(完整word版)数字信号的基带传输
数字信号的基带传输
B 2
H(ω)
0 -
ω0
0
B 2
ω
（a）低通滤波器
（b）带通滤波器
A H ( ) 0
0 B other
A H ( ) 0
B B 0 0 2 2 other
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无失真系统是否为线性系统？
（1）是否具有齐次性？
幅度。
(4) 时隙（Slot）：一个时隙一个数据位逐个进行。 码元
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基本概念
二、基带传输与频带传输
数字基带信号：未经调制的数字信号，它所占据的频谱是从零
频或很低频率开始的。
基带传输：将数字基带信号通过基带信道(传递函数为低通型)传
输 —— 信号频谱不搬移，直接传送。
同轴电缆，双绞线 频带信号：数字基带信号经正弦波调制的带通信号 频带传输：将数字带通信号通过带通信道传输
振幅失真：
是信号各个频率分量的振幅值随频率发生了不同变化。
由传输设备和线路引起的衰损造成的
延迟失真：
是信号各频率分量的传播速度不一致所造成的失真。
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基本概念
三、信号通过系统 3、无失真系统
如果信号通过系统后各个频率分量的振幅和延迟改变 都是相同的，则称信号不失真。能够使信号不失真的系 统称为不失真系统。
假定通过系统前的信号为X(t)，通过系统后的信号为Y(t)，
不失真系统只能导致信号如下改变：
Y (t ) kX (t t 0 )
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系统对信号的作用如下：
输入信号
系统
输出信号
Y ( ) X ( ) H ( )
不失真系统信号输出：
X(t )
h(t )
数字信号的基带传输1
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9.2.1 相同波形随机序列的功率谱
周期性确知信号具有离散的线状频谱。 非周期确知信号没有离散线谱，只有 用功率谱密度描述的连续谱。 随机信号一般既有离散线谱，又有连 续谱。
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9.2.1 相同波形随机序列的功率谱
假定数字基带信号以某种波形g(t)在码元周期Ts内传送 出去，则数字基带信号可用随机序列表示：
数字信号传输的两种主要方式: 1、基带传输： 直接使用电缆等载体传输基带信号。 2、频带传输(调制传输)： 经过射频调制，将基带信号的频谱搬移到 某一载波上所形成的频带信号进行传输。
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基带传输系统的基本结构
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§9.1 数字基带信号的码型
9.1.1 数字基带信号的码型设计原则:
HDB3：-B 0 0 0 –V +B 0 0 0 +V –B +B –B 0 0 -V +B –B
或 HDB3：-B+B 0 0 +V -B 0 0 0 -V +B -B +B 0 0 +V -B +B
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AMI与HDB3码的波形
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（3）BNZS码
与HDB3相似，也是用取代节来替换连“0”。
S (t) an g (t nTS )
这里an是基带信号在nTS≤t ≤ (n+1)TS内的幅度值， g(t)为标准脉冲波形，TS为码元周期。
这种随机序列在每个码元周期内有相同波形,只是 幅度值不同。如单极性二元码，AMI码等。
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通信原理第4章 数字基带传输
2020/1/25
第4章 数字基带传输
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4.3 数字基带传输系统及码间干扰
数字基带传输系统模化为
其中
d(t) bk (t kTs )
k
H( f ) HT ( f )HC ( f )HR ( f )
h(t) F 1[H ( f )] H ( f )e j2 ft df
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4.2 数字基带信号的功率谱分析
【例4-2】试分析下图a）所示双极性全占空矩形脉冲序列 的功率谱。设“１”、“0”等概。
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第4章 数字基带传输
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4.2 数字基带信号的功率谱分析
AMI码数字基带信号如下图（a）所示，“1”、“0”等 概，则其功率谱表达式为 P( f ) A2Ts Sa2 ( fTs ) sin2 ( fTs )
y(t) bk h(t kTs ) nR (t) k
研究表明，影响系统正确接收的 因素有两个： ① 码间干扰（Inter-Symbol
Interference—ISI）
② 信道中的噪声
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第4章 数字基带传输
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4.3 数字基带传输系统及码间干扰
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第4章 数字基带传输
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第4章 数字基带传输
将输入数字信号 变换成适合信道 传输的信号
低通型 信道
滤除噪声和 校正信道引 起的失真
输入
a
码型
发送
变换 b 滤波器
信道
c
定时脉冲
噪声 n(t)
接收 d
滤波器
取样 判决
5(未删减)数字信号的基带传输
内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
通信概论 第5章 数字基带传播系统 东北大学网
5.2 基带传播旳常用码型（线路传播码）
2．双极性三阶高密度码（HDB3码） HDB3码是一种连“0”克制编码。详细编码规则如下：
● 以传号交替翻转码（AMI）为基础，当遇到4个连零时，用“0001” 来取代“0000”，该“0001”称为取代节，其中“1”旳极性与前边一种 信号旳极性相同，违反极性交替翻转原则，故此码被称为“V”码。
通信概论 第5章 数字基带传播系统 东北大学网 5.1 数字基带信号
5.1.2 数字基带信号
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通信概论 第5章 数字基带传播系统 东北大学网 5.1 数字基带信号
5.1.2 数字基带信号 二进制数字基带信号旳一般表达
s(t) ang(t nT s) n
通信概论 第5章 数字基带传播系统 东北大学网
5.0 引言
概述
数字基带信号 － 未经调制旳数字信号，它所占据旳频 谱是从零频或很低频率开始旳。 数字基带传播系统 －不经载波调制而直接传播数字基 带信号旳系统，常用于传播距离不太远旳情况下。 数字带通传播系统 －涉及调制和解调过程旳传播系统 研究数字基带传播系统旳原因：
● 能够证明，当两个V 码之间旳传号数目为奇数时，输出编码序列 中加入旳 V 码旳极性也是交替翻转旳，不会破坏 “无直流分量”旳基本 要求；但当两V 码间旳传号数目为偶数时，将会造成某一极性旳 V 码增长， 会使编码信号序列中产生直流分量，处理方法是：
● 在前一种V 码后，若经奇数个（涉及0个）传号后出现 “0000”，用 取代节 “000V” 来取代“0000”；若经过偶数个传号后出现“0000”时， 取代节用“B00V”形式，其中B作为传号附加脉冲，其极性符合交替翻转 原则，V与B极性相同，违反极性交替原则。
数字信号基带传输
01 0 0 00 11 000 00 10 10
双 极 性 （ RZ)
双极性归零码： 双极性，电脉冲间有间隔 脉冲窄，每个脉冲总是要回到零电平 可以直接提取同步信号
01 0 0 00 11 000 00 10 10
差 分
差分码： 利用前后码元的相对极性来传送消息的 “0”差分码：极性改变表示“0”，不变表示“1” “1”差分码：极性改变表示“1”，不变表示“0” 优点：可抵抗信道中极性反转
4. Bandwidth compression. Some schemes, such as multilevel codes, increase the efficiency of bandwidth utilization by allowing a reduction in required bandwidth for a given data rate; thus there is more information transmitted per unit bandwidth.
5. Differential encoding. This technique is useful because it allows the polarity of differentially encoded waveforms to be inverted inverted without affecting the data detection. In communication systems where waveforms sometimes experience inversion, this is a great advantage. (Differential encoding is treated in greater detail in Chapter 4, Section 4.5.2.)
第五章数字信号的基带传输
第五章 数字信号的基带传输基带传输系统频带传输系统（调制传输系统）数字基带信号：没有经过调制的原始数字信号。
（如各种二进制码PCM 码，M ∆码等）数字调制信号：数字基带信号对载波进行调制形成的带通信号。
5.1、基带信号的码型一、数字基带信号的码型设计原则：1． 对传输频带低端受限的信道，线路传输的码型的频谱中应该不含有直流分量；2．信号的抗噪声能力强；3．便于从信号中提取位定时信息；4．尽量减少基带信号频谱中的高频分量，节省传输频带、减小串扰； 5．编译码设备应尽量简单。
二、数字基带信号的常用码型。
1、单极性不归零码NRZ （Non Return Zero ）脉冲宽度τ等于码元宽度T特点：（1）有直流，零频附近的低频分量一般信道难传输。
（2）收端判决门限与信号功率有关，不方便。
（3）要求传输线一端接地。
（4）不能用滤波法直接提取位定时信号。
2、双极性非归零码（BNRZ ）T =τ，有正负电平特点：不能用滤波直接提取位定时信号。
⎩⎨⎧数字通信系统3、单极性归零码（RZ）τ<T特点：（1）可用滤波法提取位同步信号（2）NRZ的缺点都存在4、双极性归零码（BRZ）特点：（1）整流后可用滤波提取位同步信号（2）NRZ的缺点都不存在5、差分码电平跳变表1，电平不变表0 称传号差分码电平跳变表0，电平不变表1 称空号差分码特点：反映相邻代码的码元变化。
6、传号交替反转码（AMI）τ）归零码表0用零电平表示，1交替地用+1和-1半占空（T5.0=示。
优点：（1）“0”、“1”不等概时也无直流（2）零频附近低频分量小（3）整流后即为RZ码。
缺点：连0码多时，AMI整流后的RZ码连零也多，不利于提取高质量的位同步信号（位同频道抖动大）应用：μ律一、二、三次群接口码型：AMI加随机化。
7、三阶高密度双极性码()3HDBHDB3码编码步骤如下。
①取代变换：将信码中4个连0码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻的V码中间有奇数个1码时用000V代替4个连0码，有偶数个1码时用B00V代替4个连0码。
高级通信原理数字信号的基带传输(于秀兰)剖析
分析过程参见重邮本科 <<通信原理>>教材
最佳基带传输系统
练习
练习：
说明：
补充：有失真信道的信号设计(数字通信9.2.4)
如何对信道 失真进行补 偿？
发送滤波器和接收滤波器的幅频特性为
GT ( f ) X ( f ) / c f
f W
GR ( f ) X ( f )
或者
N0 / 2 10 15W / Hz 。
3.6 部分响应系统
从上面的例子和分析我们不难看出： 实际中是可以找到频带利用率高（达 2 波特/赫） 和尾巴衰落大、收敛快的传送波形。即：利用存在一定 码间干扰的波形，有可能达到“充分利用频带效率”和 “使尾巴振荡衰落加快”这样两个目的。
缺点： 1） 必须知道 ak1 ； 2） 存在错码的连锁反映。即只要一个码元发生错误，
第3章 数字信号的基带传输
本章主要内容
3.1 引言
3.2 数字基带信号波形及其功率谱
3.2.1 数字脉冲幅度调制（PAM) 3.2.2 数字PAM信号的功率谱密度
基带和带通PAMM 信号：
sm t Am gt
sm t Amgtcos 2fct
在 M=2 的特殊情况下，二进制 PAM 波形具有特殊的性质，即
则这种错误会影响以后的码元。
部分响应信号的最佳接收
假设信道是具有加性高斯白噪声的理想带限信道。
例题
解：
3.7 均衡
本章小结
s1t s2 t
这两个信号具有相同的能量，且互相关系数为-1，称为双极性信号。
数字PAM信号的功率谱密度
PAM信号为循环平稳随机过程； 对“自相关函数的时间平均”进行傅里叶变换，
得到功率谱密度。
数字通信原理第5章 数字信号传输
这一信号传输速率与理想低通截止 频率的关系就是数字信号传输的一个重 要准则——奈奎斯特第一准则，简称奈 氏第一准则。
3.滚降低通传输网络
具有奇对称滚降特性的低通滤波器作 为图5-7所示的传输网络。 图5-12定性画出滚降低通的幅频特性。
图5-12 滚降低通的幅频特性
1 / 2) 只要滚降低通的幅频特性以 C( f c， 点呈奇对称滚降，则可满足无码间干扰的 条件（此时仍需满足符号速率= 2 f c ）。
图5-1 二进制数字信号信号序列的基本波形
图5-3是几种随机二进制数字信号序 列的功率谱曲线（设“0”码和“1”码 出现的概率均为1/2）。
图5-3 二进制数字信号序列的功率谱
经分析得出，随机二进制数字信号 序列的功率谱包括连续谱和离散谱两个 部分（图中箭头表示离散谱分量，连续 曲线表示连续谱分量）。
图5-15
AMI码及功率谱
例如： 二进码序列：1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 AMI码序列：+l-10 +1 0 0-1 0 0 0+1-1 AMI码符合要求，是CCITT建议采 用的传输码型之一。
但AMI码的缺点是二进码序列中的“0” 码变换后仍然是“0”码，如果原二进码序列 中连“0”码过多，AMI码中便会出现长连 “0”，这就不利于定时钟信息的提取。 为了克服这一缺点，引出了HDB3码。
信道是各种电缆，其传递函数是L（）， n（t）为噪声干扰。
接收滤波器的传递函数为E（ ）, 其作用是限制带外噪声进入接收系统以 提高判决点的信噪比，另外还参与信号 的波形形成（形成判决点的波形）。
接收滤波器的输出端（称为抽样判决 点或简称判决点）波形用R（t）表示，其 频谱为R（ ）。
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实验五数字信号的基带传输、眼图、奈奎斯特准则
一、实验目的
1.熟悉使用simulink模块库，了解各功能模块的操作和使用方法。
2.通过实验进一步掌握、了解数字基带传输系统的构成及其工作原理。
3.观察数字基带传输系统接收端的眼图，掌握眼图的主要性能指标。
二、实验内容
用simulink建立一个数字基带传输系统仿真系统，信道中加入高斯白噪声（均值为0，均方差可调），分析理解系统各个模块的功能，并通过观察眼图，判断系统信道中的噪声情况。
三、实验原理
（一）数字信号基带传输系统原理
基带信号传输系统的典型模型，如图所示。
在发送端，数字基带信号X(t)经发送滤波器输入到信道，发送滤波器的作用是限制发送频带，阻止不必要的频率成分干扰相邻信道。
传输信道在这里是广义的，它可以是传输介质（电缆、双绞线等等），也可以是带调制解调器的调制信道。
基带信号在信道中传输时常混入噪声n(t)，同时由于信道一般不满足不失真传输条件，因此要引起传输波形的失真。
所以在接收端输入的波形与原始的基带信号X(t)差别较大，若直接进行抽样判决可能产生较大的误判。
因此在抽样判决之前先经过一个接收滤波器，它一方面滤除带外噪声，另一方面对失真波形进行均衡。
抽样和判决电路使数字信号得到再生，并改善输出信号的质量。
根据频谱分析的基本原理，任何信号的频域受限和时域受限不可能同时成立。
因此基带信号要满足在频域上的无失真传输，信号其波形在时域上必定是无限延伸的，这就带来了各码元间相互串扰问题。
造成判决错误的主要原因是噪声和由于传输特性（包括发、收滤波器和信道特性）不良引起的码间串扰。
基带脉冲序列通过系统时，系统的滤波作用使脉冲拖宽，在时间上，它们重叠到邻近时隙中去。
接收端在按约定的时隙对各点进行抽样，并以抽样时
刻测定的信号幅度为依据进行判决，来导出原脉冲的消息。
若重叠到邻接时隙内的信号太强，就可能发生错误判决。
若相邻脉冲的拖尾相加超过判决门限，则会使发送的“0”判为“1”。
实际中可能出现好几个邻近脉冲的拖尾叠加，这种脉冲重叠，并在接收端造成判决困难的现象叫做码间串扰。
因此可以看出，传输基带信号受到约束的主要因素是系统的频率特性。
当然可以有意地加宽传输频带使这种干扰减小到任意程度。
然而这会导致不必要地浪费带宽。
如果展宽得太多还会将过大的噪声引入系统。
因此应该探索另外的代替途径，即通过设计信号波形，或采用合适的传输滤波器，以便在最小传输带宽的条件下大大减小或消除这种干扰。
奈奎斯特第一准则解决了消除这种码间干扰的问题，并指出信道带宽与码速率的基本关系。
即
式中Rb为传码率，单位为比特/每秒（bps）。
fN和BN分别为理想信道的低通截止频率和奈奎斯特带宽。
上式说明了理想信道的频带利用率为
实际上，具有理想低通特性的信道是难以实现的，而实际应用的是具有滚降特性的信道。
其带宽较奈奎斯特带宽增加的程度——滚降系数α可以表示为
其中B表示滚降信道的带宽。
由于升余弦滚降滤波特性可使传输信号具有较大的功率，且收敛快而减小码间干扰，故已得到了广泛的应用。
（二）眼图原理
１．眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。
显然，最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻。
２．眼图斜边的斜率，表示系统对定时抖动（或误差）的灵敏度，斜边越陡，系统对定时抖动越敏感。
３．眼图左（右）角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围，称为零点失真量，在许多接收设备中，定时信息是由信号零点位置来提取的，对于这种设备零点失真量很重要。
４．在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。
５．在抽样时刻上、下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决；
６．横轴对应判决门限电平。
四、实验步骤
1、设计一个滚升余弦滤波器，滚降系数为0.75。
输入为4元双极性数字序列，符号速率为1000波特，设滤波器采样率为10000次/秒，即在一个符号间隔中有10个采样点。
试建立仿真模型观察滚升余弦滤波器的输出波形、眼图以及功率谱。
2、试建立一个基带传输模型，发送数据为二进制双极性不归零码，发送滤波器为平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.5，信道为加性高斯信道，接收滤波器与发送滤波器相匹配。
发送数据率为1000bps，要求观察接收信号眼图，并设计接收机采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，并统计误码率。
假设接收定时恢复是理想的。