通信原理教案5-1(8)

教 案 纸 内 容 方法与手段 第 5 章 数字基带传输系统 （第一讲） 目的要求： 1、掌握数字基带系统方框原理。 2、掌握数字基带信号基本码型的波形。 3、理解数字基带信号的时域表示式、功率谱表示式，会计算基带信号的带宽、功率。 5.1 引 言 数字基带信号：来自发信终端未经调制的数字信号。 数字基带传输系统：无调制解调器的数字传输系统。反之，称为频带传输系统。 数字基带系统原理框图： 判决译码m'(t)码型编码m(t)发滤m1(t)波器m2(t)收滤r(t)抽样m3(t)码型m0(t)信道波器cp(t)n(t)位同步器信道信号形成器 （解释各组成部分的作用） 各点信号波形示意图：见下页图。 虽然在实际应用场合，数字基带传输不如频带传输那样广泛，但对于基带传输系统的研究仍是十分有意义的。一是因为在近程数据通信系统中广泛采用了这种传输方式；二是因为基带传输系统研究的问题也是频带传输系统必须考虑的问题，后者仅多一个调制解调问题。 第 5-1 页

教 案 纸 内 容 方法与手段 1 1 m’(t) E m (t) m1 (t) m2 (t) r (t) cp (t) m3 (t) τ1 τTs 0 0 5.2 数字基带信号波形及其频谱特性 一、数字基带信号波形 数字基带信号是用不同电平的脉冲来表示相应的消息代码。脉冲类型有矩形脉冲、三角脉冲、高斯脉冲和升余弦脉冲等。最常用的是矩形脉冲。基本的基带信码波形见教材P90图5-3。 1. 单极性不归零(NRZ)码 规则：零电平和正电平分别对应着二进制代码0和1。 特点：有直流分量，当出现长连0或1序列时无法提取位同步信息，无检错能力。 2. 双极性不归零(BNRZ)码 规则：脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码1、0。 特点：当0、1等概时无直流分量。这样，恢复信号的判决电平为0，因而不受信道特性变化的影响。但出现长连0或1时无法提取位同步信息，也无检错能力。 第 5-2 页

教 案 纸 内 容 3. 单极性归零(RZ)码 规则：有电脉冲宽度小于码元宽度的单极性码。 特点：可以直接提取定时信息，但出现长连0时将丢失。有直流分量，无检错能力。 4. 双极性归零(BRZ)码 规则：有电脉冲宽度小于码元宽度的双极性码。 特点：除双极性不归零码的特点外，还有利于提取定时。 5. 差分码（相对码） 规则：用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码。 特点：可用于解决载波相位模糊问题。 6. 多电平码 规则：教材P91（形式多样）。 特点：适合高速率传输系统中。 以上为一些基本码型，关于传输码型见5.3节。 课堂练习：已知二进制信码为11010011，试画出对应的NRZ、BNRZ、RZ、BRZ及传号差分码波形。 方法与手段 二、数字基带信号的频谱 数字基带信号的数学表示式：教材P91式(5.2-1)或者P92式(5.2-2、3)。 数字基带信号的功率谱（双边谱）： Ps(f)?fsP(1?P)G1(f)?G2(f)?2fs?2(5-1) 2?m???PG1(mfs)?(1?P)G2(mfs)?(f?mfs) 式中，fs?1Ts为码元速率；P为“1”出现的概率，G1(f),G2(f)分别为1、0码波形g1(t),g2(t)的傅氏变换。 连续谱：fsP(1?P)G1(f)?G2(f)，一定存在； 第 5-3 页

2教 案 纸 内 容 离散谱：fs2?方法与手段 2?m??? PG1(mfs)?(1?P)G2(mfs)?(f?mfs)，不一定存在。不存在的条件：pg1(t)?(1?p)g2(t)?0。 【例5–1】设随机二进制序列中的1码对应振幅为1、宽度为码元间隔Ts的矩形脉冲，0码对应0电平。且1、0码等概。求： (1) 功率谱密度、功率及谱零点带宽，并画出功率谱曲线； (2) 若1码占空比改为0.5，重新回答(1)中的问题； (3) 能否从上述两个信号中用滤波法直接提取码元同步所需的频率fs=1/Ts分量?若能，给出该分量的功率； (4) 分析离散谱fs的功率与1码概率P的关系。 解：(1) P=0.5，G(f)=TsSa(πfTs)=TsSa(πf/fs)，代入式(5-1)得 Ps(f)?14TsSa(2?ffs2)?14m????Sa(m?)?(f?mfs)?2 ?0.25TsSa(?ffs)?0.25?(f)功率谱密度曲线如下图所示。可见，谱零点带宽为Bs=fs。 信号功率为 ??S=??Ps(f)df=0.25??TsSa2(πf/fs)df + 0.25 ???0.25fs???G(f)df?025?0.25fs???g(t)dt?025?0.5 TS?2?2或：1码功率为1，出现概率为0.5，而0码功率为0，故S=0.5。 (2) G(f)=0.5TsSa(0.5πfTs)=0.5TsSa(0.5πf/fs),故 P(f)?TSSa2(?fTs)?1?Sa2(m?)?(f?mf)?ss16216m???2 第 5-4 页

教 案 纸 内 容 Ps(f)?TS16Sa(2方法与手段 Sa(2?fTs2)?116??m???m?2)?(f?mfs)功率谱密度曲线如下图所示，谱零点带宽为Bs=2fs。 信号功率为S=0.25。 (3) 从(1)中不能，(2)能。频率为fs离散谱的功率为 S=2×0.0625Sa2(0.5π)=1/(2?2) W?0.05 W (4) 若P为任意值，则(2)信号的离散谱为 0.25?P2Sa2(0.5mπ)δ(f-mfs) m???? 频率为fs的离散谱功率为S=(0.5P2sin2(0.5π)/(0.5π)2)W?0.2P2 W BNRZ、BRZ码的频谱分析留作习题（P124习题5-3）。 结论：以矩形脉冲为基本波形的二进制相同波形随机序列的谱零点带宽等于脉冲宽度的倒数；单极性归零码中含有频率等于码速率的离散谱，离散谱的功率随1码的概率增大而增大(设1码传送脉冲)。上述结论也可以推广到各码元独立的M进制相同波形随机序列。 小 结（略） 习 题 教材P123：思考题5-1、5-3；（不写在作业本上） 习题5-1、5-2、5-3、5-4、5-6。（写在作业本上） 第 5-5 页

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