基带信号传输与检测.doc

基带信号传输与检测
5.1引言
5.1.1数字基带信号及数字基带传输
在数字通信系统中，信源是信息的来源，但信源输出的是消息（或符号），以消息（或符号）的形式来表达所要传送的信息，一般，信源输出消息由传感器转换为电信号。信源编码则是对信源输出消息转换成的电信号用尽量少的二进制数字信号来表示，即对有剩余的消息进行少剩余的有效编码，又称信源编码器输出的二进制数字序列为信息序列。此信息序列经过信道差错控制编码器在二进制信息序列中引入冗余度，以提高信息传输的可靠性，然后将信道差错控制编码器输出的二进制序列再通过数字调制器，将二进制序列映射为相应的信号波形在通信信道中传输，而通信信道则是物理媒介，将信号波形从发端传到收端，在收端进行反变换，从而将信息从信源送到信宿。
数字通信系统的组成框图如图5.1.1所示。

图5.1.1数字通信系统的组成
本章及第六章是研究二进制序列通过数字调制器在信道中传输并进行解调的基本理论。
数字调制器有二进制及M进制(M>2)之分。二进制数字调制器是将二进制符号“0”映射为信号波形，将二进制符号“1”映射为信号波形。M进制数数字调制器
则是将每K个二进制符号映射为个不同信号波形中的一个。
若此数字调制器是以周期性的脉冲序列为载波，用数字序列去调制脉冲载波的某参
数，则可将数字序列映射为相应的信号波形，称此数字调制器为数字脉冲调制器，而数字
脉冲调制器输出信号波形的功率谱密度是低通型的，所占频带是从直流或低频开始，其带
宽是有限的。我们称功率谱密度为低通型的数字信号为数字基带信号。
若通信信道的传递函数是低通型的，则称此信道为基带信道，又称基带信道为低通信
道，如同轴电缆和双绞线有线信道均属基带信道。
将数字基带信号通过基带信道传输，则称此传输系统为数字基带传输系统。
若通信信道是带通型的，如在无线通信和光通信中的信道即为带通型的，其频带远离
f=0的频率。为了在带通信道中传输，必须将数字基带信号经正弦型载波调制，将低通
型频谱搬移到载频上，成为带通信号，然后在带通信道中传输。我们把包括正弦型载波数
字调制器及解调器的数字通信系统称为数字信号的频带传输系统。
在实际数字通信系统中，数字基带传输在应用上虽不如频带传输那么广泛，但仍有相
当多的应用范围。此外，重要的是数字基带传榆的基本理论不仅适用于基带传输，而且还
适用于频带传输，因为所有窄的带通信号、线性带通系统及线性带通系统对带通信号的响
应均可用其等效低通信号、等效低通系统及等效低通系统对等效低通信号的响应来表示，
因而频带传输系统可通过它的等效低通（或等效基带）传输系统的理论分析及计算机仿真
来研究它的性能，因而掌握数字基带传输的基本理论十分重要，它在数字通信系统中具有
普遍意义。
本章，要阐明二进制序列是如何通过数字调制器在基带信道中传输的基本理论。首
先介绍常用的数字基带信号波形及其功率谱密度计算；然后考虑通过加性白高斯噪声信
道及通过限带加性白高斯噪声信道的数字基带传输的基本原理、分析方法及其性能计算；
简述均衡器、部分响应系统及符号同步的基本原理。
5.1.2信息量单位、信息速率及码元速率、误比特率及误符率、频带利用率
在第七章（信源和信源编码）中将详细讨论信源输出符号所包含的信息及其度量的问
题。在此仅对信息量单位及信息传输速率、码元传输速率的单位作一简述。
1．信息量的单位
若离散信源是一个由“0”和“1”（或“+1”和“-1”）两个符号组成的集合。若信源输出的
二进制序列中，符号“1”和“0”（或是“+1”和“-1“）等概出现，且各符号之间相互统计独立，
则定义此信源输出的每个符号所包含的信息量为1个比特(bit)，称此比特为信息量单位。
需说明的是，在二进制序列中，在“1”和“0”等概出现，且符号之间统计独立的条件下，
每个二进制符号携带1个比特的信息量是最大信息量。在“1”和“0”不是等概出现，或是
符号之间具有相关性的条件下，则每个二进制符号携带的平均信息量小于1个比特。
2．信息传输速率（信息速率）
在二进制数字通信系统中每秒传送的二进制符号数可用每秒传送的最大信息量来表
征，单位为比特形(bit/s)，称为信息传输速率，又称信息速率或比特率。
通信原理
=============================一
========：==：：===
信息速率用Rb(bit/s)表示，若二进制符号间隔为Tb(S)，则Rb21/Tb(bit/s)。
例如：若信息速率Rb：2400bit/s，它表示每秒传送2400个二进制符号。二进制符
号间隔n为
Tb=去=200=0.416ms
3．码元传输速率（码元速率或符号速率）
在M进制数字通信系统中，每秒传送的M进制符号数被称为码元传输速率或符号
速率，单位为波特(Baud)，可用“B”表示。