器： 对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复 或再生基带信号。或再生基带信号。 66第六章 数字基带传输系统 6.3 6.3 数字基带信号传输与码间串扰数字基

49、带信号传输与码间串扰 6.3.1 6.3.1 数字基带信号传输系统的组成数字基带信号传输系统的组成 v 数字基带传输系统数字基带传输系统 同步提取：同步提取： 用同步提取电路从接收信号中提取定时脉冲。用同步提取电路从接收信号中提取定时脉冲。 67第六章 数字基带传输系统 输入信号 码型变换后 传输的波形 信道输出 接收滤波输出 位定时脉冲 恢复的信息 6.3 6.3 数字基带信号传输与码间串扰数字基带信号传输与码间串扰 6.3.1 6.3.1 数字基带信号传输系统的组成数字基带信号传输系统的组成 v 数字基带系统各点波形数字基带系统各点波形 68第六章 数字基带传输系统 6.3 6.3 数字基

50、带信号传输与码间串扰数字基带信号传输与码间串扰 6.3.1 6.3.1 数字基带信号传输系统的组成数字基带信号传输系统的组成 v 误码的产生误码的产生 误码产生的原因误码产生的原因: : 信道的加性噪声信道的加性噪声 码间串扰：码间串扰： 系统传输总特性不理想，导致前后系统传输总特性不理想，导致前后 码元的波形畸变并使前面波形出现很长的拖尾，码元的波形畸变并使前面波形出现很长的拖尾， 从而对当前码元的判决造成干扰。从而对当前码元的判决造成干扰。 码间串扰：码间串扰： 69第六章 数字基带传输系统 6.3 6.3 数字基带信号传输与码间串扰数字基带信号传输与码间串扰 6.3.2 6.3.2 数字

51、基带信号传输的定量分析数字基带信号传输的定量分析 )( T G)(C)( R G ),()( n sn nTtatd).()()(tnnTthatr R n sn )()()()( RT GCGH deGCGth tj RT )()()( 2 1 )( 其中其中 v 数字基带信号传输系统模型数字基带信号传输系统模型 发送发送 滤波器滤波器 信道信道 接收接收 滤波器滤波器 抽样抽样 判决判决 )(tn n a n a )(td )(tr 70第六章 数字基带传输系统 v 基带信号的抽样判决基带信号的抽样判决 通过判决电路的判决门限通过判决电路的判决门限V0来判断来判断 若若 则判则判 ； ,)

52、( 00 VkTtr s 1 k a 若若 则判则判 。 ,)( 00 VkTtr s 0 k a 求求 k 时刻抽样值时刻抽样值 )( 0s kTtr ，t t0 0 是可能的时偏 是可能的时偏 6.3 6.3 数字基带信号传输与码间串扰数字基带信号传输与码间串扰 6.3.2 6.3.2 数字基带信号传输的定量分析数字基带信号传输的定量分析 71第六章 数字基带传输系统 k 时刻的抽样值时刻的抽样值 )()()( 000s n Rssns kTtnnTkTthakTtr )()()( 000s kn Rssnk kTtnnTkTthatha 确定确定 的依据的依据 k a 码间干扰码间干扰随

53、机噪声干扰随机噪声干扰 6.3 6.3 数字基带信号传输与码间串扰数字基带信号传输与码间串扰 6.3.2 6.3.2 数字基带信号传输的定量分析数字基带信号传输的定量分析 v 码间串扰码间串扰 影响基带信号传输的主要因素：码间串扰和信道噪声。影响基带信号传输的主要因素：码间串扰和信道噪声。 6 6.4.4 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性 73第六章 数字基带传输系统 n sn nTta)( n sn nTthatr)()( , )()()( 000 kn snks tTnkhathakTtr 假设传输系统中无噪声，则假设传输系统中无噪声，则 .)( 2 1 )( deHth

54、tj n a )()(Hth抽样判决抽样判决 n a 6.6.4 4 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性 6.4.1 6.4.1 无码间串扰的基本思想无码间串扰的基本思想 v 无码间串扰时冲击响应函数的特性无码间串扰时冲击响应函数的特性 其中其中 74第六章 数字基带传输系统 6.6.4 4 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性 6.4.1 6.4.1 无码间串扰的基本思想无码间串扰的基本思想 若想消除码间串扰，应有若想消除码间串扰，应有 .0)( 0 kn sn tTnkha v 无码间串扰时冲击响应函数的特性无码间串扰时冲击响应函数的特性 75第六章 数字基带传输

55、系统 v 无码间串扰的时域条件无码间串扰的时域条件 设基带传输系统的传递函数设基带传输系统的传递函数 ，其冲击，其冲击 响应函数为响应函数为 ，则无码间干扰的基带传输，则无码间干扰的基带传输 条件为：条件为： (0)1, ()0, s h h nk Tnk ( )H ( )h t 6.6.4 4 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性 6.4.2 6.4.2 无码间串扰的条件无码间串扰的条件 76第六章 数字基带传输系统 ,)( 2 1 )( deHth tj (21)/ (21)/ 1 ( ) 2 S S S iT j kT S iT i h kTHed v 无码间串扰的频域条件无

56、码间串扰的频域条件 6.6.4 4 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性 6.4.2 6.4.2 无码间串扰的条件无码间串扰的条件 .)( 2 1 )( deHkTh s kTj s / 2 / 12 () 2 S S S T jkTjik S T i S i h kTHeed T / / 12 () 2 S S S T jkT T i S i Hed T 77第六章 数字基带传输系统 / / 12 () 2 S S S T j kT S T i S i h kTHed T ( ) S jn T n n Ff e / / ( ) 2 S S S T jn T S n T T fFe

57、d v 无码间串扰的频域条件无码间串扰的频域条件 6.6.4 4 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性 6.4.2 6.4.2 无码间串扰的条件无码间串扰的条件 .|,)() 2 ( 1 s ik kTj S sS T ekTh T i H T S ,) 2 ( i S s T T i H S T 奈奎斯特奈奎斯特( (Nyquist) ) 第一准则第一准则 78第六章 数字基带传输系统 设基带传输系统的传递函数为设基带传输系统的传递函数为 ， 则无码间干扰的充要条件为：则无码间干扰的充要条件为： ( )H 2 (), ( ) 0, s n s eq n HCT TT H T v

58、无码间串扰的频域条件无码间串扰的频域条件 6.6.4 4 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性 6.4.2 6.4.2 无码间串扰的条件无码间串扰的条件 79第六章 数字基带传输系统 当以当以1/Ts 速率传输基带信号时，无码间串扰；速率传输基带信号时，无码间串扰； 当以高于当以高于1/Ts速率传输信号时，存在码间串扰。速率传输信号时，存在码间串扰。 v 频域上的物理意义频域上的物理意义 6.6.4 4 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性 6.4.2 6.4.2 无码间串扰的条件无码间串扰的条件 .|,) 2 ( s i s s T CT T i H 80第六章 数字

59、基带传输系统 v 理想低通信号理想低通信号 )()( 0 s T t SaSth 传递函数传递函数 冲击响应函数冲击响应函数 奈奎斯特带宽奈奎斯特带宽 奈奎斯特间隔奈奎斯特间隔 1 2 s B T s T 6.6.4 4 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性 6.4.3 6.4.3 无码间串扰的传输特性的设计无码间串扰的传输特性的设计 s s s T T TS H |, 0 |, )( 0 81第六章 数字基带传输系统 频带利用率：频带利用率：单位频带内的传码率单位频带内的传码率 sB s 1/TR 2(Baud/Hz) B1/2T 这是抽样值无失真的条件下，所能达到的这是抽样值无

60、失真的条件下，所能达到的 最高频带利用率。最高频带利用率。 v 理想低通信号理想低通信号 6.6.4 4 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性 6.4.3 6.4.3 无码间串扰的传输特性的设计无码间串扰的传输特性的设计 82第六章 数字基带传输系统 理想低通特性的圆滑理想低通特性的圆滑 圆滑通常称为圆滑通常称为“滚降滚降” “奇对称奇对称” 6.6.4 4 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性 6.4.3 6.4.3 无码间串扰的传输特性的设计无码间串扰的传输特性的设计 v 升余弦滚降信号升余弦滚降信号 83第六章 数字基带传输系统 s s ss T T TT H 2