通信原理第六章资料
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(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
通信原理第六章 数字信号的频带传输
通信原理ICommunication Theory安建伟北京科技大学通信工程系第六章 数字信号的频带传输6.1 引言 6.2 二进制数字信号正弦型载波调制 6.3 四相移相键控 6.4 M进制数字调制 6.5 恒包络连续相位调制第6章数字信号的频带传输6.1 引言1.数字信号的正弦型载波调制数字信号 d(t) 调制 频带信号 带通信道s ( t ) = A c o s ( 2 π ft + ϕ ) = F ( d ( t ))用数字基带信号去控制正弦型载波的某参量： ¾ 控制载波的幅度，称为振幅键控(ASK)； ¾ 控制载波的频率，称为频率键控(FSK)； ¾ 控制载波的相位，称为相位键控(PSK)。
3北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输2. 数字信号的分类 （1）二进制及M进制(M>2)； （2）按是否满足叠加原理分类： 线性调制及非线性调制； （3）按已调符号约束关系分类 无记忆调制及有记忆调制。
4北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输6.2 二进制数字信号的正弦载波调制1. 二进制通断键控（OOK或2ASK） 2. 二进制移频键控（2FSK） 3. 二进制移相键控（2PSK或BPSK） 4. 2PSK的载波同步 5. 差分移相键控（DPSK）5北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输 (OOK) 6.2.1 二进制通断键控二进制通断键控(OOK： On-Off Keying) 又名二进制振幅键(2ASK)，它是以单极性 不归零码序列来控制正弦载波的导通与关 闭。
即正弦载波的幅度随数字基带信号而 变化。
6北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输1. OOK信号的产生a) 模拟法n = −∞∑+∞a nδ ( t − nTb )b (t ) =a n = 0 或1脉冲成形 滤波器 冲激响应 g T ( t )n = −∞∑+∞a n g T ( t − nTb )sO O K (t ) A cos(2π f c t )b) 键控法载波 cosωct开关电路1 0KSOOK(t)b(t)7北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输¾时域表示b( t ) =n = −∞∑a∞ngT ( t − nTb )其中b(t)为单极性矩形不归零脉冲序列。
通信原理第六章
《通信原理课件》
《通信原理课件》
图6-29 相位选择法产生4PSK信号
《通信原理课件》
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图6-30 B方式4PSK信号相干解调原理框图
《通信原理课件》
《通信原理课件》
2、多进制的相对移相(MDPSK)
以四进制相对相移信号4DPSK为例进行讨论。
《通信原理课件》
a b c d e f
图6-11 2FSK信号的过零检测法
《通信原理课件》
6.2.3 二进制相移键控（2PSK）和 二进制差分移相键控（2DPSK）
相移键控是利用载波相位的变化来传递 数字信息，通常可以分为绝对相移键控 （2PSK）和相对相移键控（2DPSK）两 种方式，下面分别讨论。
波）和相干解调，分别如图6-9和图6-10 所示，其原理和2ASK解调时相同，只是这 里使用两套电路。
《通信原理课件》
图6-9 2FSK包络检波方框图
《通信原理课件》
图6-10 2FSK相干解调方框图
《通信原理课件》
2FSK另外一种常用而简便的解调方法是过零 检波解调法，其解调原理框图及各点时间波形如 图6-11（a）和（b）所示。其基本原理是：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。在 图6-11中，输入信号经过限幅后产生矩形波，经 微分、整流、脉冲波形成形后得到与频率变化相 关的矩形脉冲波，再经低通滤波器滤除高次谐波， 便恢复出与原数字信号对应的数字基带信号。
（a）模拟调频法
（b）键控法
图6-7 2FSK信号的产生
《通信原理课件》
3、2FSK信号的功率谱及带宽
《通信原理课件》
通信原理讲义-第六章 数字信号的载波传输1二进制调制
数字信号的调制可以看成特殊调制信号 的模拟调制，类似模拟调制的情况，数 字调制也是用调制信号调制载波的三个 参数：振幅、频率、相位。 相应地称为：幅度键控、频率键控、相 位键控。
6.1 二进制数字调制
二进制数字调制是指调制信号为二进制 基带信号，这种调制信号仅有两种电平， 表示为“1”和“0”： 二进制数字调制又分为： 二进制幅度键控 二进制频率键控 二进制相位键控
数字基 带信号 二进制幅度键控s2ASK(t)
载波Acoswct
二进制幅度键控解调（非相干）
带通 滤波器
1 0.5 0 -0.5 -1 0 1 0.5 0 -0.5 -1 0 1 0.5 0 -0.5 -1 0 100 200 300 400 500 600 100 200 300 400 500 600 100 200 300 400 500 600
1 A1 0 0 0 1 ……
由调频理论，调制后信号的瞬时频率 w(t)=w0+KFMf(t) 而对单极性二元基带信号只有两种电平： f(t)=0或1， 故：w1= w0+KFM w2= w0。
二进制频率键控调制后的时域波形
1
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
二进制差分相位键控的调制方法
二元单 极性码 输入 相对码 差分编码 二进制差分相位 键控DPSK输出
Acos(wct)
载波发生器
差分编码原理：
后一位与新生成的前一位码做模2和得到新生成的码
绝对码：1 0 0 1 0 1 1 0 相对码：1 1 1 0 0 1 0 0
二进制差分相位键控的解调（相干）
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。
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第6章 模拟信号的数字传输
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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
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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；
通信原理第六章 答案
通信原理辅导及习题解析（第六版）第6章数字基带传输系统本章知识结构及内容小结[本章知识结构]图6－1 第6章知识结构框图[知识要点与考点]1．数字基带信号（1）数字基带信号波形基本的数字基带信号波形有单、双极性不归零波形，单、双极性归零波形、差分波形与多电平波形。
（2）数字基带信号的数学表达式 ①()()nsn s t a g t nT ∞=-∞=-∑式中，()s t 为单极性时，n a 取0或＋1；()s t 为双极性时，n a 取＋1或－1。
()g t 可取矩形 ②()()nn s t s t ∞=-∞=∑（3）数字基带信号的功率谱密度[]212212()(1)()()()(1)()()s s s s s s m P f f P P G f G f f PG mf P G mf f mf δ∞=-∞=--++--∑① 二进制数字基带信号的功率谱密度可能包含连续谱与离散谱。
其中，连续谱总是存在，根据连续谱确定信号带宽；在双极性等概信号时，离散谱不存在，根据离散谱确定直流分量与定时分量； ② 二进制不归零基带信号的带宽为s f （1/s s f T =）；二进制归零基带信号的带宽为1/τ。
2．常用传输码型常用传输码型有三电平码（AMI 码、HDB3码）与二电平码（双相码、差分双相码、密勒码、CMI 码、块编码）。
其中，AMI 码与HDB3码需要重点掌握。
（1）AMI 码将消息码的“1”(传号)交替地变换为“+1”和“－1”，而“0”(空号)保持不变。
（2）HDB3码 ① 编码规则：当连0数目不超过3个时，同AMI 码；连0数目超过3时，将每4个连“0”化作一小节，定义为B00V ；V 与前一个相邻的非0脉冲极性相同，相邻的V 码之间极性交替。
V 的取值为+1或-1；B 的取值可选0、+1或-1；V 码后面的传号码极性也要交替。
② 译码规则：寻找破坏脉冲V 码，即寻找两个相邻的同极性码，后一个码为V 码；V 码与其之前的3个码一起为4个连0码；将所有-1变成+1后便得到原消息代码。
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6.1 数字基带传输概述
数字基带信号——消息代码的电波形 来自数据终端的原始数据信号，如计算机输出的二进制序列，或 者是来自模拟信号经数字化处理后的数字信号， 这些信号往往包 含丰富的低频分量，甚至直流分量，因而称之为数字基带信号
数字基带传输 在某些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，可直接传输数字基带信号
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，
信道 允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道， 如市话电缆、架 空明线等
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6.1 数字基带传输概述
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
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数字基带信号一般用二进制随机序列表示
在实际中g1(t)、g2(t) 可以是任意脉冲 图示为二进制随机脉冲序列波形（样本函数），其中选g1(t)是
方波，g 3Ts) g1(t＋ 2Ts) g2(t＋Ts)
g (t) g1 (t)
g2(t－ 2Ts)
－E
(e)
差分波形
＋3E 0 0
00
＋E 0 1 －E －3E
01
10
11
11
01
多电平波形
(f) 8
6.2.2 数字基带信号频谱特性
数字基带信号的数学表示式 若二进制基带信号中各码元波形相同而取值不同，则可 用下式表示
st angt nTs
n
式中an是第n个信息符号,对应电平值（0、 1或-1、1）Ts 为码元间隔，g(t)为某种标准脉冲波形
数字基带传输系统的基本组成 由信道信号形成器、信道、接收滤波器、抽样判决器以及同 步设备组成
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6.1 数字基带传输概述
n(t)
数字 基带信号
信道信号 形成器
信道
GT( )
C( )
接收 滤波器
抽样 判决器
GR( )
同步 提取
数字基带传输系统框图
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6.1 数字基带传输概述
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6.2.1 数字基带信号
常见的基带信号波形
＋E 1 0 1 0 0
0
单极性不归零波形
(a)
11
10 1 0 0 1 1 ＋E
－E
(d) 双极性归零波形
10 10 ＋E
－E
双极性不归零波形
(b)
11
＋E 1 0 1 0 0
0
单极性归零波形
(c) 2020/9/25
11
10 1 0 0 1 1 ＋E
m
功率谱是冲击强度取决|Cm|2的离散线谱 根据离散谱可以确定随机序列是否包含直流分量（m=0）
和定时分量(m=1)
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6.2.2 数字基带信号频谱特性
交变波的功率谱密度
Pu( f ) fs p1 pG1 f G2 f 2
功率谱是连续谱 与g1(t), g2(t)的频谱及其概率p有关
数字频带传输 大多数信道，如各种无线信道和光信道， 都是带通型的，数字基 带信号必须经过载波调制才能在信道中传输
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6.1 数字基带传输概述
数字基带传输系统的研究意义 数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题 任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基带传输系 统来研究 近程数据通信系统广泛采用了数字基带传输方式
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6.2.2 数字基带信号频谱特性
数字基带信号的数学表示式 若令g1(t)表示“0”，g2(t)表示“1”，则二进制基带信号 第n个码元为
sn
(t)
an
g
t
nTs
g1t
g2
t
nTs nTs
"0" "1"
二进制随机序列表达式
st sn t
n
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6.2.2 数字基带信号频谱特性
st sn t
n
sn
t
g1(t g2 (t
nTs ) nTs )
以概率p出现 以概率1－p出现
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6.2.2 数字基带信号频谱特性
数字基带信号的频域分析
——为了使频域分析的物理概念清楚，推导过程简化，把随机序列 s(t)分解成稳态波v(t)和交变波u(t)
稳态波
将每个码元内出现g1(t)、 g2(t)的概率加权平均
g2(t－Ts)
(a)
－Ts O Ts
t
2
2
v(t)
(b)2020/9/25
－T －T O T T
11
t
6.2.2 数字基带信号频谱特性
数字基带信号一般用二进制随机序列表示 设二进制随机脉冲序列中任一码元时间Ts内，g1(t)和g2(t)出现 的概率分别为P和1-P，且认为它们的出现是统计独立的，则数 字基带信号可表示为
g2(t－ 2Ts)
g2(t－Ts)
(a)
－Ts O Ts
t
2
2
v(t)
(b)
(c)
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－Ts －Ts O Ts Ts
2
2
u(t)
O
t
t
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6.2.2 数字基带信号频谱特性
稳态波的功率谱密度
Pv ( f ) Cm 2 ( f mf s )
m
2
fspG1(mfs ) (1 p)G2(mfs ) ( f mfs )
抽样判决器 在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲 控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生 基带信号
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6.2 数字基带信号及其频谱特性
数字基带信号 消息代码的电波形，即用不同的电平或脉冲来表示相应 的消息代码
数字基带信号的类型 矩形脉冲、三角波、高斯脉冲、升余弦脉冲 最常用的是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换
第六章 数字基带传输系统
数字基带传输概述 数字基带信号及其频谱特性
常用数字基带信号 数字基带信号的表示 数字基带信号的功率谱 基带传输的常用码型 AMI码 HDB3码 PST码 双相码 密勒码 基带脉冲传输与码间干扰 无码间干扰的基带传输特性 基带传输系统的抗噪性能
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vt pg1t nTs (1 p)g2(t nTs )
n
交变波
ut s(t) v(t)
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6.2.2 数字基带信号频谱特性
二进制随机序列时域分解的一个实现
g2(t＋ 4Ts) g1(t＋ 3Ts) g1(t＋ 2Ts) g2(t＋Ts)
g (t) g1 (t)