数字基带传输系统
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。
数字基带传输系统的基本结构
数字基带传输系统的基本结构
数字基带传输系统的基本结构包括以下几个部分：
1. 源端编码器：将源数据进行数字化编码，例如将模拟语音信号转换成数字格式。
2. 信道编码器：对源数据进行信道编码，以提高传输的可靠性和抗干扰能力，常用的编码方法包括冗余编码和差错纠正编码。
3. 信道调制器：将经过信道编码的数据进行调制，将数字信号转换为模拟信号，以适应信道传输的要求。
常用的调制方法包括振幅调制、频率调制和相位调制等。
4. 数字-模拟转换器：将调制后的数字信号转换为模拟信号，
以便在信道中传输。
5. 信道：是数字基带传输系统的传输介质，可以是电缆、光纤、无线信道等。
信道会引入噪声和干扰，对传输信号进行衰减和失真。
6. 模拟-数字转换器：将经过信道传输的模拟信号转换为数字
信号，以便进行下一步的处理。
7. 信道解调器：将经过模拟-数字转换器转换后的数字信号进
行解调，还原为调制前的数字信号。
8. 信道译码器：对经过解调的数字信号进行译码，以恢复原始
的信道编码数据。
9. 接收端解码器：对经过信道译码的数据进行解码，将数字信号转换为源数据的原始格式。
总的来说，数字基带传输系统的基本结构是通过源端编码、信道编码、信道调制与模拟-数字转换、信道传输、模拟-数字转换与信道解调、信道译码与接收端解码等步骤，实现源数据的可靠传输。
通信原理-数字基带传输系统
数字基带信号的表示式：表示信息码元的单个脉冲 的波形并非一定是矩形的。
若表示各码元的波形相同而电平取值不同，则 数字基带信号可表示为：
s(t) an g(t nTs ) n
式中，an － 第n个码元所对应的电平值 Ts － 码元持续时间
g(t) －某种脉冲波形
一般情况下，数字基带信号可表示为一随机脉冲序
5
第6章 数字基带传输系统
差分波形：用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码 ， 图中，以电平跳变表示“1”，以电平不变表示“0”。它也称 相对码波形。用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的 影响。
多电平波形：可以提高频带利用率。图中给出了一个四电平 波形2B1Q。
6
第6章 数字基带传输系统
通信原理
第6章 数字基带传输系统
1
第6章 数字基带传输系统
概述
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。
数字基带传输系统 －不经载波调制而直接传输数字基 带信号的系统，常用于传输距离不太远的情况下。
数字带通传输系统 －包括调制和解调过程的传输系统 研究数字基带传输系统的原因：
4
第6章 数字基带传输系统
单极性归零(RZ)波形：信号电压在一个码元终止时刻前总要 回到零电平。通常，归零波形使用半占空码，即占空比为 50%。从单极性RZ波形可以直接提取定时信息 。 与归零波形相对应，上面的单极性波形和双极性波形属 于非归零(NRZ)波形，其占空比等于100％。
双极性归零波形：兼有双极性和归零波形的特点。使得接收 端很容易识别出每个码元的起止时刻，便于同步。
s(t) sn (t) n
式中
sn
(t)
g1(t nTS ) , g（2 t nTS），
数字基带传输系统的基本结构
数字基带传输系统的基本结构数字基带传输系统是一种用于将数字信号传输的通信系统。
其基本结构包括信源、编码器、调制器、信道、解调器和解码器等组成。
本文将逐一介绍这些组成部分的功能和作用。
1. 信源信源是数字基带传输系统的起点，其作用是产生数字信号。
信源可以是各种数字信息，如文字、音频、视频等。
通过信源的输入，数字信号被生成并传输到下一个组成部分。
2. 编码器编码器是将输入的数字信号进行编码的部分。
编码的目的是将数字信号转换为适合传输的形式，并增加抗干扰能力。
编码器可以采用多种编码方式，如霍夫曼编码、差分编码等。
编码后的信号被传输到调制器。
3. 调制器调制器是将编码后的数字信号转换为模拟信号的部分。
在数字基带传输系统中，调制器采用调制技术将数字信号转换为模拟信号。
常用的调制方式有频移键控（FSK）、相移键控（PSK）和振幅键控（ASK）等。
调制后的信号被传输到信道。
4. 信道信道是数字基带传输系统中信号传输的媒介。
信道可以是有线的，如电缆和光纤，也可以是无线的，如无线电波。
在信道中，信号可能会受到各种干扰和噪声的影响，因此需要采取适当的技术来增强信号的可靠性和抗干扰能力。
5. 解调器解调器是将经过信道传输的模拟信号转换为数字信号的部分。
解调器采用解调技术将模拟信号转换为数字信号，并将其传输到解码器。
常见的解调方式包括相干解调和非相干解调等。
6. 解码器解码器是将解调后的数字信号还原为原始信号的部分。
解码器根据编码器的编码规则，对解调后的数字信号进行解码，将其转换为原始的数字信号。
解码后的信号可以用于恢复信源产生的原始信息。
数字基带传输系统的基本结构如上所述。
通过信源产生数字信号，经过编码器、调制器、信道、解调器和解码器等组成部分的处理，最终实现对数字信号的传输和还原。
这种传输系统在现代通信中得到广泛应用，提高了通信的可靠性和效率。
第五章数字基带传输系统
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例 两个时间间隔为一个码元时间Ts的 sinx/x波形相加。
cos t / Ts g (t ) [ ] 2 2 1 4t / Ts 4
2T cos Ts s 2 G ( ) 0
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4)尽可能提高传输码型的传输效率. 5)具有内在的检错能力.
AMI码 Alternate Mark Inversion 0→0 , 1交替变换为+1,-1的归零码,通常脉冲宽度为码 元周期之半. 消息 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 AMI码 +1 0 0 -1 +1 0 0 0 -1 +1 -1 特点: 基带信号正、负脉冲交替，0电位保持不 变 — 无直流成分 二进制符号序列 — 三进制符号序列 （一位）二进制符号 — （一位）三进制符号（1B/1T码 型）
第五章 数字基带传输系统
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
1
数字基带信号 基带传输的常用码型 基带脉冲传输与码间干扰 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
5.1 数字基带信号
数字基带信号波形 在传输距离不远的有线信道, 数字基带信号可 直接传送. 任何数字传输系统均可等效为基带传输系统 组成基带信号的单个码元可以是矩形、升余 弦脉冲、高斯形脉冲、半余弦脉冲等。
Ts
Ts
g ( 0)
26
4
Ts g ( ) 1 2
kTs g( )0 2
k 3,5,
a0
a1
a2
27
数字基带传输系统的基本原理
数字基带传输系统的基本原理数字基带传输系统是一种将数字信号传输到远距离的通信系统。
它的基本原理是将数字信号通过编码和调制技术转换为模拟信号，然后通过传输介质将模拟信号传输到接收端，再经过解调和解码技术将模拟信号还原为数字信号。
数字基带传输系统的基本组成部分包括发送端和接收端。
发送端主要由编码器、调制器和发送器组成，接收端主要由接收器、解调器和解码器组成。
在发送端，首先需要将数字信号进行编码。
编码的作用是将数字信号转换为模拟信号，使其能够通过传输介质传输。
常用的编码技术有非归零编码（NRZ）、归零编码（RZ）和曼彻斯特编码等。
编码后的信号经过调制器进行调制，将其转换为适合传输介质的模拟信号。
调制常用的技术有频移键控（FSK）、相移键控（PSK）和振幅键控（ASK）等。
调制后的模拟信号通过发送器发送到传输介质中。
在接收端，接收器将传输介质中的信号接收下来，并将其进行解调。
解调的作用是将模拟信号转换为数字信号，使其能够被解码器识别和还原。
常用的解调技术有相干解调和非相干解调等。
解调后的信号经过解码器进行解码，将其转换为原始的数字信号。
数字基带传输系统的传输介质有多种选择，常见的有双绞线、同轴电缆和光纤等。
不同的传输介质具有不同的传输特性和传输距离，可以根据具体需求选择适合的传输介质。
数字基带传输系统的优点是传输速率高、抗干扰能力强、传输质量稳定。
数字信号可以进行编码和调制处理，使其能够适应不同的传输介质和环境条件。
同时，数字信号的传输质量可以通过纠错码等技术进行提高，增强了系统的可靠性和稳定性。
然而，数字基带传输系统也存在一些问题和挑战。
首先，数字信号的传输距离受到传输介质的限制，传输距离较远时需要采用中继或光纤等传输增强技术。
其次，数字信号的传输过程容易受到干扰和衰减，需要采取抗干扰和信号补偿等技术进行处理。
此外，数字基带传输系统的设计和调试需要一定的专业知识和技术支持，对于一般用户来说可能较为复杂。
数字通信原理-数字基带传输系统
信道信号 形成器
GT( )
信道 C( )
接收 滤波器
GR( )
同步 提取
抽样 判决器
信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号； 信道是允许基带信号通过的媒质； 接收滤波器是用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰的； 抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。
信道信号形成器
把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种 变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的，其目的是 与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和 抽样判决。
第五章
数字信号基带传输
第一节 数字基带传输系统
数字信号 传输方式
数字基带 传输方式
数字频带 传输方式
数字基带传输
• 数字基带传输：具有低通特性的有线信道中，特别是传输 距离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传输。直接 传输数字基带信号的方式即数字基带传输。
基带脉冲输入
信道
基带脉冲输出
干扰
数字基带传输系统示意图
数字信号频带传输
数字频带传输：大多数带通型信道，如各种无线信道和光纤信道， 数中传 输。包括调制和解调过程的传输方式称为数字频带传输。
基带脉冲输入
调制器
信道
基带脉冲输出
解调器
干扰
数字频带传输系统示意图
数字基带传输系统组成模型
n(t)
数字 基带信号
信道
• 信道是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道。 • 信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，甚至是随
机变化的，信道还会引入噪声。 • 在通信系统的分析中，常常把噪声n(t)等效，集中在信
道中引入。
接收滤波器
• 滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有 利于抽样判决。
数字基带传输系统的基本结构及功能
数字基带传输系统的基本结构及功能数字基带传输系统是一种基于数字信号基带处理的通信系统，广泛应用于短距离通信、数字局域网、多媒体设备等领域。
该系统由以下主要部分组成：1. 信号源编码：首先，需要对原始信号进行编码，将模拟信号转换为数字信号。
常见的方法包括采样、量化和编码等。
2. 基带信号处理：信号源编码后的数字信号需要进行基带信号处理，以适应传输信道的特性。
基带信号处理包括信号调制、滤波、放大等，以提高信号传输的稳定性和可靠性。
3. 信道编码：为了提高传输的可靠性，需要对基带信号进行信道编码，添加冗余信息，以便在接收端进行错误检测和纠正。
常见信道编码方式包括差错控制编码（如CRC）和前向纠错编码（如卷积码、分组码等）。
4. 调制：将基带信号或已编码信号调制为适合传输的形式，如调幅、调频、调相等。
调制的主要目的是将数字信号转换为模拟信号，以便在模拟传输媒体上进行传输。
5. 传输媒体：数字基带传输系统使用的传输媒体包括电缆、光纤、无线电波、卫星等。
传输媒体负责将调制后的信号从发送端传输到接收端。
6. 解调：接收端需要对接收到的信号进行解调，将模拟信号转换为数字信号。
解调的方式与调制方式相对应，如解调调幅、调频、调相等。
7. 信道解码：接收端在解调后需要对信号进行信道解码，以还原原始数据。
信道解码过程与信道编码过程相反，如解码差错控制码和前向纠错码等。
8. 数据判决：在接收到解码后的数据后，需要进行数据判决，以确定数据的准确性。
数据判决通常采用硬判决和软判决两种方式，其中硬判决是根据接收到的信号电压或电流直接判断数据，而软判决则是根据多个样值的统计特性进行判断。
9. 再生：在数据判决后，需要进行信号再生，以消除噪声和信号衰减的影响。
信号再生通常采用线性放大器和线性检波器等技术，以提高信号的稳定性。
10. 同步：为了保证数据的正确传输和接收，需要建立可靠的同步机制。
同步机制包括位同步、字符同步、帧同步等，以确保发送端和接收端的数据传输同步。
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6.1 概述
6.1 概述
1、 数字通信系统基本概念
◆ 数字基带传输是在具有低通特性的有线信道中， 特别是传输距离不太远的情况下，直接传输基带 信号。 ◆ 数字频带传输是将数字基带信号经过载波调 制，把频谱搬移到高频处在带通型信道（如各种 无线信道和光信道）中传输。
◆ 数字基带信号与信道信号间的变换 。（由调 制解调器完成）
3、 数字基带传输系统模型
数字 基带信号
波形 发送 变换器 滤波器
干扰 信道
匹
配均 滤衡 波器 器
抽样 判决器
数字 基带信号
信道信号形成器
同步
提取
数字基带传输系统模型
数字 基带信号
信道信号 形成器
数字基带 信号输入
数字调制
信道
随机噪声 干扰
接收 滤波器
抽样 判决
定时信息 提取
基带信号 输出
数字基带传输系统
信道
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
数字解调
基带信号
恢复输出 抽样判决
随机噪声干扰
定时信息 提取
数字频带传输系统
6.2 数字基带信号的功率谱
研究目的：
观察信号中的频谱成分（如直流分量、定时分量） 确定信号带宽。
分析方法：
根据维纳-辛钦定理； 利用计算机仿真等。
时的一种过渡码型。
（d）双归零码 它兼有双极性和归零波形 的特点
Ts
归零（RZ）：占空比 /Ts <1；
常用半占空波形（ /Ts =50%）
（e）差分码
基特本点码：用型相邻码元电平的跳变或不变来表示信息码元，而与本码元的电平无 关。 传号差分：“1”变， “0”不变； 空号差分：“0”变， “1”不变； 优点：可以消除设备初始状态不确定性的影响， 应用：在相位调制系统中可用于解决载波相位模糊问题。
6.3 数字基带传输的常用码型
1、基本码型
（b）双极性码
优点：无直流分量（等概）、抗扰能力
（a）单极性码
较强。
特点：含直流和低频分量
应用：V.24、RS-232C接口标准和数字
应用：设备内部和数字调制器中。 调制器中。
（c）单归零码
特应基点用本：：可作码从为中其型直他接码提型取提位取定同时步信时号钟，
满足或部分满足以上原则的线路码有很多。
几种常用的线路码
AMI码、 HDB3码 双相码和CMI码 nBmB码、多电平码
（a） AMI码（传号交替反转码）
编码规则：将信码中的“1”交替编成“+1”和“−1”，而“0”保持不 变。例如：
信码： 1 0 0 0 0 1 0 00 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1… AMI码：+1 0 0 0 0 −1 0 00 0 +1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 +1−1…
分析结果：
数字基带信号可表示为
s(t)
∞
ang(t nTs )
n∞
式中，Ts 为码元持续时间；g(t)为某种脉冲波形；an为第n个码元所对应的电平值，例如，对于
双极性基带信号，有
E, 以概率P an E, 以概率(1 P)
由于an 是一个随机量，所以数字基带信号s(t) 通常是一个随机的脉冲序列，
以上基本码型一般用于设备内部和近距离的传输，或用作过渡码型。
2、线路码型
码型变换 主要目的
把信码变换成适合在信道中传输 的码型（简称线路码或传输码）
改变信号的功率谱形状或成分， 以适应基带传输的要求
选码原则
Content Title
无直流分量，且低频分量小； 含有定时信息； 减少频谱高频分量，以节省传输频带； 抗噪声能力强； 编译码简单。
◆ 数字基带信号是从计算机中直接产生的，未 经任何处理的二进制（或多进制）的脉冲序列 信号。
特点：基带信号往往包含丰富的低频分量， 甚至直流分量。
例如：
计算机输出的二进制序列
电传机输出的代码
PCM码组，ΔM序列
2、 数字通信系统信号的重要变换
◆ 消息（离散的或连续的）与数字基带信号间的 变换。 （由发收终端设备完成）
【例】 假设P=1/2（等概），求单、双极性非归零（NRZ）矩形脉冲序列和 单、双极性归零（RZ）矩形脉冲序列的功率谱。
讨论： （1）信号带宽主要取决于单个脉冲的频谱。 若以谱的第1个零点计算，NRZ（ TS）基带信号的带宽为 Bs 1/ fs ； RZ（ TS / 2）基带信号的带宽为BS 1/ 2 fS。其中，fS 1/TS是位定时信号的频率， 在数值上与码元速率 RB相等。 （2）单极性RZ信号中有定时分量（即 分fS 量），可直接提取。 （3）双极性NRZ或RZ信号没有离散谱（等概时），既没有直流分量也没有定时分量
其频谱特性需要用功率谱来描述。
对于二进制的随机脉冲序列s(t)，设： “0”— ，以概率 P出现 “1”— ，以概率（1-P）出现
则s(t)的双边功率谱密度为 ∞ PS ( f ) fSP(1 P) G1( f ) G2 ( f ) 2 + m∞ fS[PG1(mfS) (1 P)G2(mfS)] 2 δ( f mfS)
可见，AMI码的波形是三电平（正、负、零）的半占空归零码波形。
优点： ❖ 无直，且高、低频分量少； ❖ 具有宏观自检能力； ❖ 编译码电路简单。
应用： AMI码是北美电话系统中
时分复用基群的 线路接口码型。
缺点：当信码出现连“0”串时，不利于定时信息的提取。 解决：扰码；采用HDB3码。
（b）HDB3码（3阶高密度双极性码）
编码规则：（结合例子表述）例如： 信码： 1 000 1 1 0 00 0 1 0 00 0 1 1 0 0 0 0 0 00 0 1 1
HDB3码：-1 000+1−1 0 00 V- +1 0 00 V+ −1+1 B-00 V- B+00 V+ −l +1 HDB3码的波形也是三电平的半占空归零码波形，其功率谱如图所示:
式中，fs 1/Ts ；G1( f )和 G2 ( f )分别为 g1(t和) g2(t) 的频谱。
讨论：
（1）功率谱PS( f ) 通常包含连续谱（第1项）和离散谱（第2项）。
（2）连续谱始终存在，频谱的形状取决于 g1(t) 、g2(t)的频谱。 通常，根据连续谱可以确定信号的频带宽度，
（3）离散谱是否存在，取决于g1(t) 和g2(t) 及其出现的概率。 对于双极性信号g1(t) g2(t) g，(t) 且P=1/2（等概）时，没有离散谱。 根据离散谱可以确定信号中是否含有直流分量和定时分量。