通信原理韩庆文第四章基带传输(3)
电子科技大学通信原理(李晓峰版)课件第4章_数字基带传输.
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注意：数字信号的 PSD 取决于 脉冲形状 幅度随机序列的统计特性
为了分析方便，可把数字基带信号的形成分为两步： 1、线路编码 2、波形形成
bn
二元符 号序列
M元符 号序列
gT t
线路编码
an
波形形成
st
an gT t nTS
an t nTS
Rs 1/ Ts symbol / s （或 baud ）、（或 Bd ）
（2）比特率（Bit rate）：每秒传送的比特数目
Rb kRs Rs log2 M (bps)
单位: bits/s b/s bps
Ts kTb 与
Rs Rb / K
M 2k
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。
2 a
E
an2
ma2
则
Ps
(
f
)
2 a
Ts
GT
(
f
)
2
ma2 Ts2
k
k
GT
Ts
2
f
k Ts
( 4.2.2 )
证明：
Ra (k) E anank
2 a
ma2
ma2
k 0 k 0
( 4.2.4 )
于是，
将式 (4.2.6) 代入式 (4.2.1) 可得式 (4.2.2)
Ps
(
f
)
1 Ts
GT ( f ) 2 Pa ( f )
( 4.2.1 )
通信原理韩庆文第四章基带传输(3)_图文
噪声
数字通信原理
基带系统总的误码率
Pe P 1 P 0 /1 P 0 P 1/ 0
P1
Vd
f1 x dx P 0
Vd
f0 x dx
误码率与P(1)，P(0)、A、Vd和σn2有关
在P(1)、P(0)、A和σn2一定条件下，可以找到一 个使误码率最小的判决门限电平，这个门限电平
t
A nR t ,发送“1”
A
nR
t
，发送“0”
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噪声
数字通信原理
发“1”时
发“0”时
f1 x
1
2 n
exp
x A2
2 n2
f0 x
1
2 n
exp
x A2
2 n2
素直接影响的随机波形。
从概率论的观点来说，只要掌握接收波形的统计 资料，就可以利用统计判决的方法来获得满意的 接收效果
带噪声数字信号的接收，实际上是一个统计接收 过程，或者说信号接收过程是一个统计判决过程 数字接收信号需要用统计特性来描述
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数字接收信号的统计表示
数字通信原理
数字通信系统的统计模型 消息空间的统计特性 信号空间统计特性 噪声空间统计特性 观察空间统计特性 判决空间 结论
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噪声空间统计特性
数字通信原理
信道特性是加性高斯噪声信道，噪声空间n是加性 高斯噪声。
噪声n在各时刻的可能取值
若噪声是高斯白噪声，则它在任意两个时刻上得 到的样值都是互不相关的，同时也是统计独立的 若噪声是带限高斯型的，按抽样定理对其抽样， 则它在抽样时刻上的样值也是互不相关的，同时 也是统计独立的。 其k维联合概率密度函数等于其k个一维概率密度 函数的乘积，即
通信原理第5节-第4章通信原理PPT课件
信噪比的概念
信噪比（Signal-to-Noise Ratio，简称SNR）是指信号功率与 噪声功率的比值，用于衡量通信系统传输质量的重要参数。
信噪比的计算
信噪比通常以分贝（dB）为单位进行计算，其计算公式为 SNR(dB) = 10 * log10(Psignal/Pnoise)，其中 Psignal为信号 功率，Pnoise为噪声功率。
而实现信号传输。
调频与调相
调频特点
调频具有抗干扰能力强、抗多径干扰能力强等优点，常用于长距离、高速数据传输和无线广播等领域 。
调相特点
调相具有解调简单、易于实现等优点，但抗干扰能力较弱，常用于短距离、低速数据传输等领域。
04 数字调制技术
二进制调制原理
1 2
2FSK（二进制频移键控） 通过改变载波的频率来表示二进制信息。
通信原理第5节-第4章通信原理 ppt课件
目录
• 通信系统概述 • 信号与信道 • 模拟调制技术 • 数字调制技术 • 信噪比与误码率
01 通信系统概述
通信系统的基本组成
发送设备
将信源产生的信息转换为适合 传输的信号，如调制器、编码 器等。
接收设备
将传输中的信号转换为原始信 息，如解调器、解码器等。
衰减
信号在传输过程中的幅度 减小。
干扰
信道中存在的噪声和其他 干扰信号，影响信号传输 质量。
03 模拟调制技术
调制的概念与分类
调制概念
调制是将低频信号（基带信号） 附加到高频载波上，以便传输的
过程。
调制分类
调制可以分为模拟调制和数字调制 两大类，模拟调制是指将连续变化 的模拟信号转换为载波信号的过程。
误码率的影响
误码率过高会导致数据传输质量下降，影响通信系统的性能。在通信系
文元美现代通信原理课件第4章__数字信号的基带传输
2020/4/13
通信原理
数字信号的基带传输
5.
2020/4/13
通信原理
数字信号的基带传输
6. 交替极性码(AMI)
2020/4/13
通信原理
数字信号的基带传输
7. 三阶高密度双极性码(HDB3) 当信码序列中加入破坏脉冲以后，信码B和破坏脉冲V的正 负必须满足如下两个条件：
2020/4/13
T
T
2020/4/13
通信原理
数字信号的基带传输
数字基带信号的一般数学表达式
设二进制的随机脉冲序列如图 （a）所示。 其中，假设g1(t) 表示“0”码，g2(t) 表示“1”码。g1(t)和g2(t)在实 际中可以是任意的脉冲，但为了便于在图上区分，这里我们把g1(t) 画成宽度为Ts的方波，把g2(t)画成宽度为Ts的三角波。
(b)
(c)
图 4 - 5 CMI编/
2020/4/1(3a)CMI码编码器电路； (b通) C信M原理I码译码器电路； (c) 各点波形
数字信号的基带传输
3. 单片HDB3编译码器 近年来出现的HDB3编码器采用了CMOS型大规模集成电 路CD22103， 该器件可同时实现HDB3编、译码，误码检测及 AIS码检出等功能。主要特点有：
抽样判 恢复后的
决
数字基带信号
噪声
位同步提取
2020/4/13
通信原理
数字信号的基带传输
4.1 数字基带信号
4.1.1 数字基带信号的常用码型
传输码型的选择，主要考虑以下几点： (1) 码型中低频、 高频分量尽量少； (2) 码型中应包含定时信息， 以便定时提取； (3) 码型变换设备要简单可靠； (4) 码型具有一定检错能力，若传输码型有一定的规律性， 则就20可20/4根/13 据这一规律性来检测通传信原输理质量，
通信原理课件第四章
s
n
(t nT ) 相乘的过程，即抽样信号
s
ms(t) m(t) δTs (t)
（4.2）
《通信原理课件》
一、低通信号的抽样定理
抽样定理指出：一个频带限制在（0， f H ）内的时间连续 的模拟信号 m (t)，如果抽样频率 f ≥ 2 f ，则可以通过低通滤波
1 Hz 。而理想 τ
抽样频谱的包络线为一条直线，带宽为无穷大。 如上所述，脉冲宽度τ越大，自然抽样信号的第一过零点带宽越 小，这有利于信号的传输。但增大τ会导致时分复用的路数减小，显 然考虑τ的大小时，要兼顾带宽和复用路数这两个互相矛盾的要求。
《通信原理课件》
二、平顶抽样
平顶抽样又称为瞬时抽样，从波形上看，它与自然抽样的不同之 处在于抽样信号中的脉冲均具有相同的形状——顶部平坦的矩形 脉冲，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样值。在实际应用中，平顶抽 样信号采用脉冲形成电路（也称为“抽样保持电路”）来实现， 得到顶部平坦的矩形脉冲。 平顶抽样PAM信号在原理上可以看作由理想抽样和脉冲形成电 路产生。
《通信原理课件》
[例4.2.1]
设输入抽样器的信号为门函数 G t ，宽度 10ms ，若忽略第一零 点以外的频率分量，计算奈奎斯特抽样速率。 解：门函数的频谱为
ωτ Gω τ Sa 2
（4.5）
则第一零点的频率
B 1 Hz τ
（4.6）
忽略第一零点以外的频率分量，则门函数的最高频率（截止频 率） f H 为 100 Hz 。由抽样定理可知，奈奎斯特抽样速率为
f H n 1B kB ，由式（4.7）可得带通信号的最低抽样频率
f s( min ) 2 fH k 2 B1 n 1 n 1
通信原理樊昌信课后答案
第一章绪论第二章确定信号和随机信号分析第三章信道第四章模拟信号调制已知线性调制信号表示式为(1)COE C tecs C2) (1+0- Szin Q t)丈佔d t武中，•试分别画岀它们的液形图和频谙厦K解（1） fi （/）= cos Zcos 波形如图 4.1（a ）所示频谱为百（劲=—{灿5@ 一 G ）+ 3（（D + Q ）]*TT [5（G ? -A ?C ） + 3（o ）+CD C ）J =-+7Q ）+S （Q} 4- 5Q ）+3[a}- 7Q ）+3（Q } - 5Q ）]2频诸图如图4.1（b ）所示。
图 4.1 _（2）f2（t ）=（l+0.5sin Z ） cos 叫Z 的波形如图 4.2（a ）所示 F 2［（D ）=龙国少一少C ） + 3（0 + Q ?C ）］+I r・ —［3（Q }~ G ）+ 3（o?+G ）］*?r ［5（Q?_%）+3（a? +Q?c ）］ > 2兀［j =7r ［5（a? — 6G ）+ S ［Q } + 6G ）］+乎［3（（D +7Q ）-8{Q } - 7Q ）-5 仙+5Q ）+3［o ）- 5Q ）］ 频谱如图4.2筛4-2已知调制信号加G 丿二cos （2000兀t ）+cos （4000兀f ）载波为coslO 4我1进行单 边带调制，试确定该单边带信号的表示式，并画出频谱图。
（b ）f!©频谱图解因为应（e）=cos （2000 左e）+cos （4000 X t）对朋（t）进行希尔伯特变换得m（f） = sin（2000 劝+ sin（如00 戒）故上边带言号为Sg⑴=扌处)cose/-*做>smco p?=^cos(12000xrf) + ycos(14000^) 下边带信号为$*/)■= i w(/) cos cD r#+i m(t >sin 屮=cos(8000n/)+icos(6000 d )频谙如圉4.3所示知（“）4-3将调幅波通过滤波器产生残留边带信号，若此谑波器的传输函数M “）如燮 4.4所示（斜线段为直线）。
通信原理——基带数字信号的表示与传输
u (t ) =
n = −∞
∑u
∞
n
(t )
g1 (t − nTs ) − Pg1 (t − nTs ) − (1 − P ) g 2 (t − nTs ) = (1 − P)[ g (t − nT ) − g (t − nT )], 以概率P 1 s 2 s un (t ) = g 2 (t − nTs ) − Pg1 (t − nTs ) − (1 − P) g 2 (t − nTs ) = − P[ g1 (t − nTs ) − g 2 (t − nTs )], 以概率(1 − P) 或写成 u n (t ) = a n [ g1 (t − nTs ) − g 2 (t − nTs )] 其中
2
总的功率谱由v(t)的功率谱和 的功率谱和u(t)的功率谱相加 总的功率谱由 的功率谱和 的功率谱相加
Ps ( f ) = f s P (1 − P ) G1 ( f ) − G2 ( f ) +
2
fs
2
m =−∞
∑
∞
PG1 (mf s ) + (1 − P )G2 (mf s ) ⋅ δ ( f − mf s )
n n =− N n 1 s 2 s
N
N
其傅立叶变换为
U T (ω ) =
n =− N
∑
N
N
∞
an
−∞
[ g1 (t − nTs ) − g 2 (t − nTs )] e− jωt dt ∫
=
n =− N
∑
G1 (ω )e − jω nTs − G2 (ω )e − jω nTs an
v n (t ) = [Pg1 (t − nTs ) + (1 − P ) g 2 (t − nTs )]
《通信原理》课后习题答案及每章总结(樊昌信,国防工业出版社,第五版)第四章
《通信原理》习题参考答案第四章4-1. 已知线性调制信号表示式如下：(1) t t c ωcos cos Ω(2) ()t t c ωcos sin 5.01Ω+式中，ωc ＝6Ω。
试分别画出它们的波形图和频谱图。
解：(1)t Ωcos 和t c ωcos 的波形分别如下：t c ωcos 的频谱为：()()[]c c ωωδωωδπ-++ ∴t t c ωcos cos Ω的频谱为：()()[]()()[]{}c c ωωδωωδπωδωδππ-++*Ω-+Ω+21()()()()[]c c c c ωωδωωδωωδωωδπ-Ω-+-Ω+++Ω-++Ω+=2()()()()[]c Ω-+Ω-+Ω++Ω+=75572ωδωδωδωδπ(2) ()t Ω+sin 5.01和t c ωcos 的波形分别如下：两波形相乘可得到如下波形：()t t t t t c c c ωωωcos sin 5.0cos cos sin 5.01Ω+=Ω+ ∵t c ωcos 的频谱为：()()[]c c ωωδωωδπ-++t Ωsin 的频谱为：()()[]Ω--Ω+ωδωδπj∴()t t c ωcos sin 5.01Ω+的频谱如下：()()[]()()[]()()[]{}c c c c j ωωδωωδπωδωδππωωδωωδπ-++*Ω--Ω++-++215.0()()[]()()()()[]{}c c c c c c jωωδωωδωωδωωδπωωδωωδπ-Ω---Ω+++Ω--+Ω++-++=4 ()()[]()()()()[]{}Ω--Ω-+Ω+-Ω++Ω-+Ω+=7557466ωδωδωδωδπωδωδπj频谱图如下：4-3. 已知调制信号()()()t t t m ππ4000cos 2000cos +=载波为t π410cos ，进行单边带调制，试确定该单边带信号的表达式，并画出频谱图。
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噪声
数字通信原理
噪声的平均功率
n
2
1 2
2 n0 2 GR d
nR(t)也是均值为0,方差为σn2的高斯噪声， 且它的瞬时值的统计特性为：
V2 1 f V exp 2 2 2 n n
双极性基带信号 一个码元持续时间内 抽样判决器输出端的波形
1” A nR t , 发送“ x t A nR t ，发送“0”
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噪声
数字通信原理
发“1”时 发“0”时
x A2 1 f1 x exp 2 2 n 2 n
x A2 1 f0 x exp 2 2 n 2 n
f0 x
f1 x
－A P(0/1)
0V A P(1/0)
d
在-A到+A之间 选择一个适当 的电平Vd作为 判决门限
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噪声
数字通信原理
判决情况：
对“1”码 对“0”码
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误码
误码
数字通信原理
由于信道加性噪声引起的误码的概率，简 称误码率 研究：抽样判决时刻的错误概率 判决电路输入端的噪声——信道加性噪声 通过接收滤波器的输出噪声
信道加性噪声——平稳高斯白噪声 均值为0、双边功率谱密度为n0/2 接收滤波器是一个线性网络 判决电路输入噪声nR(t)也是均值为0的平稳高斯噪声，且 它的功率谱密度
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举例（单极性信号）
数字通信原理
单极性信号, 电平取值为+A（对应“1”码）或0（ 对应“0”码）
2 P 0 A n V ln 2 A P 1 d
P 1 P 0 1/ 2
1 Pe 1 e rf 2
Vd
1 2
A 1 A e rfc 2 2 2 2 2 n n
CCEE
第四章 基带传输
数字通信原理
主要内容
数字通信原理
4.1
概 述
4.2 基带信号及其频谱特性
4.3 基带信号的传输与码间干扰
4.4 基带传输中码间干扰的消除 4.5 传输系统中的噪声 4.6 基带信号的最佳接收 4.7 基带系统的最佳化 4.8 基带系统的均衡
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4.5 传输系统中的噪声
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噪声
数字通信原理
设判决电路的判决门限Vd，判决规则为：
x(kTS)>Vd，判为“1”码 x(kTS)<Vd，判为“0”码
噪声的影响
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噪声的影响
数字通信原理
信号 波形
A 0 -A
0
1
0
1
1
0 判决门限电平
抽样脉冲
A
叠加 干扰
判决门限电平
0 -A
0 0 0 1 1 1
数字通信原理
无码间串扰，无噪声，可以保证无差错传输 讨论：无码间串扰的条件下，噪声对基带信 号传输的影响
计算噪声引起的误码率
抗噪声性能分析模型
n(t) GR(ω)
接收 滤波器
s(t) nR(t)
取样 判决器
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抗噪声性能分析模型
数字通信原理
n(t)
GR(ω)
接收 滤波器
s(t) 2 1 1 exp dx e rf 2 2 2 2 n 2 n 1
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Vd A 2 n
噪声
数字通信原理
基带系统总的误码率
Pe P 1 P 0 /1 P 0 P 1/ 0 P 1
噪声
数字通信原理
Pe 1/ 2 P 0 /1 1/ 2 P 1/ 0 1 1 e rf 2 A 1 A 2 2 e rfc 2 n n
当发送概率相等，且在最佳门限电平下， 系统的总误码率仅依赖于信号峰值A与噪声 均方根值σn的比值,而与采用什么样的信号 形式无关。 举例比较
Vd
f1 x dx Vd A 2 n
x A 2 1 1 1 exp dx e rf 2 2 2 2 n 2 n
Vd
P 1/ 0 P x Vd f 0 x dx
取样 判决器
二进制基带波形s(t)，叠加噪声nR(t)，接收 滤波器的输出为：
x(t ) s t nR t
s(t)为双极性信号 抽样时刻电平取值+A,-A
1 A nR kTs , 发“” x(kTs ) A nR kTs ,发“0”
1”码（判断正确） x Vd , 判为“ x Vd , 判为“0”码（判断错误） x Vd , 判为“0”码（判断正确） 1”码（判断错误） x Vd , 判为“
Vd
噪声引入的两种误码概率
发“1”判“0” P(0/1) 发“0”判“1” P(1/0)
P 0 /1 P x Vd
Vd
f1 x dx P 0 f 0 x dx
Vd
误码率与P(1)，P(0)、A、Vd和σn2有关 在P(1)、P(0)、A和σn2一定条件下，可以找到一 个使误码率最小的判决门限电平，这个门限电平 称为最佳门限电平。 2 P 0 n dPe V ln d 0 最佳门限电平 2 A P 1 dVd
P 1 P 0 1/ 2
Pe 1/ 2 P 0 /1 1/ 2 P 1/ 0 1 1 e rf 2
V 0
d
A 1 A 2 2 e rfc 2 n n
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