第六章 数字基带传输系统1

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1、第六章数字基带传输系统学习目标通过对本章的学习，应该掌握以下要点：Ø数字基带传输系统结构及各部件作用；Ø6种基带信号波形和频谱特性；Ø基带传输码型的编译及其特点；Ø码间串扰和奈奎斯特第一准则；Ø理想低通传输特性和奈奎斯特带宽；Ø余弦滚降特性及关系；Ø第I类和第IV类部分响应系统；Ø无码间串扰基带系统的抗噪声性能；Ø眼图和均衡的概念。6.1内容提要6.1.1数字基带传输系统(1)数字基带信号：基频、取值离散的信号，如来自计算机、电传机等数据终端的信号，或者是模拟信号经数字化处理后的PCM信号等。(2)数

2、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，其基本结构如图6-1所示。图6-1数字基带传输系统框图图6-1中各部件的功能如下：发送滤波器：即信道信号信道形成器，产生适合于信道中传输的基带信号波形。信道：基带信号传输媒介（通常为有线信道）。介入的噪声是均值为零的高斯白噪声。接收滤波器：接收有用信号，滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。抽样判决器：对接收滤波器的输出波形进行抽样、判决和再生（恢复基带信号）。同步提取：从接收信号中提取用来抽样的未定时脉冲。6.1.2数

3、字基带信号及其频谱特性1.数字基带信号与消息代码相对应的电波形（多种）。图6-2给出了几种基本的基带信号波形。图6-2几种基本信号波形图6-2（a）单极性波形：用正和零电平脉冲分别表示代码“0”和“1”。特点：极性单一，易于产生。缺点：有直流和丰富的低频分量，不适应有交流耦合的远距离传输；且抽样判决电平与信号幅度有关，且易受信道特性变化的影响。图6-2（b）双极性波形：用正、负电平脉冲分别表示代码“1”和“0”。特点：等概时无直流，有利于传输，且判决电平为零值，不受信道特性变化的影响。图6-2（c）单

4、极性归零波形：单极性波形的归零形式。它含有丰富的位定时信息，因而是其他码型提取位同步信息时常采用的一种过渡波形。图6-2（d）双极性归零波形：兼有双极性和归零波形的特点。注①归零（RZ）：脉冲宽度<码元宽度。当占空比（）为50%时，信号带宽加倍。②非归零（NRZ）波形：脉冲宽度=码元宽度，即占空比（）为100%，如图6-2（a）和（b）所示。③图6-2（a）、（b）（c）和（d）中4种波形均属于绝对码波形，它们的消息代码与本码元的电位或极性一一对应。图6-2（e）差分波形：以相邻脉冲电平的相对变化来表

5、示代码，因而也称相对码波行。特点：可以消除设备初始状态的影响，特别是在相位调制系统中（参见第七章）可用于解决载波相位模糊问题。差分波形可分为：传号差分波（“1”表示相邻电平跳变，而“0”不变），如图6-2（e）所示；空号差分波（“0”表示相邻电平跳变，而“1”不变）。图6-2（f）多电平波形。多电平波形的一个脉冲对应多个二进制码，故在波特率（传输带宽）一定时，比特率提高了，如四进制码的比特率是二进制码的2倍。数字基带信号通常是一个随机的脉冲序列。若其各码元波形相同而电平取值不同，则可表示为（6.1-1

6、）式中，是第个码元所对应的电平值（随机量）；为码元持续时间；为某种脉冲波形。一般情况下，数字基地信号可表示为（6.1-2）2.基带信号的频谱特性数字基带信号s(t)的频谱特性可以用功率谱密度来描述。设二进制随机信号为(6.1-3)其中=则s(t)的功率谱密度为()=+(6.1-4)式中，为码元速率；和分别为(t)和(t)的傅里叶变换。式(6.1-4)告诉我们以下结论：（1）二进制随机信号的功率谱密度包括连续谱（第一项）和离散谱（第二项）。（2）连续谱总是存在的，因为实际中≠。谱的形状取决于(t)和(t

7、)的频谱及概率。（3）离散谱通常也存在，但对于双极性信号(t)=-(t)，且等概（P=1/2）时离散谱消失。（4）通常，根据连续谱可以确定信号的带宽；根据离散谱可以确定随即序列是否有直流分量和位定时分量。这也正是我们分析频谱的目的。应该指出，在以上的分析中没有限定(t)和(t)的波形。因此，式(6.1-4)也可用来计算数字调制信号的功率谱。作为示例，图6-3中画了图6-2中4种波形在等概率（=1/2）条件下的功率谱密度。图6-3二进制基带信号的功率谱密度讨论：（1）方波谱（第1个零点）带宽等于脉冲宽度

8、的倒数1/。NRZ（=）信号带宽为=1/=2。其中=1/，是位定时信号的频谱，它在数值上与码元速率相等。（2）单极性NRZ信号没有定时分量，只有直流分量；单极性RZ信号含有直流、以及的基次谐波项。等概的双极性信号没有离散谱。6.1.3基带传输的常用码型1.选码原则（1）不含直流，且低频分量少；（2）含有丰富的定时信息；（3）功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带；（4）不受信源统计特性的影响；（5）具有宏观自检能力；（6）编译码简单，以降低通信延时和成本。满足