第六章 数字基带调制1.ppt

第六章 数字信号基带传输系统 § 6.0 引言 数字通信系统中两个重要变换 消息（离散的或连续的）与数字基带信号间的变换; 数字基带信号与信道信号间的变换 。 什么是数字基带信号？ 　未经调制的数字信号；含丰富的低频分量，甚至直流分量。 什么是数字基带传输？ 　不经载波调制而在信道中直接传输数字基带信号的系统；如在某些具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下。 什么是数字频带（带通）传输？ 　数字基带信号经过载波调制，把频谱搬移到高载波处在带通型信道中的传输， 也称为调制或载波传输。 为什么要研究数字基带传输系统？ 1、在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广泛采用了这种传输方式。 2、基带传输方式在迅速发展。目前，它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输。 3、数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题。 4、任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基带传输系统来研究。 §6.1 数字基带信号及其频谱特性 6.1.1数字基带信号 数字基带信号是指消息代码的电波形，它是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。 数字基带信号的类型常见的有矩形脉冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。最常用的是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换。  这种信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码0和1，或者说，它在一个码元时间内用脉冲的有或无来对应表示0或1码。 脉冲的正、负电平对应于二进制代码1、0。 当0、1符号等可能出现时无直流分量。 恢复信号的判决电平为0，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强。 双极性波形有利于在信道中传输。 电脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平，所以称为归零波形。 可以直接提取定时信息，是其它波形提取位定时信号时需要采用的一种过渡波形。 它是双极性波形的归零形式。每个码元内的脉冲都回到零点平，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。它除了具有双极性不归零波形的特点外，还有利于同步脉冲的提取。 5. 差分波形 6. 多电平波形 多于一个二进制符号对应一个脉冲，波形统称为多电平波形或多值波形。例下图4电平波形。由于这种波形的一个脉冲可以代表多个二进制符号，故在高数据速率传输系统中，采用这种信号形式是适宜的。 消息代码的电波形并非一定是矩形的， 还可以是其他形式。若数字基带信号中各码元波形相同而取值不同，则可表示为 an是第n个信息符号所对应的电平值(0、1或-1、1等)；Ts为码元间隔；g(t)为某种脉冲波形。 6.1.2 基带信号的频谱特性 研究基带信号的频谱，可以了解信号带宽，有无直流分量，有无定时分量。这样才能选择匹配的信道，确定是否可提取定时信号。 数字基带信号是随机的脉冲序列，只能用功率谱来描述它的频谱特性。由相关函数去求功率谱密度的方法计算比较复杂。一种比较简单的方法是以功率谱的原始定义求出数字随机序列的功率谱公式。 设二进制的随机脉冲序列如图6-2 所示，其中，g1(t) 表示“0”码，g2(t) 表示“1”码。g1(t)和g2(t)可以是任意的脉冲，为了便于在画图，这里我们把g1(t)、g2(t)画成三角波。 假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s(t)可用式(6.1 - 2)表征，即 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。 交变波u(t)是s(t)与v(t)之差，即 于是 式中 或写成 其中 显然， u(t)是一个随机脉冲序列 。 例6-1求单极性NRZ和RZ矩形脉冲序列的功率谱。 解: 对于单极性波形：若设g1(t) = 0，g2(t) = g(t) 将其代入下式 可得到由其构成的随机脉冲序列的双边功率谱密度为 当P=1/2时，上式简化为 讨论： 若表示“1”码的波形g2(t) = g(t)为不归零(NRZ)矩形脉冲，即 其频谱函数为 当 f = mfs 时：若m = 0，G(0) = Ts Sa(0) ? 0，故频谱Ps(f) 中有直流分量。 若m为不等于零的整数， 频谱Ps(f)中离散谱为零，因而无定时分量 这时，下式 变成 若表示“1”码的波形g2(t) = g(t)为半占空归零矩形脉冲，即脉冲宽度? = Ts /2 时，其频谱函数为 当 f = mfs 时：若m = 0，G(0) = Ts Sa(0)/2 ? 0，故功率谱Ps(f)中有直流分量。 若m为奇数， 此时有离散谱，因而有定时分量（m=1时） 若m为偶数， 此时无离散谱，功率谱Ps(f)变成 单极性信号的功率谱