华东理工大学《通信原理》第六章 (数字基带传输1).
通信原理(第六章 数字基带传输系统)图片公式
七、什么是眼图？眼图模型、说明什么问题？
八、时域均衡：基本原理、解决什么问题？如何衡量均 衡效果？
一、数字基带系统和频带系统结构
一、数字基带信号(电波形)及其频谱特性(1)
二元码：幅度取值只有两种“1”、“0”或“1”、 “-1”
单极性非归零码：用高低电平分别表示“1”和“0”， 如图6-1(a) 。一般用于近距离之间的信号传输 双极性非归零码：用正负电平分别表示“1”和“0”， 如图6-1(b)。应用广泛，适应于在有线和电缆信道中 传输。 单极性归零码：有电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉 冲都回到零电位。如图6-1(c)。利于减小码元间波形 的干扰和同步时钟提取。但码元能量小，匹配接收时 输出信噪比低些
二、基带传输码的常用码型（4）
HDB3特点：保持AMI码的优点，三元码，无直流分量，主 要功率集中在码速率fb的1/2出附近（如图）。 位定时频率分量为零，通过极性交替规律得到检错能力。 增加了使连0串减少到 至多3个的优点，而不管 信息源的统计特性如何。
对于定时信号的恢复 是十分有利的。广泛应 用于基带传输与接口码。
Pv (w) = 2p å
¥ m =-
Cn d (w - mws )
2
Pv ( f ) = å
2
Cn d ( f - mf s )
2
故稳态波的双边功率谱密度
Pv ( f ) = å
¥ m =-
f s [ PG1 (mf s ) + (1 - P)G2 (mf s )] ? d ( f
mf s )..(6.1 - 14)
代入(6.1-26)得单极性非归零波形的双边功率谱密度
Ps (w) = Ts 2 1 Sa (p fTs ) + d ( f )..(6.1 - 30) 4 4
樊昌信《通信原理》(第6版)(名校考研真题 数字基带传输系统)【圣才出品】
第6章 数字基带传输系统一、判断题1．在线路编码中HDB 3码的编码效率要高于双相码的编码效率。
（）[南邮2011、2009研]【答案】√【解析】HDB 3码是1B1T 码，编码效率为2/3，双相码是1B2B 码，编码效率为1/2。
2．线路编码一般采用双极性波形，这样就可以没有直流分量，可以更好的适应信道。
（ ）[南邮2010研]【答案】√【解析】一般要求线路码的功率谱不应含有离散的直流分量，并尽量减小低频分量，双极性波形符合这一特点。
3．信号幅度相等时，单极性数字基带系统性能要优于双极性系统的性能。
（ ）[南邮2010研]【答案】×【解析】对于双极性不归零码，平均误比特率为；对于单极性不)2(21221nA erfc P b δ=归零码，平均误比特率为，所以在信号幅度A 、信息速率、接收低通)8(21222n A erfc P b δ=滤波器的带宽及噪声功率谱均相同的情况下，，即双极性基带系统的误码率比单21b b P P <4．部分响应改变了信号的谱特性，付出的代价是输出电平的增多，属于牺牲信噪比换取带宽。
（）[南邮2011研]【答案】√【解析】部分响应带来的好处是减少了串扰和提高了频带利用率，其代价是发送信号功率增加。
对于L进制信号，第Ⅰ、Ⅳ类部分响应信号的电平数为2L-1，因此输出电平增多，牺牲了信噪比换取带宽。
5．时域均衡器可以用可调的横向滤波器来实现。
（）[南邮2010研]【答案】√【解析】横向滤波器由延迟单元、抽头系数及加法器构成，可用作线性均衡器，在时域上实现均衡。
二、选择题1．在相同的传信率下，若采用不归零码，下列信号中带宽最小的是（）。
[南邮2009研]A．AMIB．1B2BC．CMID．Manchester【解析】AMI可看为单极性不归零码的变形，其带宽为R s；1B2B、CMI和Manchester均为双极性不归零码，提高了检错能力，但所需带宽增加，为2R s。
通信原理简答题答案2（个人整理）
通信原理简答题答案2（个⼈整理）第⼀章绪论1-2何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量值仅可能取有限个值。
模拟信号：电信号的参量取值连续。
两者的根本区别是携带信号的参量是连续取值还是离散取值。
1-3何谓数字通信？数字通信偶哪些优缺点？答：利⽤数字信号来传输信息的通信系统为数字通信系统。
优点：抗⼲扰能⼒强，⽆噪声积累传输差错可控；便于现代数字信号处理技术对数字信息进⾏处理、变换、储存；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。
缺点：⼀般需要较⼤的传输带宽；系统设备较复杂。
1-4 数字通信系统的⼀般模型中各组成部分的主要功能是什么？答：信源编码：提⾼信息传输的有效性（通过数字压缩技术降低码速率），完成A/D转换。
信道编码/译码：增强数字信号的抗⼲扰能⼒。
加密与解密：认为扰乱数字序列，加上密码。
数字调制与解调：把数字基带信号的频谱搬移到⾼频处，形成适合在信道中传输的带通信号。
同步：使收发两端的信号在时间上保持步调⼀致。
1-5 按调制⽅式，通信系统如何分类？答：基带传输系统和带通传输系统。
1-6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：模拟通信系统和数字通信系统。
1-7 按传输信号的复⽤⽅式，通信系统如何分类？答：FDM,TDM,CDM。
1-8 单⼯、半双⼯及全双⼯通信⽅式是按什么标准分类的？解释他们的⼯作⽅式。
答：按照消息传递的⽅向与时间关系分类。
单⼯通信：消息只能单向传输。
半双⼯：通信双⽅都能收发消息，但不能同时进⾏收和发的⼯作⽅式。
全双⼯通信：通信双⽅可以同时收发消息。
1-9 按数字信号码元的排列顺序可分为哪两种通信⽅式？他们的适⽤场合及特点？答：分为并⾏传输和串⾏传输⽅式。
并⾏传输⼀般⽤于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间的数据传输。
串⾏传输使⽤与远距离数据的传输。
1-10 通信系统的主要性能指标是什么？—答：有效性和可靠性。
1-11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：有效性：传输速率，频带利⽤率。
通信原理简答题答案1(个人整理)
通信原理第六版课后思考题第1章绪论1、何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号：电信号的参量取值连续；两者的根本区别在于电信号的参量取值是有限个值还是连续的。
2、画出模拟通信系统的一般模型。
3、何谓数字通信？数字通信有哪些优缺点？答：数字通信即通过数字信号传输的通信，相对模拟通信，有以下特点：1）传输的信号是离散式的或数字的；2）强调已调参数与基带信号之间的一一对应；3）抗干扰能力强，因为信号可以再生，从而消除噪声积累；4）传输差错可以控制；5）便于使用现代数字信号处理技术对数字信号进行处理；6）便于加密，可靠性高；7）便于实现各种信息的综合传输3、画出数字通信系统的一般模型。
答：4、按调制方式，通信系统如何分类？答：分为基带传输和频带传输5、按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：按信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以分为模拟通信系统和数字通信系统6、按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：频分复用（FDM），时分复用（TDM），码分复用（CDM）7、通信系统的主要性能指标是什么？第3章随机过程1、随机过程的数字特征主要有哪些？它们分别表征随机过程的哪些特征？答：均值：表示随机过程的n 个样本函数曲线的摆动中心。
方差：表示随机过程在时刻t 相对于均值a(t)的偏离程度。
相关函数：表示随机过程在任意两个时刻上获得的随机变量之间的关联程度。
2、何谓严平稳？何谓广义平稳？它们之间的关系如何？答：严平稳：随机过程δ(t)的任意有限维分布函数与时间起点无关。
广义平稳：1）均值与t 无关，为常数a 。
2）自相关函数只与时间间隔τ=t 1-t 2有关。
严平稳随机过程一定是广义平稳的，反之则不一定成立。
4、平稳过程的自相关函数有哪些性质？它与功率谱的关系如何？答：自相关函数性质：(1) R(0)=E[ξ2(t)]——ξ(t)的平均功率。
(2) R(τ)=R(-τ)——τ的偶函数。
通信原理第六章
设fH=(n+k)B，其中n为整数，0k<1，则
mn
fs
2 fH m
2B1
k n
2020年2月
西南交通大学电气工程学院
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6.2 脉冲编码调制
特例： 当fH=nB时，m=n，则 fs=2fH/m=2B。
2020年2月
西南交通大学电气工程学院
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例：已知
6.2 脉冲编码调制
编码位数每增加一位，量化信噪比就增加6分贝。
2020年2月
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24
6.2 脉冲编码调制
说明： 1）以上结论是在假设信号抽样值在量化范围内等概 出现时得到的。 对正弦信号，取值较大的样值出现概率大，取值较 小的样值出现概率较小。 对语音信号，由于取值较小的样值出现概率大，而 取值大的样值出现概率反而小。 所以，对正弦信号和语音信理
一个频带限制在0~ fH范围内的模拟信号，若取样速 率大于等于2 fH，则可由样值序列无失真地重建原 始信号。否则取样信号将出现频谱混叠，不能从中 恢复原始信号。
fs=2fH为奈奎斯特速率，它是取样的最低速率； Ts=1/fs=1/(2fH)为奈奎斯特取样间隔，它是所允许的
1024
2020年2月
1472 1504
西南交通大学电气工程学院
64
2048
37
6.2 脉冲编码调制
➢编码 编码：将抽样量化后的离散信号电平值转换为二进 制码组来表示。 译码：将二进制码组再恢复为离散信号电平。
量化电平序号 编码 量化电平序号 编码
0
000
4
100
1
001
5
101
2
010
通信原理第六章ppt课件
§6.2 抽样定理
• 如果想把时间连续的模拟信号变成0/1数字 串，必须先抽样
• 但是，很显然，抽样以后
• 的信号，与原来的信号是
• 不同的
• 能否从抽样信号中恢复原
t
• 信号呢？如果能，有什么条件？
:
§6.2.1 低通信号抽样定理
可以看作下面两 个信号的乘积
t
1
t
t
:
m(t)
t
T (t)
t
➢ 对 Y 的均匀量化，等效为对 X 的非均匀量化。
EY
0 EX
:
三. 编码
➢ 编码就是将量化后的多进制数字信号变换成 二进制数字代码〔逆过程为译码），这是一 种一一对应的变换关系，实为 M 进制与二 进制的转换。
➢ 要求：M ≤ 2N 或N ≥ log2M〔取整数） ➢ N 为二进制码组的码位数。
Hale Waihona Puke 2048 x1 1 8 1 16 1
32 16 8
4
11
128 64
1
第7段的
2
量化间隔 32
1
第 8段的量 2化 0 4 1间 8 0 2隔 64 4 16
16 32
第1、 2段的量化间隔
64
128
1 128
1 第3段的
1
64 量化间隔 232
1
第4段的量化间隔 4
16
可见最小11 1分 6 28辨 210:率 ,4计 8为 1为 个
m(t) 样 ms(t) 化 msq(t) 码 {an} 信道 {an} 码 msq(t) 通 m0(t)
A/D
D/A
➢ 编码——译码为一对变换关系；
➢ 抽样——低通为一对变换关系；
通信原理习题及答案(第六版)_樊昌信_曹丽娜_编著__国防工业出版社
各章习题及解答第1章 绪论1—1 设英文字母E 出现的概率为0.105，x 出现的概率为0.002。
试求E 及x 的信息量。
解：英文字母E 的信息量为105.01log 2=E I =3.25bit 英文字母x 的信息量为 002.01log 2=x I =8.97bit 1—2 某信息源的符号集由A 、B 、C 、D 和E 组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为1/4、l/8、l/8/、3/16和5/16。
试求该信息源符号的平均信息量。
解：平均信息量，即信息源的熵为 ∑=-=n i i i x P x P H 12)(log )(=41log 412-81log 812-81log 812-163log 1632-165log 1652- =2.23bit/符号1—3 设有四个消息A 、BC 、D 分别以概率1/4、1/8、1/8和l/2传送，每一消息的出现是相互独立的，试计算其平均信息量。
解：平均信息量∑=-=n i i i x P x P H 12)(log )(=41log 412-81log 812-81log 812-21log 212- =1.75bit/符号1—4 一个由字母A 、B 、C 、D 组成的字。
对于传输的每一个字母用二进制脉冲编码，00代替A ，01代替B ，10代替C ，11代替D ，每个脉冲宽度为5ms 。
(1)不同的字母是等可能出现时，试计算传输的平均信息速率。
(2)若每个字母出现的可能性分别为P A =l/5，P B =1/4，P C =1/4，P D =3/10试计算传输的平均信息速率。
解：(1)不同的字母是等可能出现，即出现概率均为1／4。
每个字母的平均信息量为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 4142⨯-=2 bit/符号 因为每个脉冲宽度为5ms ，所以每个字母所占用的时间为2×5×10-3=10-2s每秒传送符号数为100符号／秒(2)平均信息量为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=51log 512-41log 412-41log 412-103log 1032-=1.985 bit/符号 平均信息速率为 198.5 比特/秒1—5 国际莫尔斯电码用点和划的序列发送英文字母，划用持续3单位的电流脉冲表示，点用持续1个单位的电流脉冲表示；且划出现的概率是点出现概率的l/3；(1)计算点和划的信息量；(2)计算点和划的平均信息量。
通信原理基础知识：第六章习题解答(1)
(3).若g(t)改为图P6-1(b)，重新回答题(2)所问。
不归零NRZ
归零RZ
6.4 解:(1)双极性码波形的功率谱密度为
Ps ( f ) 4 fB (1 p) G( f ) 2
fB (2 p 1)G(mfB )2 ( f mfB )
m
其功率
S
1
2
ps ()d ps ( f )df
RBmax =nRB，无码间串扰
6-17. 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=1(V)，且接收滤波器输出噪声是均值为0、均方根值为 0.2(V)的高斯噪声，试求这时的误码率Pe。
0
其他
对其进行傅里叶变化可得时域表达式为：
hc t
1 2π
Hc
ωe
jt dt
103
Sa 2
103 πt
从冲激响应函数的图形可知
1 传输函数(c)的冲激响应的尾巴以 t 2 的速度衰减
在实际应用中，传输函数(c)是比较容易实现的
通过以上的综合比较，可知传输函数(c)较优。
6-14 设某基带系统的频率特性 H () 为余弦滚降频谱，传
间串扰传输，则系统的传输特性应该满足：
H
ω
i
H
ω
4π
TB
i
C
0
ω 2π
TB
ω 2π
TB
H 1
4π
-
TB
2π - 0 π 2π
TB TB
TB T B
4π
TB
T 当
ω
2π
B
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数字基带信号及其频谱特性 基带传输常用码型 基带传输系统模型与码间干扰 无码间干扰的基带传输特性 部分响应系统 无码间干扰基带系统的抗噪声性能 眼图
1
6.1 引言
信源
波形 或数据
信宿
信源 信道 脉冲 带通 编码 编码 调制 调制
bn
比特流
bˆn
s (t )
数字基 带信号
数字带 通信号
15
HDB3码
• 有检错能力 • 无直流分量 • 解决了连“0”时位定时信息提取困难 • B码和V码各自保持极性交替变化，以确保无直流分量 • （欧洲系列）A律PCM一、二、三次群接口码型
16
PST码（成对选择三进码）
编码方法：将二进制的代码划分成2个码元为一组
的码组序列，然后再把每一码组编程两个三进制数
r (t )
信源 译码
信道 译码
检测
解调
数字通信系统一般模型
信道
干扰 与噪声
2
数字基带信号产生模型
{bn} 线路 {an} 窄脉冲
编码
生成器
g(t) G() 波形成形 s(t) 滤波器
脉冲调制
an (t nTs )
线路编码：改变输入数字信号的码型，使其适合于信道传输， 如将含直流的单极性转为不含直流的双极性码
波形成形：改变输入信号的 波形，使波形平滑，更适合信道 传输
3
g(t)
bn
t Tb
1 11
an +1 +1 +1
an (t nTs )
01 0 0 1 -1 +1 -1 -1 +1
A
s (t )
-A
4
g(t)
t Tb
bn 1 1 1 0 an +1 +1 +1 -1
RZ
A
(单极性）
0
t
Tb 2Tb 3Tb 4Tb 5Tb 6Tb
•占空比：/Tb
•可直接提取位定时信息，是其它信号提取同步信号需 要的一种过渡码型
9
双极性归零
11 0
RZ
A
(双极性）
1 01
0
t
-A
Tb 2Tb 3Tb 4Tb 5Tb 6Tb
• 占空比：/Tb
• 相邻脉冲间必有零电位区域存在。因此，接收端容易识 别出每个码元的起止时刻，使收发双方保持正确的位同步。
AMI
01
-1
0
1
00
-1
二进制数据 0
1
1
0100
1
信号 波形
Tb
2Tb 3Tb 4Tb 5Tb 6Tb 7Tb
13
传号交替反转码（AMI）
• 有检测错误的能力：传号交替反转的规则 • 无直流分量，低频分量较小 • 将其经过全波整流变为单极性归0码，就可以提取位定时 信息。 • 当出现长零时，提取位定时信息困难，解决办法是采用 HDB3码。 • （北美系列）PCM一、二、三次群接口码型
14
HDB3码（三阶高密度双极性码）
AMI码改进型，保持AMI码的优点克服其缺点 编码规则：
• 检查消息码中连“0”的个数； • 连“0”数目超过3时，定义为B00V， • V与前一个相邻的非“0”脉冲的极性相同，且要
求相邻V码极性交替。 • 当不满足上述条件时，用B调节； • V码后面的传号码极性需交替；
an (t nTs )
cA
s (t )
0 Tb 2Tb 3Tb 4Tb 5Tb 6Tb
基带传输的两个 问题： •传输码型的选择 •基带脉冲的选择
t
5
6.2 数字基带信号及常用码型
传输码（线路码）型的设计原则
能从其相应的基带信号中获取定时信息 相应的基带信号无直流成分和只有很小的低频成分； 不受信息源统计特性的影响； 功率谱主瓣宽度窄，节省传输带宽； 具有内在的检错能力； 编译码简单，降低通信延时和成本；
基带脉冲的选择—所选码型电波形的选择
（为方便起见，下面在介绍常用的码形时脉冲的波形我们都采用方波表 示。当然，脉冲的波形可以是方波，升余弦、三角波等。）
6
单极性不归零
1 1 01 01
NRZ
A
(单极性）
0
t
Tb 2Tb 3Tb 4Tb 5Tb 6Tb
–有丰富的低频乃至直流分量，不适应交流耦合的远距离传输，仅
10
差分码
NRZ(M)：传号差分，1——相邻码元电平极性改变；
0——相邻码元电平极性不改变
1 1 01 01
NRZ(M)
A
(单极性）
0
t
Tb 2Tb 3Tb 4Tb 5Tb 6Tb
NRZ(S)：空号差分，1——相邻码元电平极性不改变；
NRZ(S) (单极性）
0——相邻码元电平极性改变
A1
1
01 01
1——正负脉冲表示（10） 或 0——正负脉冲表示（10） 0——负正脉冲表示（01） 1——负正脉冲表示（01）
曼彻斯特码 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0
二进制数据
1
1
1
01
0
信号波形
Tb
2Tb
3Tb 4Tb
5Tb 6Tb
18
• 仅有两个电平； • 无直流，正负电平各占一半； • 有位定时信息，每个码元中心均存在电平跳变； • 00 11是禁用码组，这样就不会出现3个或更多的连 码，因此，可实现宏观检错。这个优点是用频带加倍 来换取的； • 需要的带宽要宽些； • 常用于本地局域网中；
字。
原代码 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0
原代码 00 01
+模式 -+ 0+
-模式 -+ 0-
0 +-++- -0 +0+- -+ 0 --++- +0 -0+- -+
10
+0
-0
11
+-
+-
·足够的定时分量； ·无直流成分； ·需提供分组信息，
建立帧同步；
17
双相码（曼彻斯特码）
1 1 01 01
NRZ
A
(双极性）
0
t
Tb 2Tb 3Tb 4Tb 5Tb 6Tb
-A
无直流（PO=P1） 可在不需要接地的电缆中传输 判决电平0，最佳判决门限 出现长“0”或长“1”时，不能提取位定时信息 CCITT的V系列接口标准或RS-232接口标准
8
单极性归零
1 1 0 1 0 1
适用于计算机内部或近距传输
–出现长“0”或长“1”时，电平固定不变，不能提取位定时信息
–每个“1”和“0”相互独立，无错误检测能力
–单极性码传输时需要信道一端接地，不能用两根芯线均不接地的 电缆传输
–接收单极性码，判决电平A/2，信道衰减，不存在最佳判决电平
–易于用TTL、CMOS电路产生
7
双极性不归零
0 Tb 2Tb 3Tb 4Tb 5Tb 6Tb
t
11
多元码
•多个二进制符号对应一个脉冲码元波形
•与二元码传输相比，在波特率相同（带宽相同）的情况下， 多元码的比特率是二元码的log2M倍。
11
+3A
10 10 +A
01
-A
01 01
-3A
00
4电平波形
12
传号交替反转码（AMI）
1——交替的用+1，-1的归零码表示 0——用0电平表示