第4章 数字基带传输

占空比
Ts

d

Ts
相对码
用相对电平变化传信息
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传号差分码——“1变0不变”， 空号差分码——“0变1不变” 电报术语：“传号”（Mark）=1；“空号”（Space）=0 12/179
术语： （1）单极性（Unipolar）与双极性（Polar）
单极性信号 (on-off keying) 在正逻辑中: 二进制 “1” ——〉+AV 二进制 “0” ——〉 0 V 优点: a. 产生该信号的电路只需要一种电源 b. 该信号通过 TTL 或 CMOS 电路容易产生 缺点: a. 具有非零的直流分量 b. 无在线检错能力
数字基带系统模型
发送设备
脉 冲 基 带 调 制
n t ˆ t m m t
信 道
接收设备
脉 冲 基 带 检 测
信 源
格 式 化
格 式 化
信 宿
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数字基带传输——运用各种基带信号传输数字序列 4.1 二元与多元数字基带信号 4.2 数字基带信号的功率谱与带宽 4.3 二元信号的接收方法与误码分析 4.4 *多元信号的接收方法与误码分析 4.5 码间串扰与Nyquist准则 4.6 *信道均衡 4.7 *部分响应系统 4.8 符号同步 4.9 线路码型


sin k k f k Ts
2
Ts
A Ts sinc
2 a 2
2
fTs m
2 a
Af
2
sa 2 fTs
sin x sinc( x) x sin x sa( x ) x
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2 2 2 2 2 P ( f ) A T sinc fT m s aA f s a s
应用 : 机内码，近距离接口码
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双极性信号 在正逻辑中: 二进制 “1” ——〉+AV 二进制 “0” ——〉 - A V
优点: a. 如果0、1等概，则无直流分量
b. 抗干扰能力比单极性信号强 缺点: a.需要两种电源 b. 无在线检错能力
应用 : 机内码，近距离接口码 如：RS232接口
通信原理
第4章 数字基带传输
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本章讲述数字通信的基带传输方法。
主要内容有： 掌握：二元与多元信号的波形形成、比特率与Baud率计 算、基本波形形式、功率谱与带宽计算；二元信号接收方法、
噪声中误码分析方法、匹配滤波器原理与最佳接收性能；码
间串扰问题及Nyquist准则、最大频带利用率、升余弦滤波 器及其无ISI设计；基本线路码型。
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4.1 二元与多元数字 基带信号
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4.1.1 数据传输的基本概念
例4.1 典型的数据通信方法： 数字芯片A向芯片B传送数 据序列{…，0XF1，0X73，0XFF，…}
数据线
组同步信号
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位同步信号
Frame Synchronization
4.1.3 数字基带信号的传输速率（有效性指标）
（1）比特率（Bit rate）： Rb 每秒传送的比特数
单位: bits/s b/s bps
信道符号
（2）符号速率（Symbol rate）：每秒传送符号(脉冲)的数目 码元速率 单位 : symbols/s Baud Bd R 1/ T
s s
Ra (k ) 是M元平稳序列 {an } 的相关函数。
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推论：
2 2 2 m E a , { a } E a m 如果 n 平稳无关的， a n a n a
,则
m Ps ( f ) GT ( f ) Ts T
2

2 a
2 a 2 s k
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3. 数字基带信号的数学表示：
例：4PAM信号
M 4, k 2
s t a 0
4 2
2 4
00 01 10 11
3V 1V 1V 3V
0 1
a1 0 0
a2 1 1
a3 1 0
t
Ts
s t an gT t nTs
n 0 3
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基本通信原理中：主要关心的是信息数据代码的传送
1 1 1 1 0 0 0 1
t
Ts
PAM（脉冲幅度调制）：用0、1信息序列去改变脉冲的幅度。
Pulse Amplitude Modulation
二元PAM信号,
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多元PAM信号
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数据传输的几个基础概念： (1) 二进制序列（Binary sequence）：取值为0、1
2.二元与多元PAM信号传输有效性和可靠性比较：
（1）2PAM、4PAM信号、256PAM：接收时需要分辨M 种脉冲的幅度 （2）多进制PAM信号比2PAM更容易出错。因此多进制 PAM信号抗干扰能力较差 （3）2PAM方式必须用更长的时间（若用相同宽度脉冲 传数据）；或者，用更窄的脉冲（若传数据时间相同）， 窄的脉冲要求同步更准，带宽大。因此2PAM信号传输 有效性较差。
Ps ( f )
2 2 a A Ts
2 2 ma A
1 B0 Rs Ts
Rs 2 Rs
（或+1、-1）
(2) 二元PAM信号（Binary PAM signal）：采用脉冲 的两种幅度传信息。 (3) 定时（Timing）：接收时对准相应的脉冲，检测 幅度。
(4) 时隙（Slot）：一个时隙一个数据位逐个进行。
Ts：Time slot
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基本的脉冲形状是矩形的，典型的数字基带信号为：
gT t
1
t
Ts
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an
M元幅度序列
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M进制PAM（MPAM）：M

2k
; M 2 , k 1
s(t ) an gT (t nTs ) an (t nTs ) * gT (t ) n n
bn
二元符 号序列
线路编码 K位合并
M元符 号序列
gT t
波形形成
an
n n
a t nT
S
s t an gT t nTS
n
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例4.3 (双极性)NRZ的MPAM信号的功率谱密度:已知M 元数字序列各符号无关，其均值与方差分别为 ma 如图所示。求MPAM信号的功率谱密度。 NRZ的MPAM信号：
Rb 和 Rs的关系:
Rb kRs Rs log2 M (bps)
M 2
k
Ts kTb
相同比特率的代码序列用不同元数的数字基带信号传， 则符号速率不同。
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例4.2 二元序列{101101000111101011}，传输时间为 1ms 。试求: (1)相应的四元与八元序列，(2)相应的
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理解：眼图、误码曲线、多元信号的接收方法与格雷 编码、数字均衡的原理与迫零本算法、符号同步的基本概 念、根升余弦滤波器设计。
了解：基本的部分响应系统、预编码技术、符号同步
的典型处理方法。
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数字通信系统简化模型
发送设备 信 源 编 码
信号处理 基带信号
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例1：2PAM信号
x t
Ts : 符号周期或码元宽度
数字基带信号
频谱在零频附近
t
电平A和0称为二元（二进制）符号。 1和0
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信道符号
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多进制 (M-ary) 信号 : k bit二进制代码用一个脉冲传， 在一个 Ts 时隙内传M种不同的脉冲之一。 一般，M 2k M元PAM信号：M种脉冲形状相同，幅度有M种。 例2：4PAM信号
2 与 a 。发送脉冲 gT t 为 矩形NRZ脉冲，幅度为A，
t Ts / 2 解： gT t A Ts
gT t
A
t
Ts
sin fTs j fTs GT ( f ) ATs e fTs
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sin fTs GT ( f ) ATs fTs
n
ag
n

T
(t nTs )
1 2 Ps ( f ) GT ( f ) Pa ( f ) Ts
其中， GT ( f ) F gT (t ) 是脉冲 gT (t ) 的傅立叶变换，
Pa ( f )
k


Ra (k )e j 2 f kTs
是M元序列 {an } 的功率谱。
M 4,k 2
Ts : 符号周期或码元宽度
0 3
1 1
00 3V 0 01 1V 1 10 1V 2 11 3V 3
1
4 2 0 2 4
0 1
0 0
2 1 0
Ts
信道符号
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称为4元（4进制）符号。
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256进制波形
二进制波形
四进制波形
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