无线数据通信技术基础第4章 数字信号的基带传输.pptx

第 4 章 数字信号的基带传输;　　教学目标　　　? 掌握信号在信道中的传输现象　　　? 了解常用数字基带信号波形　　　? 了解数字基带信号的常用码型　　　? 掌握数字信号的基带传输　　重点、难点　　　? 信号在信道中传输的衰减、失真和干扰等　　　? 基带信号传输原理;　　　　　　4.1 信号在信道中的传输　　　　当一个信号从发送设备注入到信道中进行传输时，有几种现象必然会发生。首先，信号从一个地方传到另一个地方需要时间，因此会产生传播时延(Propagation delay)。其次，由于信号会向四面八方扩散或受到传播介质的衰减，因此接收端获得的信号电平可能会远小于发送端输出的电平，这种现象称为衰减（Attenuation）。如果一个信号的各个频率分量都受到相同比例的衰减，信号波形的形状就不会发生变化，仅仅是信号的大小变化。但实际上，信道的传输特性不可能是理想的，它对信号不同频率成分的衰减有所不同，因此就会产生波形的线性失真(distortion)。最后，信号在信道内传输的过程中还会受到干扰与噪声的影响，它们同样会使信号的波形发生变化。;4.1.1 衰减　　衰减是由于信号在信道内传输的过程中因能量损耗而导致的幅度减小。衰减通常用分贝值（dB）表示。设注入信道的信号电压（最大值或有效值）为Ui，输出的信号电压（相应地用最大值或有效值）为Uo，则信道对该信号的电压衰减值为;　　例 4-1频率为200MHz，电压电平为78dBμ的有线电视信号，在通过长度为100m的SYV-75-7同轴电缆后，其输出的电压电平是多少？　　解：从同轴电缆的衰减特性表（如表4-1所示）中可查到，100m的SYV-79-7同轴电缆的衰减量为14dB。因此电缆的输出电平为：[Uo]=[Ui]-[L]=78（dBμ）-14（dBμ）=64（dBμ）;;　　信道对不同频率的信号有不同的传输能力，这种能力通常用信道的传输特性表示。例如，公共交换电话网（PSTN）只能让300～3400Hz频率范围内的信号（话音信号）通过，一条长度为1km的同轴电缆的传输特性如图4-1(a)，它具有低通特性，可以使包括直流在内的各种信号通过，并且随着信号频率的升高，信道???衰减增大。如果这条电缆是通过一个电容与收发设备相连，则其传输特性可能是如图4-1(b)所示的特性。由于电容的作用，直流不能通过信道，低频信号也有较大的衰减，因此信道具有带通特性。由此可见，信道对于不同频率的信号具有不同的衰减。如果作进一步分析可以发现，信道对不同频率的信号还有不同的相移。;;　　　　当信号以电磁波的方式在无线信道中传输时，由于电磁波会向四面八方传播，真正到达接收点天线上的信号能量很少，因此扩散损耗非常大。电磁波在自由空间传播的扩散损耗为式（4-2）中，d为传播距离，λ为电磁波的波长。图4-2是自由空间电磁波能量扩散损耗曲线。例如在距离900MHz移动通信基站1km处电磁波的损耗约为91.53dB。自由空间是指电磁波传播过程中没有经过任何反射和吸收的区域，地面上的通信由于地表面及各种建筑物的影响，各点上的传播损耗（包括扩散损耗和介质损耗）与计算值会有所不同。;　　实际的无线电通信系统的收发双方都会采用有向天线。发送天线可以将信号的能量集中到接收方向，而接收天线可以将接收电磁波的范围扩大，这两者都是减小过大的能量扩散的有效措施。;4.1.2 信号的频谱　　当信号要在信道中传输时，就必须了解信号在不同频率上的电量（电压幅度、电流幅度或功率）分布，以确定信号在传输过程中是否会受到损伤——线性失真。　　信号的电量在频率轴上的分布关系称为信号的频谱(Frequency Spectrum)。一个已知波形的信号可以通过数学分析（傅立叶级数或傅立叶变换）计算出其频谱，也可以用频谱分析仪测出它的频谱。图4-3是通过计算机仿真得到的周期性方波、三角波和正弦波的波形图与频谱图。;;　　　　图(b)是图(a)周期性方波对应的频谱图。一个周期性方波的频谱由多条谱线组成，第一条谱线称为基波，它的频率与周期信号的重复频率相同；随后的各条谱线分别称为周期信号的2、3、4、…、m次谐波，m次谐波的频率是基波频率的m倍；各谱线的幅度有衰减振荡的变化规律，在f=（n×l）/τ（τ为脉冲宽度，n为整数）处出现零点。通常将第一个零点的频率计作信号的带宽。　　　　图(d)是图(c)周期性三角波对应的频谱图。与方波相比，两者周期相同，故各谱线的频率也相同，但各谱线幅度衰减的速度要快于方波，零点的频率也低于方波。;　　　　图(f)是图(e)正弦波对应的频谱图。因为正弦波只一个频率，故频谱图上只有一条谱线。方波是数字通信中使用得较多的一种波形，因此需要作进一步的分析。对图