海南大学：《通信原理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五章 数字基带传输系统（5.2）数字基带信号及其频谱特性

5.2数字基带信号及其频谱特性 选 数字基带信号码波形 为了使数字基带信号适于在信道中传输,往往 对其电波形有一定要求。主要基带信号码是以矩形 脉冲组成的电波形。 1.单极性码 0 +E 在一个码元时间内,要么有电压(流),要么 无电压(流),极性单一。 2021/2/23 海南大学信息学院 Return Next

2021/2/23 海南大学 信息学院 一、数字基带信号码波形 为了使数字基带信号适于在信道中传输，往往 对其电波形有一定要求。主要基带信号码是以矩形 脉冲组成的电波形。 5.2 数字基带信号及其频谱特性 1 0 0 1 1 0 1 +E 0 1．单极性码 在一个码元时间内，要么有电压（流），要么 无电压（流），极性单一。 Return Next

5.2数字基带信号及其频谱特性 选 优点:因为一般的终端设备都要接地,所以输 出单极性码最为简单、方便。 缺点:单极性码含有直流成分,不利于信道传 输;抗噪性能差;不能提取同步信号;不能用两根 芯线均不接地的电缆传输线。 用途:一般只适于在短距离传输(如印刷电路 板内或相近印刷电路板间) 2.双极性码 在一个码元时间内,要么电压(流)为正,要 么电压(流)为负,为双极性波形。 2021/2/23 海南大学信息学院 Return Back Next

2021/2/23 海南大学 信息学院 在一个码元时间内，要么电压（流）为正，要 么电压（流）为负，为双极性波形。 优点：因为一般的终端设备都要接地，所以输 出单极性码最为简单、方便。 Return Back Next 5.2 数字基带信号及其频谱特性 缺点：单极性码含有直流成分，不利于信道传 输；抗噪性能差；不能提取同步信号；不能用两根 芯线均不接地的电缆传输线。 用途：一般只适于在短距离传输（如印刷电路 板内或相近印刷电路板间）。 2．双极性码

5.2数字基带信号及其频谱特性 选 0 0 E 0 E 优点:当0、1符号等概出现时,它将无直流成 分;接收双极性码时判决电平为0,稳定不变,抗噪 性能好;可以在电缆等无接地的传输线上传输。 缺点:不能直接从双极性码中提取同步信号 0、1不等概出现时,仍有支流成分。 用途:常用于CCIT的V系列接口标准或RS 232接口标准中使用。 2021/2/23 海南大学信息学院 Return Back Next

2021/2/23 海南大学 信息学院 用途：常用于 CCITT 的V系列接口标准或 RS- 232接口标准中使用。 +E -E 0 1 0 0 1 1 0 1 Return Back Next 5.2 数字基带信号及其频谱特性 优点：当0、1符号等概出现时，它将无直流成 分；接收双极性码时判决电平为0，稳定不变，抗噪 性能好；可以在电缆等无接地的传输线上传输。 缺点：不能直接从双极性码中提取同步信号； 0、1不等概出现时，仍有支流成分

5.2数字基带信号及其频谱特性 选 3.单极性归零码 其有电脉冲的宽度小于一个码元宽度的单极性 码,即每个脉冲都回到零电位。 0 +E 优点:它比单极性码多了一个优点,即可以直 接提取同步信号。 缺点:同单极性码。 用途:常用于近距离内实行波形变换用,是其 它码型提取同步信号的一个过度码型 2021/2/23 海南大学信息学院 Return Back Next

2021/2/23 海南大学 信息学院 用途：常用于近距离内实行波形变换用，是其 它码型提取同步信号的一个过度码型。 Return Back Next 5.2 数字基带信号及其频谱特性 优点：它比单极性码多了一个优点，即可以直 接提取同步信号。 缺点：同单极性码。 其有电脉冲的宽度小于一个码元宽度的单极性 码，即每个脉冲都回到零电位。 3．单极性归零码 1 0 0 1 1 0 1 +E 0

5.2数字基带信号及其频谱特性 选 4.双极性归零码 其有电脉冲的宽度小于一个码元宽度的双极性 码,即正、负脉冲都归零。 0 +E E 优点:它除了具有双极性码的一般优点外,还 可以通过简单的电路变换为单极性归零码,从而可 以提取同步信号,因而得到比较广泛的应用 2021/2/23 海南大学信息学院 Return Back Next

2021/2/23 海南大学 信息学院 Return Back Next 5.2 数字基带信号及其频谱特性 优点：它除了具有双极性码的一般优点外，还 可以通过简单的电路变换为单极性归零码，从而可 以提取同步信号，因而得到比较广泛的应用。 其有电脉冲的宽度小于一个码元宽度的双极性 码，即正、负脉冲都归零。 4．双极性归零码 1 0 0 1 1 0 1 +E 0 -E

5.2数字基带信号及其频谱特性 选 5.差分码 它把二进制脉冲序列中的1、0反映在相邻信号 码元的相对极性变化上。若相邻码元极性变化表示1 而极性不变表示0,则称为传号差分码(NRZM); 反之,称之为空号差分码(NRZS)。它常用于相位 调制系统中的码变换器中使用。 +E E 2021/2/23 海南大学信息学院 Return Back Next

2021/2/23 海南大学 信息学院 Return Back Next 5.2 数字基带信号及其频谱特性 它把二进制脉冲序列中的1、0反映在相邻信号 码元的相对极性变化上。若相邻码元极性变化表示1， 而极性不变表示0，则称为传号差分码（NRZM）； 反之，称之为空号差分码（NRZS）。它常用于相位 调制系统中的码变换器中使用。 5．差分码 1 0 0 1 1 0 1 +E -E 0

5.2数字基带信号及其频谱特性 选 6.多元码 采用多进制代码时,一个码元宽度可以对应多 个二进制符号。在高数据速率传输系统中常采用这 种码型。 +3E 01 +E E 3E II 2021/2/23 海南大学信息学院 Return Back Next

2021/2/23 海南大学 信息学院 Return Back Next 5.2 数字基带信号及其频谱特性 采用多进制代码时，一个码元宽度可以对应多 个二进制符号。在高数据速率传输系统中常采用这 种码型。 6．多元码 +E -E 0 +3E -3E 01 00 10 11 01 00 10

5.2数字基带信号及其频谱特性 选 基带信号的频谱特性 在研究数字基带传输系统时,对于基带信号的 频谱分析是很重要的,它可以帮助我们弄清楚信号 传输中的一些重要问题:如信号中有没有直流成分 有没有可提取同步信号的离散分量、信号的带宽 等。由于基带信号是一个随机的脉冲序列,因此我 们面临的是一个随机序列的谱分析问题。 1.随机脉冲序列的数学表示式及波形 实际上,组成基带信号的单个码元并非一定是 矩形脉冲,还可以是升余弦脉冲、高斯形脉冲、半 余弦脉冲等 2021/2/23 海南大学信息学院 Return Back Next

2021/2/23 海南大学 信息学院 二、基带信号的频谱特性 在研究数字基带传输系统时，对于基带信号的 频谱分析是很重要的，它可以帮助我们弄清楚信号 传输中的一些重要问题：如信号中有没有直流成分 、有没有可提取同步信号的离散分量、信号的带宽 等。由于基带信号是一个随机的脉冲序列，因此我 们面临的是一个随机序列的谱分析问题。 1．随机脉冲序列的数学表示式及波形 实际上，组成基带信号的单个码元并非一定是 矩形脉冲，还可以是升余弦脉冲、高斯形脉冲、半 余弦脉冲等。 Return Back Next 5.2 数字基带信号及其频谱特性

5.2数字基带信号及其频谱特性 选 若令g1(对应于二进制符号的0,g2(对应于 进制符号的1,码元间隔为T,则基带信号可以 表示为: s(1)=∑ang(t-nT,) H=-00 式中an为第n个信息符号对应的电平值(0、1 或-1、1等); 由于an是信息符号对应的电平值,它是一个随 机量。因此,通常在实际中遇到的基带信号都是 个随机的脉冲序列 2021/2/23 海南大学信息学院 Return Back Next

2021/2/23 海南大学 信息学院 若令g1 (t)对应于二进制符号的0，g2 (t)对应于 二进制符号的1，码元间隔为Ts，则基带信号可以 表示为： Return Back Next 5.2 数字基带信号及其频谱特性   =−  = − n n nTs s(t) a g(t ) 式中an为第n个信息符号对应的电平值（0、1 或-1、1等）； 由于an是信息符号对应的电平值，它是一个随 机量。因此，通常在实际中遇到的基带信号都是一 个随机的脉冲序列

5.2数字基带信号及其频谱特性 选 现假设序列中在任一码元时间间隔T中g1(和 g2(t)出现的概率分别为P和(1P),且认为它们是统 计独立的,则基带信号可以表示为: s() S n=-00 式中5,()=18(-n)以概率P出现 g2(t-mT)(以概率-P出现) 为分析问题方便,假设g1(t)、g2(1)分别是宽度 为T的矩形脉冲和三角波,则随机脉冲序列s(的 个实现如图所示。 2021/2/23 海南大学信息学院 Return Back Next

2021/2/23 海南大学 信息学院 Return Back Next 5.2 数字基带信号及其频谱特性 现假设序列中在任一码元时间间隔Ts中g1 (t)和 g2 (t)出现的概率分别为P和(1-P)，且认为它们是统 计独立的，则基带信号可以表示为：   =−  = n n s s(t) s (t ) 为分析问题方便，假设g1 (t)、g2 (t)分别是宽度 为Ts的矩形脉冲和三角波，则随机脉冲序列s(t)的 一个实现如图所示。 式中    − − − = 以概率 出现） 以概率 出现） g t nT P g t nT P s t s s n ( ) ( 1 ( ) ( ( ) 2 1