合肥工业大学2013通信原理课件第6章.ppt

通信原理;第6章 数字基带传输系统;第6章 数字基带传输系统;6.1 数字基带信号及其频谱特性 ;单极性归零(RZ)波形：信号电压在一个码元终止时刻前总要回到零电平。通常，归零波形使用半占空码，即占空比为50%。从单极性RZ波形可以直接提取定时信息 。 与归零波形相对应，上面的单极性波形和双极性波形属于非归零(NRZ)波形，其占空比等于100％。 双极性归零波形：兼有双极性和归零波形的特点。使得接收端很容易识别出每个码元的起止时刻，便于同步。;差分波形：用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码 ，图中，以电平跳变表示“1”，以电平不变表示“0”。它也称相对码波形。用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响。 多电平波形：可以提高频带利用率。图中给出了一个四电平波形2B1Q。 ;数字基带信号的表示式： 表示信息码元的单个脉冲的波形并非一定是矩形的 若表示各码元的波形相同而电平取值不同，则数字基带信号可表示为： 式中，an － 第n个码元所对应的电平值 Ts － 码元持续时间 g(t) －某种脉冲波形 一般情况下，数字基带信号可表示为一随机脉冲序列： 式中，sn(t)可以有N种不同的脉冲波形。 ;6.1.2 基带信号的频谱特性 本小节讨论的问题 数字基带信号是随机脉冲序列--------功率谱 求出数字随机序列的功率谱公式。 随机脉冲序列的表示式 设一个二进制的随机脉冲序列如下图所示： ; 图中 Ts － 码元宽度 g1(t)和g2(t) － 分别表示消息码“0”和“1”，为任意波形。 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，则该序列可表示为 式中 ;6.1 数字基带信号及其频谱特性 ; 写成 其中 显然， u(t)是一个随机脉冲序列 。 ;v(t)的功率谱密度Pv(f) 由于v(t)是以为Ts周期的周期信号，故 可以展成傅里叶级数 式中 由于在（-Ts/2，Ts/2）范围内， 所以 ;又由于 只存在于（-Ts/2，Ts/2）范围内 所以上式的积分限可以改为从 -? 到 ?，因此 其中 功率谱密度为 ;6.1 数字基带信号及其频谱特性 ;现在先求出uT(t)的频谱函数。 故 其中; 其统计平均为 （1）当m = n时 所以 ;（2）当m ? n时 所以 由以上计算可知，式 的统计平均值仅在m = n时存在，故有 ;将其代入 即可求得u (t)的功率谱密度 交变波的功率谱Pu (f)是连续谱，它与g1(t)和g2(t)的频谱以及概率P有关。 通常，根据连续谱可以确定随机序列的带宽。;s(t)的功率谱密度Ps(f) 由于s(t) = u(t) + v(t)，所以将下两式相加： 即可得到随机序列s(t)的功率谱密度，即 上式为双边的功率谱密度表示式。如果写成单边的，则有 理解各项含义;由上式可见： 二进制随机脉冲序列的功率谱Ps(f)可能包含连续谱（第一项）和离散谱（第二项）。 连续谱总是存在的，这是因为代表数据信息的g1(t)和g2(t)波形不能完全相同，故有G1(f) ≠ G2(f) 。谱的形状取决于g1(t)和g2(t)的频谱以及出现的概率P。 离散谱是否存在，取决于g1(t)和g2(t)的波形及其出现的概率P。一般情况下，它也总是存在的，但对于双极性信号 g1(t) = - g2(t) = g(t) ，且概率P=1/2（等概）时，则没有离散分量?(f - mfs)。根据离散谱可以确定随机序列是否有直流分量和定时分量。;【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;6.1 数字基带信号及其频谱特性 ;6.1 数字基带信号及其频谱特性 ;双极性信号的功率谱密度曲线如下图中的实线和虚线所示;从以上两例可以看出： 二进制基带信号的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数G1(f)和G2(f) 。时间波形的占空比越小，占用频带越宽。若以谱的第1个零点计算， NRZ(? = Ts)基带信号的带宽为BS = 1/? = fs ；RZ(? = Ts / 2)基带信号的带宽为BS = 1/? = 2fs 。其中fs = 1/Ts ，是位定时信号的频率，它在数值上与码元速率RB相等。 单极性基带信号是否存在离散线谱取决于矩形脉冲的占空比。单极性NRZ信号中没有定时分量，若想获取定时分量，要进