通信原理数字基带传输系统专家讲座

通信原理数字基带传输系统第1页数字基带传输系统

数字基带传输系统是数字通信中常见系统，也是研究数字频带传输基础。几个基础概念基带信号：发送端调制前和接收端解调后信号称为基带信号。数字基带信号：消息代码电波形(电压或电流)。它是用不一样电平或脉冲来表示对应消息代码。基带传输系统：不使用调制和解调装置而直接传送基带信号系统。数字基带传输系统：通信系统信道中传输信号是数字基带信号。第2页数字基带传输系统数字基带传输系统应用范围：在一些含有低通特征信道中，以及近距离传输情况下被采取。一个经典数字基带传输系统组成框图如图所表示，它是很多实际应用基带传输系统概括。第3页第4页第5页数字基带传输系统数字基带传输系统各处波形：数字基带传输系统各个别作用：第6页数字基带信号及其频谱特征

为了分析数字信号在基带传输系统中传输情况，先来介绍几个数字基带信号及其频谱特征。1数字基带信号几个基础数字基带信号。(1)单极性码设消息代码由二进制符号0、1组成，“1”和“0”分别对应正电平和零电平，且在整个码元连续时间内电平保持不变。第7页数字基带信号及其频谱特征普通终端设备输出都是单极性码，这是因为普通终端都是接地，所以输出单极性码最为方便。单极性码普通不适合直接用于数字基带传输，因为它含有以下缺点：单极性码含有直流分量，直流和低频分量直接送入信道传输会发生畸变。在接收端对单极性码进行抽样判决，最正确判决电平普通应取“1”码电平二分之一，那么判决电平不易稳定在最正确判决电平上，这么会影响判决结果，造成误码，使系统抗噪声性能下降。第8页数字基带信号及其频谱特征单极性码不能直接提取同时脉冲。单极性码传输时要求信道一端接地，这么不能用两根芯线均不接地电缆等传输线。单极性码不适合直接送入信道传输，所以，要经过码型变换器将其变成适合在信道传输码型，其中最简单一个是双极性码。(2)双极性码“1”和“0”分别对应正、负电平，且在整个码元连续时间内电平保持不变。第9页数字基带信号及其频谱特征主要优点：从平均统计角度来看，消息“1”和“0”数目各占二分之一，所以无直流分量；接收端判决电平为0，轻易设置而且稳定，所以抗干扰能力强；能够在电缆等无接地传输线上传输，也用于数字调制器。主要缺点：不能直接从双极性码中提取同时脉冲分量。第10页数字基带信号及其频谱特征(3)单极性归零码归零码是指它电平连续时间比码元周期短，每个脉冲都要回到零电平。主要优点：能够直接提取同时脉冲。其它适合于信道传输但不能直接提取同时信号码型，能够先变换为单极性归零码再提取同时脉冲。(主要用作过渡码型)第11页数字基带信号及其频谱特征(4)双极性归零码双极性归零码：有电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都要回到零电平。优点：抗干扰能力强；码中不含直流成份；作为传输码型时不能直接提取同时信号，不过，经过简单变换电路(即全波整流电路)能够变换为单极性归零码，从而能够提取同时脉冲；应用广泛。第12页数字基带信号及其频谱特征(5)差分码(相对码)用相邻码元电平改变表示“1”；不变表示“0”(或作相反要求)。

特点：即使接收端收到码元电平与发送端完全相反，也能正确地进行判决。(主要用于处理相位含糊问题)第13页数字基带信号及其频谱特征前述各种码型都是一个二进制符号对应一个电平。实际上还存在多个二进制符号对应一个电平情形。(6)多电平波形比如：若令：00对应+3E，01对应+E，10对应-E，11对应-3E，则所得波形为4电平波形。常见于高速数据传输中。消息代码:0100111001110001第14页数字基带信号及其频谱特征数字基带信号频谱特征1、数字基带信号数学模型：数字基带信号是消息代码电波形，有一串消息代码：…10010101…，要求：g1(t)→”0”，g2(t)→”1”，则其脉冲波形以下：第15页数字基带信号及其频谱特征数字基带信号普通表示式：有一二进制离散信源，发送“0”和“1”概率分别为p和1-p，脉冲g1(t)→”0”，g2(t)→”1”，码元周期为Ts，携带“0”和“1”脉冲统一用g(t)表示，则g(t)为：消息代码是按照时间次序发送。若第0个消息代码a0→g(t)，则第1个消息代码a1→g(t-Ts)，第2个消息代码a2→g(t-2Ts)，以这类推，第n个消息代码an→g(t-nTs)。第16页数字基带信号及其频谱特征数字基带信号是全部码元对应波形叠加，可表示为：

因为第n个码元是0还是1是随机，所以，通常数字基带信号s(t)都是随机脉冲序列。第17页数字基带信号及其频谱特征讨论数字基带信号频谱特征必要性：经过频谱分析，能够了解信号频谱结构，信号频带宽度，信号中是否直流分量、同时脉冲分量等，适合在何种信道中传输。数字基带信号频谱特征讨论方法：因为数字基带信号是随机脉冲序列，因而，要借助于与功率谱密度函数来讨论。功率谱密度函数求解方法：借助于自相关函数求解；借助于定义式求解。第18页数字基带信号及其频谱特征下面简单介绍求s(t)功率谱密度求解方法。为了使频谱分析物理概念愈加清楚，而且使推导过程简化，把随机脉冲序列s(t)分解成稳态波v(t)和交变波u(t)两个别来分别讨论；分别求稳态波v(t)和交变波u(t)功率谱密度函数：稳态波v(t)是随机脉冲序列s(t)平均分量，而且能够证实v(t)是周期为Ts周期信号，则周期信号频谱是离散谱，因而，稳态波v(t)功率谱也是离散谱；交变波u(t)是非周期信号，则交变波u(t)频谱是连续谱，因而，交变波u(t)功率谱也是连续谱。随机脉冲序列频谱由连续谱和离散谱组成。第19页数字基带信号及其频谱特征经分析，可得随机脉冲序列s(t)功率谱密度函数：

相关讨论：(1)各符号含义：①fs=1/Ts，fs在数值上等于码元速率，m∈Z。②G1(f)←→g1(t)

、G2(f)←→g2(t)g1(t)、g2(t)分别为0码和1码基础波形。③P为0码出现概率。第20页数字基带信号及其频谱特征(2)关于连续谱：一定存在，依据连续谱能够确定数字基带信号功率分布情况及其带宽。(3)关于离散谱不一定存在，是否存在与g1(t)和g2(t)频谱密度函数以及出现概率P相关。第21页数字基带信号及其频谱特征离散谱fs作用：当功率谱密度函数中存在频率等于fs离散谱时，能够直接用滤波法提取同时信号，其原理以下列图：

第22页数字基带信号及其频谱特征【例6-1】求单极性波形、单极性归零波形功率谱密度。单极性波形：设消息代码由“0”“1”组成，P(0)=p，P(1)=1-p，“0”→g1(t)，“1”→g2(t)，g1(t)=0,g2(t)为矩形脉冲则：G1(f)=0第23页数字基带信号及其频谱特征当p=1/2时，可得：可见，单极性波形含直流分量；无定时/同时脉冲分量；第一零点带宽为fs。第24页数字基带信号及其频谱特征单极性归零波形

若表示“1”码波形g2(t)为半占空归零矩形脉冲，即脉冲宽度τ=Ts/2其频谱函数为：若p=1/2，功率谱密度函数：第25页数字基带信号及其频谱特征能够看出：离散谱中有直流分量；含定时/同时分量；占空比为1/2时单极性归零波形带宽为Bs=2fs。

第26页数字基带信号及其频谱特征第27页数字基带信号及其频谱特征【例6-2】求双极性波形及双极性归零波形功率谱。双极性波形：设消息代码由“0”“1”组成，P(0)=p，P(1)=1-p，“0”→g1(t)，“1”→g2(t)，g1(t)=-g2(t)=g(t)，g(t)为矩形脉冲：其功率谱为：当p=1/2时，双极性波形功率谱为：第28页数字基带信号及其频