第九章数字信号的基带传输

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数字基带传输系统课件

与模拟基带传输系统的比较
1 数字基带传输系统
2 模拟基带传输系统
使用数字信号进行传输，具有高速、稳定和可靠的特点。
使用模拟信号进行传输，传输速率和稳定性较低。
市场前景
数字基带传输系统在通信、互联网和广播电视等领域的应用越来越广泛，市场需求不断增加。
技术要点
调制技术
将数据转换为数字信号并进行调制，常见技术包括ASK、FSK、PSK等。
信道编码技术
在传输过程中对数字信号进行编码和解码，实现数据的可靠传输。
解调技术
接收和解调传输的数字信号，将其还原为原始数据。
功率控制技术
控制传输信号的功率，保证传输质量和节约能源。
应用案例
通信网络
数字基带传输系统在各类通信网络中广泛应用，提供高速、稳定的数据传输。
互联网
数字基带传输系统为互联网提供了稳定和高效的数据传输基础。
应用领域
1 通信网络
2 互联网
3 广播电视
数字基带传输系统被广泛应用于各类通信网络，包括有线和无线网络。
数字基带传输系统支持高速、稳定的数据传输，是互联网的基础。
数字基带传输系统用于广播电视信号的传输和播放。
优点与缺点
优点
• 高传输速率 • 低传输误码率 • 抗干扰性强
缺点
• 对传输介质要求高 • 成本较高 • 技术要求相对复杂
组成部分
发送器
将数据转换为பைடு நூலகம்字信号并进行调制。
接收器
接收和解调传输的数字信号，并将其转换为可识别的数据。
传输介质
用于传输数字信号的物理媒介，如光纤、电缆等。
控制模块
管理和控制数字基带传输系统的运行和功能。

基带传输和频带传输的概念

基带传输和频带传输的概念
基带传输和频带传输是通信领域中两个重要的概念。

基带传输指的是
将数字信号直接传输到信道中，而频带传输则是将数字信号通过调制
的方式转换成模拟信号，再传输到信道中。

下面将详细介绍这两种传
输方式的概念和特点。

基带传输是指将数字信号直接传输到信道中，信号的频率范围为0Hz
到基带带宽。

基带传输的特点是传输距离短，传输速率低，但传输质
量高，信号失真小。

基带传输常用于短距离通信，如局域网、计算机
内部通信等。

频带传输是将数字信号通过调制的方式转换成模拟信号，再传输到信
道中。

调制是指将数字信号的频率、相位、幅度等参数转换成与载波
信号相对应的参数，从而形成模拟信号。

频带传输的特点是传输距离长，传输速率高，但传输质量受到噪声和干扰的影响较大。

频带传输
常用于长距离通信，如广播电视、移动通信等。

基带传输和频带传输各有优缺点，应根据具体情况选择合适的传输方式。

在短距离通信中，基带传输具有传输质量高、信号失真小的优点，因此常用于局域网、计算机内部通信等场合。

而在长距离通信中，频
带传输具有传输速率高、传输距离远的优点，因此常用于广播电视、
移动通信等场合。

总之，基带传输和频带传输是通信领域中两个重要的概念，各有优缺点，应根据具体情况选择合适的传输方式。

在未来的通信发展中，基带传输和频带传输将继续发挥重要作用，为人们的通信生活带来更多的便利和效益。

什么是基带传输

什么是基带传输由计算机或终端产生的数字信号，频谱都是从零开始的，这种未经调制的信号所占用的频率范围叫基本频带（这个频带从直流起可高到数百千赫，甚至若干兆赫），简称基带（base band）。

这种数字信号就称基带信号。

在数字传输系统中，其传输对象通常是二进制数字信息，它可能来自计算机、网络或其它数字设备的各种数字代码。

也可能来自数字电话终端的脉冲编码信号，设计数字传输系统的基本考虑是选择一组有限的离散的波形来表示数字信息。

这些离散波形可以是未经调制的不同电平信号，也可以是调制后的信号形式。

由于未经调制的脉冲电信号所占据的频带通常从直流和低频开始。

因而称为数字基带信号。

在某些有线信道中，特别是传输距离不大远的情况下，数字基带信号可以直接传送，我们称之为数字信号的基带传输。

在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号;矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带,简称为基带,矩形脉冲信号就叫做基带信号;在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输;在发送端，基带传输的数据经过编码器变换变为直接传输的基带信号，例如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号;在接收端由解码器恢复成与发送端相同的矩形脉冲信号;基带传输是一种最基本的数据传输方式。

基带传输又叫数字传输，是指把要传输的数据转换为数字信号，使用固定的频率在信道上传输。

例如计算机网络中的信号就是基带传输的。

和基带相对的是频带传输，又叫模拟传输，是指信号在电话线等这样的普通线路上，以正弦波形式传播的方式。

我们现有的电话、模拟电视信号等，都是属于频带传输。

频带传输：上面的传输方式适用于一个单位内部的局域网传输，但除了市内的线路之外，长途线路是无法传送近似于0的分量的，也就是说，在计算机的远程通信中，是不能直接传输原始的电脉冲信号的（也就是基带信号了）。

因此就需要利用频带传输，就是用基带脉冲对载波波形的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化，这就是调制。

数字信号的基带传输

实训三数字信号的基带传输一、实验目的1.掌握基带信号的功率谱密度方法。

2.掌握数字基带传输系统的误码率计算。

3.理解码间干扰和信道噪声对眼图的影响。

4.理解匹配滤波器的原理。

二、实验内容1.基带信号采用不归零矩形脉冲或升余弦滚降波形，基带信号的功率谱密度分析。

2.误码率的计算：A/σ和误码率之间的性能曲线。

3.眼图的生成。

4.匹配滤波器。

三．实验结果1.基带信号采用矩形脉冲和根号升余弦信号波形的功率谱。

（1）二进制不归零矩形脉冲的时域波形与功率谱（对应的m 文件为rectpul.m）。

012345678910-11时间幅度2012210178 黄亮平-5-4-3-2-10123450123频率功率双极性矩形脉冲信号的功率谱密度（2）二进制滚降系数为1的升余弦信号的时域波形和功率谱(对应的m 文件为rcos.m)。

0102030405060708090100-11时间幅度2012210178 黄亮平滚降系数为1的基带信号波形00.51 1.52 2.53 3.5x 10400.10.20.30.4升余弦信号功率谱2、误码率的计算随机产生10^6个二进制信息数据，采用双极性码，映射为±A。

随机产生高斯噪声(要求A/σ为0～12dB)，叠加在发送信号上，直接按判决规则进行判决，然后与原始数据进行比较，统计出错的数据量，与发送数据量相除得到误码率。

画出A/σ和误码率之间的性能曲线，并与理论误码率曲线相比较(对应的m 文件为bercompared.m)。

0246810121010101010102012210178 黄亮平误码率仿真曲线与理论曲线的比较A/sigma b e r3.绘制波形和眼图（1)设基带信号波形为滚降系数为1的升余弦波形,符号周期Ts,试绘出不同滚降系数a=1,0.75,0.5,0.25时的时域脉冲波形（对应的m 文件为diffrcosa.m）。

024681012141618200.512012210178 黄亮平滚降信号波形 a=1024681012141618200.51滚降信号波形 a=0.75024681012141618200.512012210178 黄亮平滚降信号波形 a=0.5024681012141618200.51滚降信号波形 a=0.25（2）随机生成一系列二进制序列，滚降系数a=1，画出多个信号的升余弦波形（对应的m 文件为multicossignals.m）。

数字基带信号

数字信号基带传输
3. 双极性不归零信号双极性是指用正、负两个极性来表示数据信号的“1”或“0”；在“1”和
“0”等概率出现的情况下双极性序列中不含有直流分量，对传输信道的直流特性没有要求；如图4.1(c)所示。 4. 双极性归零信号
“1”码和“0”码在一个码元周期Tb内，高电位只维持一段时间就返回零位；如图4.1(d)所示。这种波形的每一个码元最后都要回到零电位。由于正负极性均归零，所以包含有比单极性归零波形更多的同步信息，无论是连续的1还是连续的0，均可以方便地在接收端识别出来。 5. 伪三元信号
AMI码对应的基带信号是正负极性交替的脉冲序列，而0电位持不变的规律。 AMI码的优点是，由于+1与-1 交替， AMI码的功率谱中不含直流成分，高、低频分量少，能量集中在频率为1/2码速处。此外，AMI码的编译码电路简单，便于利用传号极性交替规律观察误码情况。鉴于这些优点，AMI码是CCITT建议采用的传输码性之一。
AMI码的不足是，当原信码出现连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。解决连“0”码问题的有效方法之一是采用HDB3码。
2. HDB3码 HDB3码的全称是3阶高密度双极性码，它是AMI码的一种改进型，其目的是为
了保持AMI码的优点而克服其缺点，使连“0”个数不超过3个。其编码规则如下：
数字信号基带传输
图4.1 常用数字序列电信号形式
数字信号基带传输
1.2 数字基带信号的常用码型
在实际的基带传输系统中，并不是所有代码的电波形都能在信道中传输。例如，前面介绍的含有直流分量和较丰富低频分量的单极性基带波形就不适宜在低频传输特性差的信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。又如，当消息代码中包含长串的连续“1”或“0”符号时，非归零波形呈现出连续的固定电平，因而无法获取定时信息。单极性归零码在传送连“0”时，存在同样的问题。因此，对传输用的基带信号主要有下面几个方面的要求： (1) 线路传输码型的频谱应不含直流分量； (2)便于从线路内传输码型中提取定时信息； (3)线路传输码型具有一定的检错能力； (4)尽量减少基带信号频谱中的高频分量，以节省传输频带并减少串扰； (5)编码效率高。

数字基带信号的功率谱计算

(+A)(-A) (+A)(-A) (+A*A)(+A*A)
0(0)
19
AMI码中出现an an+2组合的概率
|an| |an+1| |an+2| |an*an+2| p(anan+2)
00
0
0
0.125
00
A
0
0.125
0A
0
0
0.125
0A
A
0
0.125
A0
0
0
0.125
A0
A (-A*A) 0.125
• Na=4;
%示波器扫描宽度为4个码元
• SNR=30;
%信噪比为30dB
• ratio=0;
%误码率初始值设为0
• t=[-T/2+dt/2:dt:T/2];
%时域横坐标,－T/2＋dt的目的是对开分母为0的那个点
• f=[-Bs+df/2:df:Bs];
%频域横坐标
• EP=zeros(1,N);
S( k TS
)
2E2 (a) TS2| G(ຫໍສະໝຸດ k TS) |2(f
n TS
)
k是从负无穷到正无穷的整数。
当k=0，得到信号的直流成分。
10
例9-1 单极性二元码的功率谱计算。
假设单极性二元码中对应于输入信码0，1的幅度取值为0，+A，输入信码为各态历经随机序列， 0，1的出现统计独立，则概率为1/2，即
C e j 2mfst m
m
其中Cm
1 TS
Ts
2 Ts
v(t )e
dt j 2mfst

现代通信原理-曹志刚-答案(很重要)

现代通信原理-曹志刚-答案(很重要)通信原理作业参考答案第三章模拟线性调制3.7证明只要适当选择题图3.7中的放大器增益K，不用滤波器即可实现抑制载波双边带调制。

解：tt Af b aK t A t f b aK t A t f b t A t f aK t A t f b t A t f K a t S c c c c c c DSB ωωωωωωcos )(2)(]cos )()[(]cos )([]cos )([]cos )([)]cos )(([)(2222222222⋅+++-=--+=--+=令2=-b aK ，则ab K/2=t t bAf t S cDSB ωcos )(4)(=3.13 用90相移的两个正交载波可以实现正交复用，即两个载波可分别传输带宽相等的两个独立的基带信号)(1t f 和)(2t f，而只占用一条信道。

试证明无失真恢复基带信号的必要条件是：信道传递函数)(f H 必须满足Wf f f H f f H c c ≤≤-=+0),()(证明：)(]sin )([)(]cos )([)(21t h t t f t h t t f t S c c *+*=ωω)]}()([)()(){(21)(2211c c c c F F j F F H S ωωωωωωωωωω--++++-=以t t C c dωcos )(=相干解调，输出为 )(*)()(t C t S t S dp=)]}()2([)2()(){(41)]}2()([)()2(){(41)]()([21)(22112211ωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωF F j F F H F F j F F H S S S c c c c c c c c p -++++++--++--=++-=选择适当滤波器，滤掉上式中cωω2±项，则)]()()[(4)]()()[(41)(21c c c c d H H F jH H F S ωωωωωωωωωωω+--+++-=要无失真恢复基带信号，必须⎩⎨⎧=++-+=-常数)()()()(c c c c H H H H ωωωωωωωω此时可恢复)(1t f 。

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（3）画出产生此差分相移键控信号的方框图；
（4）画出接收此差分相移键控信号的方框图，阐明将次差分码判为数字信号的规律。
9.11 设一相关编码系统如题 9.11 图所示。图中，理想低通滤波器的截止频率为 1/2Ts，通带增益为Ts。试求该系统的单位冲激响应和频率特性。
x1 (t )
2Ts
题 9.11 图 9.12 求基带传输系统的误比特率为 10-8，计算二元码、三元码和四元码传输所需要的信噪比。 9.13 设某基带传输系统具有如题 9.13 图所示的三角形传输函数：
4
的双边功率谱密度为
n0 2
W/Hz
，试确定 GR
(ω) 的输出噪声功率；
（2）若在抽样时刻 KT （ K 为任意正整数）上，接收滤波器的输出信号以相同概率取
0， A 电平，而输出噪声取值V 服从下述概率密度分布的随机变量
f
(V )
=
1 2λ
⎛ exp ⎜ −
⎝
V λ
⎞ ⎟ ⎠
λ > 0 （常数）
试求系统最小误码率 pe 。
9.3 设某双极性数字基带信号的基本脉冲波形如题 9.3（a）图错误！未找到引用源。
所示。它是一个高度为
1，宽度τ
=
1 3
Ts
的矩形脉冲，且已知数字信息“1”的出现概率为
3/4，“0”的出现概率为 1/4。
（1）写出该双极性数字信号的功率谱密度的表示式，并画出功率谱密度图；
（2）由该双极性信号中能否直接提取频率为 fs = 1/ Ts 的分量？若能，试计算该分量的
{an}
GT (ω)
C(ω)
GR (ω)
{a' } n
n(t) 题 9.4 图基带系统模型 9.5 设二进制符号为 110010001110，试以矩形脉冲为例，分别画出相应的单极性波形，双极性波形，单极性归零波形，双极代码为 100000000011，求相应的AMI码，HDB3码，PST码及双向码。 9.7 设某基带传输系统具有题 9.7 图所示的三角形传输函数，（1）求该系统接收滤波器输出基本脉冲的时间表示式；（2）当数字基带信号的传码率RB = ω0 / π 时，用奈奎斯特准则验证该系统能否实现无码间干扰传输？
第九章数字信号的基带传输
9.1 设某二进制数字基带信号中，数字信息“1”和“0”分别由 g(t)及-g(t)表示，且“1” 与“0”出现的概率相等,g(t)是升余弦频谱脉冲，即
g (t )
=
1 2
cos⎜⎜⎝⎛
πt Ts
⎟⎟⎠⎞
1 − 4t 2
Sa⎜⎜⎝⎛
πt Ts
⎟⎟⎠⎞
Ts2
写出该数字基带信号的功率谱密度表示式；
功率。
g(t)
1
-Ts/2
-τ/2
0
τ/2
Ts/2 t
题 9.3(a)图基本脉冲波形
9.4 若二进制基带系统如题 9.4 图所示，并设 C(ω) = 1 ，GT (ω) = GR (ω) = H (ω) 。
现已知
1
H
(ω
)
=
⎪⎧τ ⎨
0
(1
+
cos
ωτ
0
),
⎪⎩
0,
ω ≤π τ0
其他ω
（1）若
n(t)
Hw 1
-w0
0
w0
题 9.7 图
9.8 设某数字基带传输系统的传输特性 H (ϖ ) 如题 9.8 图所示。其中α为某个常数（0 ≤
α ≤ 1）：
2
（1）试检验该系统能否实现无码间干扰传输？（2）试求该系统的最大码元传输速率为多少？这时的系统频带利用率为多大？
Hw 1
0.5
-(1+a)w0 -w0 -(1-a)w0 0 (1-a)w0 w0 (1+a)w0
9.2 某二进制数字基带系统所传送的是单极性基带信号，且数字信息“1”和“0”的出现概率相等。
（1）若数字信息为“1”时，接收滤波器输出信号在抽样判决时刻的值 A=1V, 且接收
滤波器输出噪声是均值为零，均方根值 0.2V 的高斯噪声，试求这时的误码率 Pe ；
（2）若要求误码率 Pe 不大于10−5 ，试确定 A 至少应该是多少？
题 9.8 图 9.9 采用双极性码的基带信号，传码率为 64kb/s，P（1）= P（0）= 1/2，若收到“1” 脉冲幅度为 1V，“0”脉冲幅度为-1V，信道中高斯白噪声的功率谱n0/2=7.8×10-7W/Hz，求：（1）收“1”与“0”的概率密度函数表达式；（2）证明最佳门限电平为 0V；
∫ （3）计算误码率[注：erfc（x）= 2 ∞ e-y2dy ，且 x 较大时，erfc（x）≈ e−x2 ]。
πx
xπ
9.10 有某二进制符号序列 101100001100000101，（1）写出相应的 AMI 码，HDB3 码；
（2）根据bn=an⊕bn-1（式中⊕表示模 2 加）的规律产生差分码，设此差分码的第一位码规定为 0，写出此差分码序列。
3
1 H(ω)
−ω
0
ω
题 9.13 图
（1）求该系统接收滤波器输出基本脉冲的时间表达式；
（2）当数字基带信号饿传码率
RB
=
ω0 π
时，用奈奎斯特准则验证该系统能否实现无码
间干扰传输？
9.14 基带传输系统的输入宽度为 Tb / 2 ，高度为 1 的矩形脉冲 s(t),要求输出 R(t)是宽度
为 2Tb ,α = 1的升余弦时间波形，问传输系统的总特性如何表示。