新版通信原理第6章
数据通信原理第6章
码型的频域特性 抗噪声能力 提取位定时信息 简单二元码 1B2B码 AMI码 HDB3码 2B1Q码
2. 二元码
每个码元上传送一位二进制信息
3. 三元码
4. 多元码
每个码元上传送一位多进制信息
28
2.简单二元码的功率谱
花瓣形状：主瓣，旁瓣 主瓣带宽：信号的近似带宽-----谱零点带宽
数字信息--------------->码型---------->数字信息
5
数字基带信号的码型设计原则
⑴ 码型应不含有直流，且低频成分小，尽量减少高频分量以节约 频率资源减少串音；
(2)码型中应含有定时信息，便于提取定时信息；
(3)码型变换设备要简单； (4)编码应具有一定的检错能力； (5)编码方案应对信息类型没有任何限制； (6)低误码率繁殖；
H ( ) GT ( )C( )GR ( )
假定输入基带信号的基本脉冲为单位冲击δ(t)，这样发送 滤波器的输入信号可以表示为
d (t )
k
a (t kT )
k b
图 6 – 6 基带传输系统简化图
38
其中ak 是第k个码元，对于二进制数字信号，ak 的取值为0、 1(单极性信号)或-1、+1(双极性信号)。
(7) 高的编码效率；
6
7
8
1.单极性非归零（NRZ）码 单极性：1---高电平；0---0电平，码元持续期间电平不变 非归零：NRZ (nor-return to zero) 有直流且有固定0电平，多用于终端设备或近距离传输 （线路板内或线路板间）；
特点：发送能量大，有利于提高收端信噪比；信道上占 用频带窄；有直流分量，导致信号失真；不能直接提取 位同步信息；判决门限不能稳定在最佳电平上，抗噪声 性能差；需一端接地。
《通信原理》_樊昌信_曹丽娜_编著第六版课件_1-14全
1.1通信的基本概念
通信原理
第1章绪论
通信的目的：传递消息中所包含的信息。 消息：是物质或精神状态的一种反映，例如 语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像 等。 信息：是消息中包含的有效内容。 实现通信的方式和手段：
非电的：如旌旗、消息树、烽火台… 电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、 因特网和计算机通信等。
满足上述3条件的关系式如下：
1 P(x)
IlogalogaP(x)－信息量的定义
第1章绪论
IlogalogaP(x)
1 P(x)
上式中对数的底： 若a=2，信息量的单位称为比特(bit)，可简记为b 若a=e，信息量的单位称为奈特(nat)， 若a=10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley)。 通常广泛使用的单位为比特，这时有
接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电 信号。 受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如 扬声器等。
第1章绪论
1.2.2模拟通信系统模型和数字通信系统模型
模拟信号和数字信号
tt
图1-2模拟信号
模拟信号：代表消息的信号参量取值连续，例如麦克 风输出电压：
(a)话音信号(b)抽样信号
第1章绪论
【例1】一离散信源由―0‖，―1‖，―2‖，―3‖四个符 号组成，它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8， 且每个符号的出现都是独立的。试求某消息 2010201302130 01203210100321010023102002010312032100120210的 信息量。 【解】此消息中，―0‖出现23次，―1‖出现14次，―2‖ 出现13次，―3‖出现7次，共有57个符号，故该消息的
《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)第六章
《通信原理》习题参考答案第六章6-1. 设发送数字信息为011011100010，试分别画出OOK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形示意图。
解：6-4. 假设在某2DPSK 系统中，载波频率为2400Hz ，码元速率为1200B ，已知相对码序列为1100010111：（1）试画出2DPSK 信号波形（注：相位偏移ϕ∆可自行假设）； （2）若采用差分相干解调法接收该信号时，试画出解调系统的各点波形； （3）若发送信息符号0和1的概率分别为0.6和0.4，试求2DPSK 信号的功率谱密度。
解：（1）载波频率为码元速率的2倍0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 OOK 2FSK 2PSK2DPSK 2DPSK 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1（2）相干解调系统的原理框图如下：1 1 0 0 0 1 0 1 1 1abcdef（3） )]2400()2400([41)]()([41-++=-++=f P f P f f P f f P P s s c s c s E ，其中：∑+∞∞---++--=)()(])1([)()()1(2212221s s ss s mf f mf G a P Paf f G a a P P f P δ∑+∞∞--+=)()(04.0)1(196.022s s s mf f m Sa f f Sa f δππ)(04.0)()1200/(sin 115222f f f δππ+= ∴⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=2222)2400()2400(1200sin )2400()2400(1200sin 2.29f f f f P E ππ )]2400()2400([01.0-+++f f δδ6-5. 设载频为1800Hz ，码元速率为1200B ，发送数字信息为011010： （1） 若相位偏差︒=∆0ϕ代表“0”、︒=∆180ϕ代表“1”，试画出这时的2DPSK 信号波形； （2） 又若︒=∆270ϕ代表“0”、︒=∆90ϕ代表“1”，则这时的2DPSK 信号的波形又如何？（注：在画以上波形时，幅度可自行假设。
通信原理与技术第6 章模拟信号的数字化
第6 章模拟信号的数字化本章教学要求：1、掌握低通型抽样定理、PCM 基本工作原理。
掌握均匀量化原理、非均匀量化原理（A 律13折线）和编码理论。
2、理解时分复用和多路数字电话系统原理。
3、了解PCM 抗噪声性能、DM 和DPCM 系统原理。
§6.1 引言一、什么是模拟信号数字化？就是把模拟信号变换为数字信号的过程，即模数转化。
这是本章欲解决的中心问题。
二、为什么要进行模数转换？由于数字通信的诸多优点，数字通信系统日臻完善。
致使许多模拟信源的信号也想搭乘数字通信的快车；先将模拟信号转化为数字信号，借数字通信方式（基带或频带传输系统）得到高效可靠的传输，然后再变回模拟信号。
三、怎样进行数字化？就目前通信中使用最多的模数转换方法—脉冲编码调制（PCM）为典型，它包含三大步骤：1.抽样（§2 和§3）；2.量化（§4）；3.编码（§5）1.抽样：每隔一个相等的时间间隙，采集连续信号的一个样值。
2.量化：将量值连续分布的样值，归并到有限个取值范围内。
3.编码：用二进制数字代码，表达这有限个值域（量化区）。
2、解调3、抽样定理从频谱图清楚地看到，能用低通滤波器完整地分割出一个F（ω）的关键条件是ωs≥2ωm，或f s≥2f m。
这里2f m 是基带信号最大频率，2f m 叫做奈奎斯特抽样频率。
抽样定理告诉我们，只要抽样频率不小于2f m，从理想抽样序列就可无失真地恢复原信号。
二、带通抽样带通信号的带宽B=f H-f L，且B<<f H，抽样频率f s 应满足f s=2B(1+K/N)=2f H/N 式中，K=f H/B-N，N 为不超过f H/B 的最大整数。
由于0≤K<1，所以f s在2B～4B 之间。
当f H >> B 即N >>1 时f S =2B。
当f S > 2B(1+R/N) 时可能出现频谱混叠现象（这一点是与基带信号不同的）例：f H= 5MHz，f L = 4MHz，f S =2MHz 或3MHz 时，求M S(f)§6.3 脉冲幅度调制（PAM）理想抽样采用的单位冲击序列，实际中是不存在的，实际抽样时采用的是具有一定脉宽和有限高度的窄脉冲序列来近似。
通信原理第6章 模拟信号的数字传输
可见：量化电平增加一倍，即编码位数每增加一位， 量化信噪比提高6分贝。
2020/1/25
第6章 模拟信号的数字传输
11
6.1.2 量化
对于正弦信号，大信号出现概率大，故量化信噪比近
似为
Sq Nq
dB
6k
2
(dB）
对于语音信号，小信号出现概率大，故量化信噪比近 似为
取样定理描述：一个频带限制在 0 ~ f H内的连续信
号
m(t ) ，如果取样速率
fs
2
f
，则可以由离散样值
H
序列ms (t)无失真地重建原模拟信号 m(t) 。
取样定理证明：
ms (t) m(t) Ts (t)
M s ( f ) M ( f ) Ts ( f )
Ts ( f )
第６章 模拟信号的数字传输
1、数字通信有许多优点:
抗干扰能力强，远距离传输时可消除噪声积累 差错可控，利用信道编码可使误码率降低。 易于和各种数字终端接口中； 易于集成化，使通信设备小型化和微型化 易于加密处理等。
2、实际中有待传输的许多信号是模拟信号
语音信号； 图像信号； 温度、压力等传感器的输出信号。
于前一个时刻的值上升一个台阶；每收到一个代码 “0”就下降一个台阶。 编码和译码器
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第6章 模拟信号的数字传输
25
6.2.2 △Ｍ系统中的噪声
采用△Ｍ实现模拟信号数字传输的系统称为△Ｍ系统
△Ｍ系统中引起输出与输入不同的主要原因是：量化 误差和数字通信系统误码引起的误码噪声。
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第6章 模拟信号的数字传输
通信原理第六章题库总合
填空题1. PSK是用码元载波的(相位)来传输信息，DSP是用前后码元载波的（相位差）来传输信息，它可克服PSK的相位模糊缺点。
2.采用相干解调方式时，相同误码率条件下，2ASK,2FSK,2PSK系统所需信噪比数量关系为（2ASK>2FSK>2PSK）3.MSK信号时包络恒定，（相位连接），（带宽最小）并且严格正交的2FSK信号。
4二进制调制中，载波的幅度，频率或相位有（2）种变化，，相应的调制方式有（2ASK,2FSK,2PSK/2DPSK）5对正弦载波的振幅，频率或相位进行键控，便可获得（振幅键控）（频移键控）（相位键控）三种基本的数字调制方式。
6在误码率Pe相同的条件下，对信噪比r的要求：2ASK比2FSK高（3）dB,2FSK 比2PSK高（3）dB,2ASK比2PSK高（6）dB。
7 如果理想MPSK数字调制传输系统的带宽为12KHz,则该系统无码间串扰最大信息传输速率为（12㏒2Mkb/s）8模拟调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是（连续变化的），而键控法产生的2FSK信号的相位在相邻码元之间（不一定连续）9. 2ASK信号中的调制信号s(t)是（单极性）非归零数字基带信号，而在2PSK 中的调制信号s(t)是（双极性）非归零数字基带信号。
10数字带通传输系统的最高频带利用率是（1）Baud/Hz,8PSK的系统的信息传输速率为1500b/s,其无码间干扰传输的最小带宽为（500）Hz.11 二进制数字调戏系统，当码元速率相同时，（2FSK）系统带宽最宽，抗噪声性能方面，（OOK）最差。
12对于2DSK、2ASK、2FSK通信系统，按可靠性好坏，排列次序为（2DPSK、2ASK、2FSK），按有效性好坏，排列次序为（2DPSK（2ASK）、2FSK）13在2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK通信系统中，可靠性最好的是（2PSK），有效性最好的是（2ASK、2PSK）14设信息速率为2.048Mbit/s,则2DPSK信号带宽为（4.096Mbit/s,），QPSK信号的带宽为（2.048Mbit/s,）。
通信原理-第六版-课后答案
思考题第一章1-2 数字通信有那些特点答：第一，数字传输抗干扰能力强，尤其在中继时，数字信号可以再生而消除噪声的积累；第二，传输差错可以控制，从而改善了传输质量；第三，便于使用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理；第四，数字信息易于做高保密性的加密处理；第五，数字通信可以综合传递各种消息，使通信系统功能增强。
1-3 按消息的物理特征，通信系统如何分类？答：根据消息的特征不同，通信系统可以分为：第一：电报通信系统；第二：电话通信系统；第三：数据通信系统；第四：图像通信系统。
1-4 按调制方式，通信系统如何分类？答：按调制方式，通信系统可以分为：基带传输和频带传输。
1-5 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：按传输信号的特征，通信系统可以分为：模拟通信系统和数字通信系统。
1-6 按传送信号的复用方式，通信系统如何分类？答：按传送信号的复用方式，通信系统可以分为：频分复用，时分复用和码分复用。
1-7 通信方式是如何确定的？答：通信方式是根据消息的传送方向与时间关系确定的。
1-8 通信系统的主要性能指标是什么？答：通信系统的主要性能指标是：传输速率和差错率。
1-9 什么是误码率？什么是误信率？它们之间的关系如何？答：所谓误码率，是指错误接收的码元数在传送总码元数中所占的比例，或者更确切起的说，误码率即是码元在传输系统中被传错的概率。
所谓误信率，又称误比特率，是指错误接收的信息量在传送信息总量中所占的比例，或者更确切地说，它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。
二者之间的关系：它们都是表示差错率的。
1-10什么是码元速率？什么是信息速率? 它们之间的关系如何？答：码元速率是指每秒钟传送码元的数目，单位为“波特“，常用符号“B”表示。
信息速率是指每秒钟传递的信息量，单位是比特/秒。
二者之间的关系：在二进制下，二者在数值上相等，只是单位不同；在N进制下，设信息速率为Rb(bit/s),码元速率为Rbn(B),则有：Rb=Rbn*log2N(bit/s)1-12 什么是信源符号的信息量？什么是离散信源的信息熵？答：信源符号的信息量是它出现的概率P(x)的函数。
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；
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带通 滤波器
解调原理是直接
比较前后码元的相
位差，从而恢复发 送的二进制数字信 息。由于解调的同
DP SK信 号 a
时完成了码反变换
b
作用， 故解调器中
不需要码反变换器。
由于差分相干解调
c
方式不需要专门的
相干载波，因此是
d
一种非相干解调方 二 进 制 信 息
法。
e
a 延 迟Ts
0
相乘器 c b (a)
定时 脉冲
(a)
e2ASK (t)
带通 滤波器
相乘器
低通 滤波器
cos ct
(b)
抽样 输出 判决器
定时 脉冲
例题
设某OOK信号的码元速率RB 4.8 106B ，采用
包络检波法或同步检测法解调。已知接收端输入信号的幅度
a 1mV, 信道中的加性高斯白噪声的单边功率谱密度 n0 210 5 W / Hz, 试计算：
e2ASK (t)
带通 滤波器
相乘器
低通 滤波器
抽样 输出 判决器
cos ct
定时 脉冲
(b) 相干解调
二进制振幅键控信号解调器原理框图
2ASK信号非相干解调过程的时间波形
11 00 1
0 00
101
a
b c d
1、2FSK的波形
ak
1 011001
a
s(t)
t
b
s(t)
t
c
t
d
t
e
t
f
t
② 然后再进行绝对调相， 从而产生二进制差分 相位键控信号。
2、2DPSK调制方式
双 极 性不 归
s(t)
零 码 型 变换
乘 法 器 2e2DPSKP(St)K
cos ct (a)
cos ct 18 0°移 相
开 关 电路
0°
2eD2PSPKS(t)K
码型变s(换t)
(b) S(t)
差分相干解调 (相位 比较法)
a e2FSK (t)
b 限幅
c 微分
整流
d
脉 冲形 e 成
f 低通
输出
(a)
a
b
c d e
1
Ts A
O －A
1）2PSK时间波形
0
0
1
t
2）2PSK信号的调制方法
二进制移相键控信号的调制原理图如图 所示。 其中图(a)是 采用模拟调制的方法产生2PSK信号，图(b)是采用数字键控 的方法产生2PSK信号。
开 关 电路
乘 法 器 e2ASK (t) s(t)
cos ct
e2ASK (t)
cos ct (a) 模拟相乘法
s(t) (b) 数字键控法
二进制振幅键控信号调制器原理框图
3、解调方法
e2ASK (t)
带通 a 滤波器
全波 b 整流器
低通 c 滤波器
抽样 d 判决器 输出
定时 脉冲
(a) 非相干解调
e2PSK (t)
带通 a 滤波器
相乘器 c
cos ct b
低通 d 滤波器
抽样 e 判决器 输出
定 时 脉冲
当恢复的相干载波产生180°倒相时，解调出的 数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是 相反，解调器输出数字基带信号全部出错。这 种现象通常称为“倒π”现象。
2PSK信号相干解调各点时间波形
《通信原理》
主讲人：于秀兰
第6章 数字信号的载波传输
《通信原理》
主讲人于秀兰
6.2 二进制数字调制原理
1、2ASK波形
1
0
1
1
0
0
1
s(t)
t
Tsb
载 波 信号 t
2A SK信 号 t
2、2ASK信号的产生方法
二进制振幅键控信号的产生方法（调制方法）有两种： ① 一般的模拟幅度调制方法； ② 键控方法，其产生键控信号（OOK，On-off keying）。
（1）包络检波法解调时系统的误码率；
（2）同步检测法解调时系统的误码率；
e2FSK (t) e2FSK (t)
带 通 滤波 器
1
包络 检波器
定 时 脉冲
抽样 判决器
输出
带 通 滤 波 器
包络 检波器
(a)
带 通 滤波 器
1
相乘器
cos 1t
cos 2t
带 通 滤波 器
相乘器
(b)
(a) 非相干解调;
低通 滤波器
定 时 脉冲
抽样
输
判决器
低通 滤波器
(b) 相干解调
（1）非相干解调性能 (包络检波)
发 送端
信道
sT(t) ni(t)
(a)
带 通 滤波 器
1
相乘器
cos 1t
cos 2t
带 通 滤波 器
相乘器
(b)
(a) 非相干解调;
低通 滤波器
定 时 脉冲
抽样
输
判决器
低通 滤波器
(b) 相干解调
2FSK非相干解调过程的时间波形
11 00 1
000 1 0 1
2FSK信 号
（c）过零检测法
基本原理：二 进制移频键控 信号的过零点 数随载波频率 不同而异，通 过检测过零点 数从而得到频 率的变化。
g 2FSK信 号
t
2、2FSK信号的产生
1)模拟相乘法
st
e2FSK t
模拟调频器
2)数字键控法
cos ω1t cos ω2t
e2FSK t st
e2FSK (t) e2FSK (t)
3、2FSK的解调
带 通 滤波 器
1
包络 检波器
定 时 脉冲
抽样 判决器
输出
带 通 滤 波 器
包络 检波器
双 极 性不 归
（as）(t)模拟码调型制变 换 零
乘法器
（b）键控调制
cos ct (a)
e2PSK (t)
cos ct 18 0°移 相
开 关 电路 0°
e2PSK (t)
s(t) (b)
3）2PSK信号的解调原理图
2PSK信号的解调通常都是采用相干解调。在相干解调 过程中需要用到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波。
01 0
低通 d 滤波器
抽样 e 判决器
定 时 脉冲
110
《通信原理》
主讲人：于秀兰
6.3 二进制数字调制系统的 抗噪声性能
对于 2ASK 信号，通常可以采用包络检波（非相干）或 同步检波（相干）。如图所示。
e2ASK (t)
带通 a 滤波器
全波 b 整流器
低通 c 滤波器
抽样 d 判决器 输出
1
1
1 00
10 0
a
b
c d
e
当恢复的相干载 波产生180°倒相 时，解调出的数 字基带信号将与 发送的数字基带 信号正好是相反， 解调器输出数字 基带信号全部出 错。 这种现象通常称 为“倒π”现象。
则一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的载
波相位关系如下所示:
二进制数字信息：
11010 0 1110
2DPSK信号相位： （0）π 0 0 π π π 0 π 0 0
（π）0 π π 0 0 0 π 0 ππ
1、2DPSK信号波形
绝 对码 11 1 001 00
相 对码 载波 DP SK信 号
2DPSK的实现可以采用：
① 首先对二进制数字基 带信号进行差分编码， 将绝对码表示二进制 信息变换为用相对码 表示二进制信息。