精品课程教案第五章

第五章 数字基带传输系统数字通信通信系统中，有些场合可以不经过调制和解调而直接传输数字基带信号，这种系统称为数字基带传输系统。

{a n } 不经调制直接传递基带信号 基带传输系统可用于市区近距离有线通信，如市区交换机中继线上传输的PCM 信号、以太网数据传输等。

大多数情况下，数字信号的传输需经过调制和解调：{an} 经数字调制传输基带信号频带传输系统（也称正弦载波数字传输系统）如计算机上网通过MODEM ，微波、移动等大多数无线通信情况及光纤通信，因为信源信号与信道信号不匹配，需调制。

虽然基带出传输系统不如频带传输应用普遍，但基带传输的研究具有普遍意义。

基带传输虽不经调制，但也不是简单地直接就能传输，而涉及码型设计、波形设计等一些较复杂的考虑。

这一章在内容上属于全书较难的部分，一些数字通信的基本概念都是在这章建立的。

§5．1 数字基带信号及其功率谱一、数字基带系统与数字基带信号：1． 数字基带系统•信源相当于用户的数据终端设备，它产生数据脉冲序列。

•信道信号形成器对输入数据序列进行码型处理，使其适合于信息传输的需要。

•传输信道在进行信号传输时会受到外界干扰或叠加入不同程度的噪声，使信号波形受到影响，产生失真或错误。

•接收滤波器对信号予以滤波，减少或消除噪声及波形失真和串扰。

•抽样判决器对序列码一个个地作出正确判决，恢复出数字基带信号，以供信宿接收使用。

2． 数字基带信号：是指代码的一种电表示形式。

（消息代码的电波形）干扰与噪声 定时二、数字基带传输码型：码型选择依据：（1）能从基带信号中获取定时信息。

（2）无直流和很小的低频成份，因信道在低时传输特性不好，且有电容特性。

（3）检错能力（内在的）（4）传输效率高。

（5）信源统计特性应不影响传输，如相关性多，易误码扩散。

常用基带信号码型：（一般以矩形脉冲为基础，易产生）1. 单极性非归零码NRZ（Non Return Zero）脉冲宽度τ等于码元宽度Ts.电传机等数字终端机都是发送或者接受这种波形。

此码型不宜传输，原因有：1）有直流，一般信道难于传输零频附近的频率分量。

2）收端判决门限与信号功率有关，不方便。

3）不能直接用来提取位同步信号，因NRZ中不含有位同步信号频率成分。

4）要求传输线有一根接地。

2．双极性非归零码（BNRZ）τ=Ts, 有正负电平。

不能直接提取位同步信号3．单极性归零码（RZ）τ< Ts可用来提取位同步信号，NRZ码型的其他缺点存在。

4．双极性归零码（BRZ）NRZ码的缺点都不存在，整流后可提取位同步信号。

5．差分码反映相邻代码的码元变化。

1 0代码 1 0T sE 1 0-E10τ1 0 0 11传号差分码6．极性交替反转码（AMI）τ=0.5Ts，即占空比为0.5。

此为三电平序列，三元码，伪三进制。

优点：（1）“0”，“1”不等概时也无直流。

（2）零频附近的低频分量小。

（3）整流后即为RZ码。

缺点：连0码多时，AMI整流后的RZ码连0也多，不利于提取高质量的位同步信号（位同步抖动大）7．HDB3码（三阶高密度双极性码）编码原则：（1）四个连0用取代节000V或B00V代替。

（2）非四个连0时编码后不变，当两个相邻“V”码中间有奇数个1时有000V，为偶数个1时用B00V。

（3）1，B的符号符合交换反转原则，V的符号破坏交替反转原则，但相邻V码符号相反。

例： 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0HDB3 1 0 0 0 V 0 -1 1 –B 0 0 –V 1 0 0 0 V 0波形HDB3译码简单，每一破坏符号V总与前一非0 符号（包括B）同极性，这样可以从收到的符号序列中，容易找到破坏点V。

于是判断V前面3个必为连0，从而恢复4个连0，再将所有-1变成+1，即可恢复原代码。

优点：定时信息多，有检错能力，保留了AMI码的优点，克服了AMI连0多的缺点，是CCITT推荐的线路传输码型，一、二、三次群的接口码型8．双相码（Manchester，曼彻斯特码）对每个二进制码分别用两个具有不同相位的二进制新码取代。

编码规则：0—01（0相位的一个周期的方波）1—1 0（π相位的一个周期的方波）原码：1 1 0 0 1 0 110 10 01 01 10 01 10∑∞∞-=)()(t st s n优点：定时成分多，无直流，但带宽要宽（因码速加倍），在计算机本地局域网中常用，如以太网。

9．CMI 码（传号反转码）1交替地用11，0 0 表示，0用01表示 优点：较多的电平跃变，定时丰富。

CCITT 做为PCM 4次群以上接口码型，光纤也常用作线路码。

10．多电平码：优点：频带利用率高。

三、 数字基带信号的频谱特性随机序列，用功率谱表示频域特性。

一般求自相关函数→ 傅立叶变换（平稳的），这里给了另一种简便方法。

1．功率谱结果推导：一个二进制随机脉冲序列为s(t)，其波形表示为：令g 1(t)代表二制符号“0”，g 2(t)代表二制符号“1”，每一码元宽度为Ts ， s(t)序列由g 1(t),g 2(t)组成，但某时刻g 1(t)、 g 2(t)随机出现，表示为：)1,110(),()(--=∑∞∞-或，随机取个符号所对应的电平值为第n a nTs t g a t s n n =-)(nTs t g 码"1"),(1nTs t g -码"0"),(2nTs t g -∑∞∞--=∴)()(2s m n c p ωωδω⎰--=22)(1s s s T T t jm sm dt e t v T c ω目标：求s （t ）的功率谱密度P s （ω）。

由于随机脉冲序列通常是功率型的，故p s (ω)=TS E T T ]|)([|lim 2ω∞→T=(2N+1)Ts N 足够大时S T （t ）→S （t ）s(t)的平均值——稳态项[]∑∑∞∞-∞∞---+-==)()1()()()(21nTs t gp nTs t pg t V t V n交变项[]∑∑∞∞-∞∞-=-=-=)()()()()()(t u t V t s t V t s t u nnnn[])()()(21nTs t g nTs t g A t u n n ---=V(t)为周期信号，具有离散谱，U(t)为随机信号，具有连续谱。

∑∞∞--=s jn m e c t V t V ω)()(为为周期信号，故可表示ss T πω2=其中n s (t)=1s g (t nT ), -2s g (t nT ), -P “0”码1-P “1”码[]dtnT t gp nT t pg eT s s s T T s stjm s⎰∑-∞∞----+-=2221)()1()(1ω=nA p p --1,p p ,1-[]∑⎰∞∞-+--+--+=s ssnT sT s nT s Tdte t g p t pgf c nT t jm s m 22)(21)()1()(ω1=-s s T jmnw e [][])()1()()()1()(2121s s s tjm s m m G p m pG f dt et g p t pg f c s ωωω++=-+=⎰∞∞--[]()[]∑∑⎰⎰∞∞-∞∞-∞∞--∞∞---⋅-+=-⋅-+=∴==)()()1()()()()1()()()()(,)()(2212212211s s s s v s s s s v tjm s tjm s mf f mf G p mf pG f f p m m G p m pG f p dtet g m G dt et g m G s s δωωδωωωωωωω即式中[][][][]∑∑⎰----∞∞-∞→∞→-=---=+==N N T j n NN t j s s n T sT N T T u G G e A dt e nT t g nT t g A U T N U E T U E p s)()()()()()12()(()(()(212122limlimωωω式中ωωωωω⎰⎰∞∞--∞∞--==dt e t g G dt e t g G t j tj ωωωω)()(,)()(2211[][]为随机变量）仅ωωωωωωωωn m N N m N Nn T m n j n m T T T A A G G G G e A A U U U s ,(,)()(· )()(· )()()(*2121)(*2--=⋅=∴∑∑-=-=--[][][])()(· )()()(*2*121)(2ωωωω（ω）ωG G G G e A A E U E N N m NN n T m n j n m Ts --=∑∑-=-=--用截短信号分析p u (ω)当m=n 时， tt t nT t s 再换为令''=-,==2n n m AA A pp p p --1,,)1(22[]0)1)(1(2)1()1(22222=--+-+-=p p p p p p p A A E n m [][][][]221221*2121*2121)()()()1()()()()1()12()()()()()1()12()()()()()1()(limlimf G f G p p f f p G G p p f T N G G G G p p T N G G G G e p p p s u s s NNn N s NN n T m n j N u s --=--=+---=+---=∑∑-=∞→-=--∞→即：ωωωωωωωωωωω—双边谱—∑∞-∞=--++--=m s s s ss s m f f m f G p m f pG ff G f G p p f f p )()()1()()()()1()(212221δ—单边谱—∑∞=--++-++--=122122212221)()()1()(2)()0()1()0()()()1(2)(m s s s ss s s m f f m f G p m f pG ft G p pG f f G f G p p f f p δδ,1ss T f =的付氏变换是)(),()(),(2121t g t g f G f G 221)()()1(2f G f G p p f s --∙)()0()1()0(2212t G p pG f s δ-+∙∑∞=--+∙12212)()()1()(2m s s s s mf f mf G p mf pG f δ[])1()1()1(22222p p p p p p A E n -=-+-=0)()1()(21=-+t g p t pg当m ≠时，结论：2、 讨论⑴ 各符号意义 在数值上等于码速率。