第7章_数字带通传输系统分析
通信原理思考题及作业解答
思考题作业题解答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：衡量数字通信系统有效性的性能指标有：码元传输速率R B 、信息传输速率R b 、频带利用率η。
衡量数字通信系统可靠性的性能指标有：误码率P e 和误信（比特）率P b 。
1–12 何谓码元速率和信息速率？它们之间的关系如何？答：码元速率R B 是指单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud ，B ）。
信息速率R b 是指单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒（b/s 或bps ）。
码元速率和信息速率的关系： 或 其中 M 为M 进制（M ＝2 k ，k = 1, 2, 3, …）。
1–13 何谓误码率和误信率？它们之间的关系如何？答：误码率P e 是指错误接收的码元数在传输总码元数中所占的比例。
误信率P b 是指错误接收的比特数在传输总比特数中所占的比例。
在二进制中有：P e ＝P b 。
第1章 绪论（ 习题 ）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 ＝1/5，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) 平均每个字母携带的信息量，即熵为2（比特/符号）每个字母（符号）为两个脉冲，其宽度为2×5 ms ＝10－2（s ）则平均信息速率为：2（比特/符号）／10－2（秒/符号）＝200（b/s ）(2) 平均信息量为985.1310log 1034log 4125log 51)(222=⨯+⨯⨯+⨯=x H （比特/符号） 平均信息速率为：H (x )／10－2＝1.985／10－2＝198.5（b/s ）1–7 设一数字传输系统传送二进制码元的速率为2400 B ，试求该系统的信息速率。
数字带通传输系统
PE(f)1 4fsP(1P)[G |(ffc)|2|G(ffc)|2]
1 4fs2(1P)2|G(0)|2[(ffc)(ffc)]
当P＝1/2时
PE(f)116fs[G | (f fc)|2|G(f fc)|2]
116fs2|G(0)|2[(f fc)(f fc)]
➢ 根据矩形波形g(t)的特点，对于所有的m≠0的整数，有
P e ( f o ) 1 4 [ P s 1 ( f f 1 ) P s 1 ( f f 1 ) 1 4 ] [ P s 2 ( f f 2 ) P s 2 ( f f 2 )
Peo ( f )
1 4
fsP(1 P)[|G( f
f1) |2
| G( f
f1) |2]
1 4
fsP(1 P)[|G( f
由时域表达式可知，2FSK信号波形可看作两个2ASK信号 波形的合成。下图是相位连续的2FSK信号波形。
2FSK信号频谱分析
➢ 分析方法：把二进制频率键控信号看成是两个振幅键控信 号相叠加的结果。
s1(t) ang(tnsT )
n
s2(t) ang(tnsT)
➢则
n
S F( S t) K e o ( t) s 1 ( t) co 1 t s 2 s ( t) co 2 t s
11f6 s2|G (0)|2[(ff1)(ff1)(ff2)(ff2)]
➢ g(t)是矩形脉冲
|
G(f)|Ts
|
sinfTs | fTs
G(0)=Ts
Peo
(f
)Ts [|sin(f f1)Ts 16s (f f1)Ts
G(mfs)=0
P s ( f) f s P ( 1 P ) |G ( f) |2 f s 2 ( 1 P ) 2 |G ( 0 ) |2( f)
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。
习题答案(第六版)
兰州交通大学《通信原理》精品课程第一章绪论本章主要内容：（1）通信系统的模型与基本概念（2）通信技术的现状与发展（3）信息的度量（4）通信系统的主要性能指标本章重点：1．通信系统的一般模型与数字通信系统模型2．离散信源的信息量、熵的计算3．数字通信系统的主要性能指标：码元传输速率与信息传输速率以及它们的关系、误码率与误信率本章练习题：1-1.已知英文字母e出现的概率为，x出现的概念为，试求e和x的信息量。
查看参考答案o1-2．某信源符号集由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14，18，1 8，316和516。
试求该信息源符号的平均信息量。
查看参考答案o1-3.设有4个符号，其中前3个符号的出现概率分别为14，18，18，且各符号的出现是相对独立的。
试计算该符号集的平均信息量。
查看参考答案o1-4．一个由字母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103,41,41,51====D C B A P P P P试计算传输的平均信息速率。
查看参考答案o1-5．国际摩尔斯电码用“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13。
(1)计算“点”和“划”的信息量； (2)计算“点”和“划”的平均信息量。
查看参考答案o1-6．设一信息源的输出由128个不同的符号组成，其中16个出现的概率为132，其余112个出现概率为1224。
信息源每秒发出1000个符号，且每个符号彼此独立。
试计算该信息源的平均信息速率。
查看参考答案o1-7．设一数字传输系统传送二进制码元的速率为2400B，试求该系统的信息速率；若该系统改为传送16进制信号码元，码元速率不变，则这时的系统信息速率为多少(设各码元独立等概率出现)查看参考答案o1-8．若题1―2中信息源以1000B速率传送信息。
通信原理第7章教案和习题
与双极性不归零码相似，所不同的也只是脉冲的宽度
小于码元间隔。
特点：带宽比双极性不归零码的带宽要宽；直流分
2018年10月
西南交通大学电气工程学院
13
7.2 数字基带信号的码型和波形
总 结： 单极性：脉冲幅度为+A或0。 双极性：脉冲幅度为+A或-A。
1 0 A
0 A 0 -A
接收端：收到相对码bn后，可由bn恢复绝对码an。 根据式(7-3-1)可得
an bn bn1
2018年10月 西南交通大学电气工程学院 18
7.2 数字基带信号的码型和波形
极性交替码（AMI码）
它用无脉冲表示“0”，而“1”则交替地用正、负 极性的脉冲(可以为归零，也可以为不归零)表示。
2018年10月 西南交通大学电气工程学院 5
7.1 数字基带系统的构成
取样判决和码元再生
取样判决器的功能是在规定的时刻(由位定时脉冲控 制)对接收滤波器输出的信号进行取样，然后根据预 选确定的判决规则对取样值进行判决，确定发端发 的是“1”码还是“0”码。由于信号的失真及噪声 的影响，判决器会发生错判，如发端发送的是“1” 码，而判决器判决出“0”码，这种现象称为误码。
差分码的示意图。
2018年10月
西南交通大学电气工程学院
17
7.2 数字基带信号的码型和波形
波形特点： 观察图7.3.5中差分码相邻码元的变化情况及它与信息 码之间的关系，显然差分码相邻码元有变化表示信息 “1”，相邻两码元不发生变化表示信息“0”。
由于信息携带于差分码的相对变化上，所以差分码也 称为相对码，与此对应，原数字信息就称为绝对码。
2018年10月 西南交通大学电气工程学院 7
最新通信原理第六版(樊昌信)第7章 数字带通传输系统教学教材
通信原理第7章数字带通传输系统●概述⏹ 数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程。
⏹ 数字带通传输系统：通常把包括调制和解调过程的数字传输系统。
⏹数字调制技术有两种方法：◆ 利用模拟调制的方法去实现数字式调制； ◆ 通过开关键控载波，通常称为键控法。
◆ 基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控⏹数字调制可分为二进制调制和多进制调制。
●7.1 二进制数字调制原理⏹7.1.1 二进制振幅键控(2ASK ）◆基本原理：☐“ 通- 断键控(OOK)” 信号表达式☐波形振幅键控 频移键控 相移键控⎩⎨⎧-=”时发送“以概率，”时发送“以概率0P 101P t,Acos )(c OOK ωt e 11()s t 载波2ASK◆2ASK 信号的一般表达式其中T s － 码元持续时间；g (t ) － 持续时间为T s 的基带脉冲波形，通常假设是高度为1 ，宽度等于T s 的矩形脉冲； a n － 第N 个符号的电平取值，若取则相应的2ASK 信号就是OOK 信号。
◆2ASK 信号产生方法➢模拟调制法（相乘器法）➢键控法◆2ASK 信号解调方法☐☐ 相干解调( 同步检测法)()tt s t e c ωcos )(2ASK =∑-=ns n nT t ga t s )()(⎩⎨⎧-=PP a n 1,0,1概率为概率为))开关电路2e 2e☐非相干解调过程的时间波形◆功率谱密度2ASK 信号可以表示成式中 s (t ) －二进制单极性随机矩形脉冲序列 设：P s (f ) － s (t ) 的功率谱密度 P 2ASK (f ) － 2ASK 信号的功率谱密度 则由上式可得由上式可见，2ASK 信号的功率谱是基带信号功率谱P s (f ) 的线性搬移（属线性调制）。
知道了P s (f ) 即可确定P 2ASK (f ) 。
由6.1.2节知，单极性的随机脉冲序列功率谱的一般表达式为式中 f s = 1/T s G (f ) － 单个基带信号码元g (t )的频谱函数。
樊昌信《通信原理》(第7版)配套题库【章节题库7-9章】【圣才出品】
【答案】2Pe（1－Pe） 【解析】码反变换器的功能是将相对码变为绝对码。只有当码反变换器的两个相邻输入 码元中，有一个且仅有一个码元出错时，其输出码元才会出错。设码反变换器输入信号的误 码率是 Pe，则两个码元中前面码元出错且后面码元不错的概率是 Pe（1－Pe），后面码元出 错而前面码元不错的概率也是 Pe（1－Pe）。所以，输出码元发生错码的误码率为 2Pe（1－ Pe）。
7．先将矩形基带信号采用滚降系数为 0.5 的滚降滤波器滤波，然后采用 8PSK 调制方
式实现无码间干扰传输。若传输速率为 30kb／s，需要占用的信道带宽为______。
【答案】15kHz
【解析】对滚降系数α＝0.5，8PSK 无码间干扰传输，传输速率为 30kb／s 的信号，
其需要占用的信道带宽为 B = (1+a )Rb = (1+ 0.5)30 = 15kHz 。
2ASK
在相干解调下的误码率为
Pe
=
1 2
骣
erfc
琪 琪
桫
r 4
；
( ) 2PSK
在相干解调下的误码率为
Pe
=
1 2
erfc
r；
2FSK
在相干解调下误码率为
Pe
=
1 2
骣
erfc
琪 琪
桫
r 2
；
故采用相干解调方式时，抗加性高斯白噪声性能从优到劣的排列顺序是：2PSK、
2DPSK、2FSK、2ASK。
2．相同传码率条件下，下面四种方式中，（ ）的频带利用率最低。
(完整版)通信原理——第七章
获得振幅键控、频移键控和相移键控三种基本的数字调制方式。
1
0
1
1
0
1
1
0
1
t
t
t
(a) 振幅键控 （ASK）
(b) 频移键控
(FSK) 正弦载波的三种键控波形
(c) 相移键控
(PSK)
绝对相移键控PSK 相对相移键控DPSK
7.1 二进制数字调制原理
7.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
1
0
0
1
s(t)
课件
第7章
数字带通传输
通信原理（第7版） 樊昌信 曹丽娜 编著
本章内容:
第7章 数字调制
7.1 二进制数字调制原理 2ASK 2FSK 2PSK/2DPSK
7.2 二进制数字调制系统的抗噪声性能
7.3 二进制数字调制系统的性能比较
7.4 多进制数字调制原理（了解）
7.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能（×）
➢ 数字调制：用数字信号控制载波某个参数的过程 ➢ 用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号 。 ➢ 数字带通传输系统（或 数字频带传输系统）：包括调制和解调过程的数
字传输系统 ➢ 调制的作用：
将信号频谱搬移至最佳频段 多路复用，高效利用信道 提高传输质量
数字调制方式：用数字基带信号改变 正弦型载波 的 幅度、频率 或 相
1. 2ASK基本原理
Ts
t
振幅键控是利用载波的幅度变化来
载波
t
传递数字信息，而其频率和初始相
位保持不变。
2ASK
t
2ASK信号的一般表达式可以写为
e2ASK (t) s(t) cosct 单极性
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BS=2fs=2Rs
② 基带信号为升余弦滚降信号
基带信号带宽有限宽
2ASK信号带宽有限宽
1
BB 2T
Bs 2BB
Bs
1
T
图7-3 升余弦滚降基带信号的2ASK信号功率谱
(a)基带信号功率谱； (b) 已调信号功率谱
13
3. 2ASK信号Ts )cosct
OOK信号的表达式为：
调制信号为：
sOOK(t) an Acosct
an
1, an 0,
出现概率为 P 出现概率为1 P
9
OOK信号波形：
一般地，调制信号具有一定波形，可表示为：
B(t) an g(t nTs )
n
所以，2ASK信号为：sASK (t) an g(t nTs )cosct
2ASK信号的带宽 ？基带信号带宽？基带信号的形式
① 基带信号为矩形波 基带信号的理论带宽无限宽 NRZ码，基带信号的近似带宽 ： 功率谱的第一个过零点带宽，谱零点带宽，主瓣带 宽 BB=fs=Rs （fs：位定时的频率） OOK信号的理论带宽无限宽 OOK信号的近似带宽： 功率谱的 第一对 过零点带宽，谱零点带宽；主瓣带 宽
以哪种传输方式为主？
由信道类型确定
低通型信道--数字信号的基带传输
带通型信道--数字信号的调制传输
4
2．数字调制 数字调制目的与本质
载波：连续的正（余）弦信号 调制信号：数字基带信号
数字调制完成基带信号功率谱的搬移
数字调制的过程
模拟调制的过程，载波参数连续变化 数字调制的过程，载波参数离散变化
调制，modulation 键控，shift keying
5
3．模拟调制和数字调制方式对照
模拟调制 幅度调制(AM) 频率调制(FM) 相位调制(PM)
数字调制 幅度键控(ASK) 频移键控(FSK) 相移键控(PSK)
振幅键控
频移键控
相移键控
6
调制解调的主要功能
频谱搬移,实现基带信号搬移到相应的频段
实现可以分为两步:首先进行基带信号调制,然后上变频到所需的频 段
抗干扰性
主要体现通信系统的质量指标,即可靠性 调制信号具有较小的功率谱占有率 要求:功率谱主瓣占有尽可能多的信号能量,具有快速滚降特性,带
外衰落大,旁瓣小
频谱有效性
主要体现通信系统的数量指标,即有效性 频带利用率:bit/s/Hz
18
7.1.2 二进制移频键控（2FSK：frequency shift keying
二进制频移键控 （2FSK）
1、信号波形
频移键控（FSK）调制， 是用数字信号来控制高频 载波的频率变化，调制后 的载波信号频率代表了要 传递的数字信号。从图中 可以看出，基带信号为高 电平，对应的FSK信号是一
2
那么为什么一定要在带通型信道中传输 数字信号呢？
主要原因是带通型信道比低通型信道带宽 大得多，可以采用频分复用技术传输多路信号； 另外，若要利用无线电信道，必须把低频信号 “变”成高频信号。
3
引言
1.数字信号的分类和传输方式
数字信号
数字调制信号
数字基带信号
传输方式
数字信号的基带传输
数字信号的调制传输
n
cosct
开关电路
e2 ASK (t)
模拟调制法（相乘器法）
s(t)
键控法
1
0
0
1
st
Ts
t
载波 t
2ASK
t
14
4. 2ASK信号解调方法
非相干解调(包络检波法)
(a)原理框图；(b)各点波形图
15
相干解调(同步检测法) ：稳定，有利于位定时的提取。
(a)原理框图；(b)各点波形图 2ASK信号早期用于无线电报，由于抗噪声性能差现在已较少使用，但 2ASK信号是其它数字调制的基础。
16
前面内容回顾
我们在前面讲过，为什么要进行频带传输，再归纳一下： 1、现有通信网主要为传输模拟信号设计的，所以不能直接传输 数字基带信号。 2、不能直接传输的原因：
（1）现有信道为带通型，主要用来传输模拟话音频带0.3-3.4kHz，对于含 有直流分量和低频分量的数字基带信号在现有网络上传输时波形会严重失真。 （2）数字基带信号抗干扰能力不强，传输可靠性不高。 （3）基带信号频带很宽，信道利用率不高，不能和模拟通信兼容。
3、需要解决的问题 数字信号在模拟信道中传输-----调制
4、调制的目的，（1）满足信道的需要，（2）多路复用。
17
前面内容回顾
为什么说频带传输的是模拟信号？
例如：在传真机中，我们利用2FSK调制，在主呼端用 1170±100Hz表示“1”和“0”。在信道上传输的不是1、0码， 而是1170±100Hz 的模拟正弦波信号。在从呼端用2125±100Hz 表示“1”和“0”码。
第7章 数字带通传输系统
1
引言
前面我们已经学习了数字信号的基带传输，知道 数字基带信号具有丰富的低频成分，只适合在低通型 信道中传输（比如双绞线），但是在通信系统中实际 使用的信道多为带通型，例如各个频段的无线信道、 限定频率范围的同轴电缆等。为了使数字信号能在带 通信道中传输，必须采用数字调制方式。搬到频谱较 高的信道上进行传输。这就是我们今天要学习的数字 信号的带通（频带）传输。
调制（Modulation），用基带信号去控制正弦波的参数的过 程，基带信号称为调制信号（ Modulating Signal），被调制的 正弦波称为载波（Carrier）。
解调，在接收端，接收设备要将原来的基带信号从已调信号 中恢复，这一过程称为解调（Demodulation）。在双工通信中， 调制和解调合在一起，称为调制解调器（Modem）。
n
可见，2ASK为双边带调幅信号。
10
2. 功率谱密度
设调制信号功率谱为 PB(，)则2ASK信号功率谱为：
PASK ()
1 4
PB
(
c
)
PB (
c
)
图7-2 OOK信号的功率谱 (a)基带信号功率谱； (b) 已调信号功率谱
11
分析
功率谱是基带信号功率谱的线性搬移 频带宽度是基带信号的两倍
7
数字调制方式的分类
8
7.1 二进制数字调制
二进制是数字调制最简单的情况，它改变载波的幅 度、频率、相位只有两种状态。
7.1 二进制幅度键控（ASK：amplitude shift keying ） 1. 2ASK信号时域表达式 2ASK信号，其幅度按调制信号取0或1有两种取值，
最简单的形式为通断键控（OOK）。