武汉理工大学：《通信原理》课程教学资源（课件讲稿）第4章 数字信号的基带传输

第章数字信号的基带传输重点：主要内容：基带信号的频谱特征基带信号波形和频谱常用码型编码的规则奈奎斯基带信号的常用码型特准则的应用奈奎斯特第一准则》时域均衡器奈奎斯特第二准则一一部分响应系统时域均衡的基本概念抗噪声性能的分析方法

第4章 数字信号的基带传输 主要内容：  基带信号波形和频谱  基带信号的常用码型  奈奎斯特第一准则  奈奎斯特第二准则——部 分响应系统  时域均衡的基本概念  抗噪声性能的分析方法 重点：  基带信号的频谱特征  常用码型编码的规则奈奎斯 特准则的应用  时域均衡器

基带信号定义：未经调制的数字信号基带传输系统：不使用载波调制解调而直接传送基带信号的通信系统。频带传输系统：如果把调制解调部分看作是广义信道的一部分，则任何数字传输系统均可等效为基带传输系统。所以在本章中讨论的基带信号传输的基本原则同样适用于频带传输。基带系统框图:信道信道信号接收抽样形成器判决器滤波器再生胜基带?脉冲噪声源

基带信号定义：未经调制的数字信号。 基带传输系统：不使用载波调制解调而直接传送基带信号的通信 系统。 频带传输系统： 如果把调制解调部分看作是广义信道的一部分，则任何数字传输 系统均可等效为基带传输系统。所以在本章中讨论的基带信 号传输的基本原则同样适用于频带传输。 信道信号 形成器 接收 滤波器 抽样 判决器 噪声源 信 道 原生 基带 脉冲 再生 基带 脉冲 基带系统框图：

4.11数字基带信号及其频谱特性4.1.1基带信号波形(电气特征)双极性不归零单极性不归零(NRZ)(NRZ-L)+EP-E+EI--日0-E单极性归零(RZ)双极性归零(RZ-L)码元宽度；T：脉冲宽度T: 石I

4.1 数字基带信号及其频谱特性 4.1.1 基带信号波形 (电气特征) 1 0 0 1 0 1 1 单极性不归零(NRZ ) 单极性归零(RZ ) Ts：码元宽度；τ：脉冲宽度 τ Ts Ts 1 0 0 1 0 1 1 0  E E _ 双极性不归零(NRZ -L) 双极性归零(RZ-L ) 0  E E _

不归零和归零信号的码元宽度相同，但脉冲宽度不同，导致信号频谱不同。脉冲宽度T占空比花码元宽度T,德归零信号的占空比通常为1/2，称为半占空-码;：不归零信号的占空比为1。稻

不归零和归零信号的码元宽度相同，但脉 冲宽度τ不同，导致信号频谱不同。 归零信号的占空比通常为1/2，称为半占空 码；不归零信号的占空比为1。 Ts    码元宽度 脉冲宽度 占空比

差分波形V不是用码元的电平的高低来表示数字，而是用相邻码元电平的变化来表示数字符号帕索跳变“1" ---规则:相邻码元电平值“0”---保持不变相邻码元电平值原始波形O0差分波形多值波形001花蒙福

1 0 0 1 0 1 1 原始波形 差分波形 差分波形 不是用码元的电平的高低来表示数字，而是用相邻 码元电平的变化来表示数字符号。 规则： “1” - 相邻码元电平值 跳变 “0” - 相邻码元电平值 保持不变 多值波形 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 Ts Ts

吉祥4. 1. 2基带信号的数学表达式由于二进制数字基带信号是随机脉冲信号，且码元波形可任意，需采用随机信号分析法。设码元宽度为T，，则基带信号S(t)可表示成11S(t)= 2 s.(t)n=-00以概率pgi(t-nT,)其中： Sn(t)=g2(t-nT,)以概率（1)gi(t-nT,)、g2(t-nT,）分别表示二进制两个1状态的波形函数-001

4.1.2 基带信号的数学表达式 由于二进制数字基带信号是随机脉冲信号，且码元波形可任意，需 采用随机信号分析法。 设 码元宽度为Ts ，则基带信号 S( t ) 可表示成 ∑ ∞ n _∞ n S(t ) S (t )   分别表示二进制两个 状态的波形函数 Sn (t )  g (t nT ) s _ 1 g (t nT ) s _ 2 以概率 p 以概率 （1-p） 其中： g (t nT ) s _ 1 g (t nT ) s _ 、 2 0 1 0 0 1

吉随机基带序列S(t)的功率谱密度双边谱: P,(J)= Z| ,[pG,(mf,)+(1-p)G,(mf,)] 8( -mf,)m=+ f,p(1-p)IG,()-G,(f) P2单边谱: P,(f)=2f,p(1-P)/G,(f)-G,(f)P + IpG,(0)+(1-p)G,(0)P 8()+2f,ZI pG,(mf,)+(1- p)G,(mf,)/° 8(f -mf,)m=l中Gi(),G2(f)分别表示高电平脉冲和低电平脉冲的频谱s(t)离散谱和连续谱3T,T,3T0T智22单极性功率谱双极性功率谱22

单边谱： 2 | ( ) (1 ) ( )| ( ) ( ) 2 (1 )| ( ) ( )| | (0) (1 ) (0)| ( ) 2 1 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 s m s s s s s s f pG mf p G mf f mf P f f p p G f G f f pG p G f                 随机基带序列S(t) 的功率谱密度   2 1 2 2 1 2 (1 )| ( ) ( )| ( ) ( ) (1 ) ( ) ( ) f p p G f G f P f f pG mf p G mf f mf s s m s s s s            双边谱：  单极性功率谱 双极性功率谱 G1 (f ),G2 (f )分别表示高电平脉冲和低电平脉冲的频谱 0 t 2 _Ts 2 _ 3Ts 2 Ts 2 3Ts S(t ) 离散谱和连续谱

单极性非归零信号功率谱gi(t)=0 / g2(t) =g(t)Gi(f)=0 G2(f)=G(f) α g(t)P,(f)= ZIfs[pG(mf,)+(1- p)G2(mf,)]12. 8(f -mf,)+ f,p(1-p)IG;(f)-G2())m=-00?ZIfs(1- p)G(mf,)12. 8(f -mf,)+ f,p(1- p)IG(f)2m=-00设g(t)为矩形脉冲，且 p=1/2 :G(f) = T,Sa (πf T,)P.()=ZIf..,G(mf.)I2.8(F -mf.)+J,IG(f)Pm=-00Z IS.(amf,T,)I2.8(F -mf,)+T, ·Sa'( fT,)频谱图T8(J)+T, Sa(元 fT)Sa(元fT)在f =mf处为零点(m0)特征：包含离散谱和连续谱

Sa (πf Ts ) 在 f = m fs 处为零点( m≠0 ) ( ) 4 1 ( ) 4 1 ( ) 4 1 | ( )| ( ) 4 1 | ( )| 4 1 ( )| ( ) 2 1 ( ) | 2 2 2 2 2 s s s s s m a s s s s m s s s f T S f T S m f T f mf T S f T P f f G mf f mf f G f a a                          ∵ g1 ( t ) = 0 g2 ( t ) = g( t ) ∴ G 1 ( f ) = 0 G 2 ( f ) = G( f )  g( t ) 设g(t)为矩形脉冲，且 p=1/2 ∴G( f ) = Ts Sa (πf Ts )   2 s s 2 m s s 2 s s 1 2 2 m s s 1 s 2 s | f ( 1 p )G( mf )| ( f mf ) f p( 1 p )| G( f )| P ( f ) | f pG ( mf ) ( 1 p )G ( mf ) | ( f mf ) f p( 1 p )|G ( f ) G ( f )|                       单极性非归零信号功率谱 频谱图 特征：包含离散谱和连续谱

双极性非归零信号功率谱吉gi(t) =- g2(t) = g(t) / G,(f) =- G2(f) = G(f)双极性矩形脉冲P,(f)= ZI f,(2p-1)G(mf,)12. 8(f -mf,)+4f,p(1-p)IG(f)Pm=-80p=1/2= J, IG()P=T,Sa(元fT）矩形脉冲特征：只有连续谱结论：1、随机脉冲序列的功率谱包括：1）连续谱P(f)2）离散谱P(f)2、无论g(t)与g2(t)的形式，P,(f) 总是存在福[:Gi(f)#G2(f)]3.当gi(t)与g2(t)为双极性脉冲,且p=1/2时 P,(f)=0功率谱表达式频谱图

g1 (t) =- g2 (t) = g(t) G1 (f ) =- G2 (f) = G(f ) 双极性矩形脉冲 结论：1、随机脉冲序列的功率谱包括:1）连续谱Pu ( f ) 2）离散谱Pv ( f ) 2、无论g1 ( t )与g2 ( t ) 的形式，Pu ( f ) 总是存在 [∵G1 ( f )≠G2 ( f ) ] 3、当g1 (t)与g2 (t)为双极性脉冲,且p=1/2时 Pv ( f )=0 ( ) | ( )| ( ) | (2 1) ( )| ( ) 4 (1 )| ( )| 2 2 2 2 s s s s s m s s s T S f T f G f P f f p G mf f mf f p p G f a               双极性非归零信号功率谱 特征：只有连续谱 频谱图 功率谱表达式 p=1/2 矩形脉冲

Ps(f)NRZ:g(t)T,T.1f2f,-2f,-f,0fs02T,2P,(f)RZ:g(t)稻11--Ts/21T个个T11-3fs-2f,fs2f,3f,-f,s0f022E1111福

2 Ts 2 Ts  0 g(t ) t NRZ： 2 Ts 2 Ts  0 g(t ) t τ= Ts/2 s s T 1 f  f 0 s 2 f s  2 f s  f P ( f ) s s f f 0 s 2 f s  2 f s  f s 3 f s  3 f P ( f ) RZ： s