第六章 数字信号的频带传输1
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模块六数字信号的频带传输课件
电话网络
在电话网络中，采用脉冲编码调 制（PCM）等技术将模拟语音信 号转换为数字信号进行传输，提
高通话质量和网络效率。
有线电视网络
在有线电视网络中，采用数字调制 技术将数字视频信号转换为适合同 轴电缆或光纤传输的模拟信号，实 现高清电视节目的传输。
以太网
在以太网等局域网中，利用数字基 带传输技术将数字信号直接传输到 目的地，实现高速数据交换和文件 共享等功能。
光纤通信系统中的数字信号频带传输
波分复用技 术
在光纤通信系统中，采用波分复用（WDM）等技术将多个数字信 号调制到不同波长的光载波上进行传输，提高光纤的传输容量和利 用率。
光放大器
利用光放大器对光纤中传输的数字信号进行放大和补偿，延长光纤 的传输距离和提高信号质量。
光交换技术
在光网络中，采用光交换技术对数字信号进行路由选择和交换，实现 光层上的高速数据传输和灵活组网。
PSK调制原理
调制方式
相移键控（PSK）是一种数字调制方式，通过改变载波的相位来传递数字信息。
调制原理
在PSK调制中，二进制数字信号“0”和“1”分别对应载波的两种不同相位状态。当发送 “1”时，载波相位发生180度的变化；当发送“0”时，载波相位保持不变。
优缺点
PSK调制具有较高的频谱利用率和抗干扰能力，适用于高速率、远距离的数字通信系统。 此外，PSK调制还具有实现简单、成本低的优点。然而，PSK调制对相位噪声和频偏较为 敏感，因此需要采取一定的措施来减小这些影响。
80%
高速化
随着通信技术的不断发展，数字 信号的频带传输速度将不断提高， 满足日益增长的信息传输需求。
100%
宽带化
为了适应多媒体信息的传输需求， 频带宽度将不断拓展，实现更高 速率的信息传输。
第6 章 数字频带传输系统-2.
第6章 数字信号的频带传输
6 ．2
多进制数字调制
多进制数字调制——指用多进制数字基带信号作为调制信号， 去控制载波的各项参数：振幅、频率或相位，并由此产生了 多进制振幅调制、多进制频率调制和多进制相位调制等调制 方式。 多进制数字调制方式是二进制数字调制方式的扩展，与 二进制数字调制方式相比较它有如下特点： （1）在相同的码元速率下，多进制数字调制系统的信息速 率高于二进制数字调制系统的信息速率。其关系式为：
第6章 数字信号的频带传输
第6章
6.1 6.2
数字频带传输系统
二进制数字调制与解调原理 多进制数字调制系统
6.3
6.4
数字调制系统的性能比较
现代数字调制技术
第6章 数字信号的频带传输
本章学习要求 1. 掌握2ASK、2FSK、2PSK/ 2DPSK数字调制的基 本原理和实现方法。 2. 了解多进制MASK、MFSK、MPSK的基本原理和 特点。
第6章 数字信号的频带传输
用0°和180°相位的载波表示信息码元“1”和“0”
0 相载波 10 数字控制信号 1 （信息码元） 0 2PSK
反相器
01
π相载波 相移键控的调制框图
第6章 数字信号的频带传输
2PSK信号表达式为： e2 PSK (t ) s(t )cos ct 设s(t)为双极性脉冲信号，则有
其中， A(t)——是单极性的多进制信号：A(t ) an g t nT n ω c——载波角频率； g(t)是持续时间 S MASK (t ) [ an g (t nTs )]Cosct θ 0——载波初始相位。 为Ts的矩形脉冲 n
n
0 an M 1
第6章 数字信号的频带传输
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
第六章 数字基带传输系统6.1,6.2
相邻脉冲之间必定 留有零电位的间隔
。
t
19
6.1.1 数字基带信号
P(f )
双极性归零码
1
t
3 TS
2
f
t
特点：兼有双极性和归零波形的特点。还可以通过简单的变换 电路（全波整流电路），变换为单极性归零码，有利于同步脉 冲的提取。
20
6.1.1 数字基带信号
(5)差分波形： 编码规则（传号差分）： 1：相邻码元电平极性改变 0：相邻码元电平极性不改变 编码规则（空号差分）： 1：相邻码元电平极性不改变 0：相邻码元电平极性改变
s( t ) 二进制{an } 码型变 发送 换器 符号 滤波器
信道
接收 滤波器
y( t )
抽样 判决
{ an }
n( t )
定时脉冲
cp
同步提 取电路
e
f
接收滤波输出 位定时脉冲
t
g
a
1
1 0
1
1 0 0 0
恢复的信息
t
错误码元
0
1
1
0
0
1
t
7
基带传输系统框图
再生信号波形 0 接收基带 1 0 1 判决门限
每个“1“和”0“相互独立，无错误检测能力
单极性码传输时需要信道一端接地，不能用两根芯线均不接地的 电缆传输； 接收单极性码，判别电平为E/2，由于信道衰减，不存在最佳判决 电平。
14
6.1.1 数字基带信号
（2）双极性波形： 编码规则： 1：正电平表示，整个码元期间电平保持不变。 0：负电平表示，整个码元期间电平保持不变。
10
主要内容
第6章
数字基带传输系统
。
t
19
6.1.1 数字基带信号
P(f )
双极性归零码
1
t
3 TS
2
f
t
特点：兼有双极性和归零波形的特点。还可以通过简单的变换 电路（全波整流电路），变换为单极性归零码，有利于同步脉 冲的提取。
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6.1.1 数字基带信号
(5)差分波形： 编码规则（传号差分）： 1：相邻码元电平极性改变 0：相邻码元电平极性不改变 编码规则（空号差分）： 1：相邻码元电平极性不改变 0：相邻码元电平极性改变
s( t ) 二进制{an } 码型变 发送 换器 符号 滤波器
信道
接收 滤波器
y( t )
抽样 判决
{ an }
n( t )
定时脉冲
cp
同步提 取电路
e
f
接收滤波输出 位定时脉冲
t
g
a
1
1 0
1
1 0 0 0
恢复的信息
t
错误码元
0
1
1
0
0
1
t
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基带传输系统框图
再生信号波形 0 接收基带 1 0 1 判决门限
每个“1“和”0“相互独立，无错误检测能力
单极性码传输时需要信道一端接地，不能用两根芯线均不接地的 电缆传输； 接收单极性码，判别电平为E/2，由于信道衰减，不存在最佳判决 电平。
14
6.1.1 数字基带信号
（2）双极性波形： 编码规则： 1：正电平表示，整个码元期间电平保持不变。 0：负电平表示，整个码元期间电平保持不变。
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主要内容
第6章
数字基带传输系统
天津大学现代通信原理课后习题答案(5-9章)
题5-3图
解；
（1）∵“0”和“1”分别由g（t）和-g（t）组成 而其对应的频谱分别为G（f）和-G（f）故其双边功率谱为
其功率为
（2）因为矩形脉冲的频谱为
∵τ=TS故ωTs/2=Kπ时为零点
即f=Kfs时均为零点，故该序列不存在离散分量fs。
（3）∵τ=TS/2 故 ωTs/4=Kπ时为零点
即f=2Kfs时为零点，而fS的奇数倍时存在离散分量Fs。
(2) 若保持误码率Pe不变，改用非相干解调需要接收信号幅度A是多少?
解:
B=2RB=2×104HZ
Pe=2.055×10-5
(1)在相干解调时 ASK
(2)在非相干解调时
6-7 传码率为200波特的八进制ASK系统的带宽和信息速率。如果采用二进制ASK系统，其带宽和信息速率又为多少？
解:
(1) N=8时 B=2RB=2×200=400HZ
第六章 数字信号的频带传输
6-1 设数字信息码流为10110111001，画出以下情况的2ASK、2FSK和2PSK的 波形。
(1) 码元宽度与载波周期相同。
(2) 码元宽度是载波周期的两倍。
解:
（1）
（2）
6-2 已知数字信号{an}=1011010，分别以下列两种情况画出2PSK，2DPSK及相对码{bn}的波形(假定起始参考码元为1)。
(2)求匹配传递函数与冲激响应及t0；
(3)该信道噪声谱为n0=10-10W/Hz，信号幅度A=1V，持续时间T=1s，求输出最大信噪比；
(4)求输出信号表达式并画出其波形。
（1）解：
（2）解：
（3）
（4）
6-14若某二进制先验等概率FSK信号的最佳接收机，其输入信号能量与噪声功率密度之比为14分贝，试算其误码率。
解；
（1）∵“0”和“1”分别由g（t）和-g（t）组成 而其对应的频谱分别为G（f）和-G（f）故其双边功率谱为
其功率为
（2）因为矩形脉冲的频谱为
∵τ=TS故ωTs/2=Kπ时为零点
即f=Kfs时均为零点，故该序列不存在离散分量fs。
（3）∵τ=TS/2 故 ωTs/4=Kπ时为零点
即f=2Kfs时为零点，而fS的奇数倍时存在离散分量Fs。
(2) 若保持误码率Pe不变，改用非相干解调需要接收信号幅度A是多少?
解:
B=2RB=2×104HZ
Pe=2.055×10-5
(1)在相干解调时 ASK
(2)在非相干解调时
6-7 传码率为200波特的八进制ASK系统的带宽和信息速率。如果采用二进制ASK系统，其带宽和信息速率又为多少？
解:
(1) N=8时 B=2RB=2×200=400HZ
第六章 数字信号的频带传输
6-1 设数字信息码流为10110111001，画出以下情况的2ASK、2FSK和2PSK的 波形。
(1) 码元宽度与载波周期相同。
(2) 码元宽度是载波周期的两倍。
解:
（1）
（2）
6-2 已知数字信号{an}=1011010，分别以下列两种情况画出2PSK，2DPSK及相对码{bn}的波形(假定起始参考码元为1)。
(2)求匹配传递函数与冲激响应及t0；
(3)该信道噪声谱为n0=10-10W/Hz，信号幅度A=1V，持续时间T=1s，求输出最大信噪比；
(4)求输出信号表达式并画出其波形。
（1）解：
（2）解：
（3）
（4）
6-14若某二进制先验等概率FSK信号的最佳接收机，其输入信号能量与噪声功率密度之比为14分贝，试算其误码率。
通信原理 第六章 数字基带传输系统
来源： 来源： 计算机输出的二进制数据 模拟信号→ A/D →PCM码组 上述信号所占据的频谱是从直流或低频开始的，故称数 数 字基带信号。 字基带信号
2008.8 copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组 3
基本概念
2、数字信号的传输
1）基带传输 基带传输——数字基带信号不加调制在某些 基带传输 具有低通特性的有线信道中传输，特别是传输距离 不太远的情况下； 2）频带传输 频带传输——数字基带信号对载波进行调制 频带传输 后再进入带通型信道中传输。
2008.8 copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组 19
传输码结构设计的要求
码型变换或成形是数字信息转换为数字信号的过程， 码型变换或成形是数字信息转换为数字信号的过程，不 数字信息转换为数字信号的过程 同的码型将有不同的频谱结构，对信道有着不同的要求。 同的码型将有不同的频谱结构，对信道有着不同的要求。
1 2 3 4 5
引言 数字基带信号码波形 基带传输的常用码型 基带脉冲传输和码间干扰 无码间干扰的基带传输特性
2008.8
copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组
18
6.３基带传输的常用码型 ３
在实际的基带传输系统中， 在实际的基带传输系统中，并不是所有类 型的基带电波形都能在信道中传输。 型的基带电波形都能在信道中传输。 对传输用的基带信号有两个方面的要求： 对传输用的基带信号有两个方面的要求： （ 1 ） 对代码的要求 ， 原始消息代码必须编 对代码的要求， 成适合于传输用的码型； 传输码型的选择） 成适合于传输用的码型；（传输码型的选择） 对所选码型的电波形要求， （2） 对所选码型的电波形要求，电波形应 适合于基带系统的传输。（基带脉冲的选择） 。（基带脉冲的选择 适合于基带系统的传输。（基带脉冲的选择）
第6章 数字信号的基带传输
第六章 数字信号的基带传输
基带传输：将由PCM或增量调制所获得的数 字信号，或信源编码所输出的数字信号（即基 带信号）不经过频谱搬移，只经过简单的码型
变换后进行传输，称为数字信号的基带传输。
频带传输（数字调制）：对基带信号进行数字
调制与解调的过程称为频带传输或数字调制。
1
§6.1
数字基带信号
§6.1.1 数字基带信号的常用码型 一、 常用码型 （1） 单极性不归零码
其中
un (t ) an [ g1 (t nTs ) g 2 (t nTs )]
1 P, 以概率P an P, 以概率(1 P)
显然， u(t)是一个随机脉冲序列 。
32
v(t)的功率谱密度Pv(f)
由于v(t)是以为Ts周期的周期信号，故
v(t )
可以展成傅里叶级数
»随机脉冲序列的表示式
29
图中： Ts － 码元宽度 g1(t)和g2(t) － 分别表示消息码“0”和“1”，为任意波形。
设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，则该序列可表示为：
s(t )
n
s
n
(t )
所以
1 Cm Ts
Ts 2 T s 2
[ Pg1 (t ) (1 P) g2 (t )]e j 2 mfS t dt
33
又由于
Pg1 (t ) (1 P) g 2 (t )
只存在于（-Ts/2，Ts/2）范围内，所以上式的积分限可以改为从 到 ，因此 1 Cm [ Pg1 (t ) (1 P) g 2 (t )]e j 2 m fS t dt =f s [ PG1 (mf s ) (1 P)G2 (mf s )] Ts 其中：
基带传输：将由PCM或增量调制所获得的数 字信号，或信源编码所输出的数字信号（即基 带信号）不经过频谱搬移，只经过简单的码型
变换后进行传输，称为数字信号的基带传输。
频带传输（数字调制）：对基带信号进行数字
调制与解调的过程称为频带传输或数字调制。
1
§6.1
数字基带信号
§6.1.1 数字基带信号的常用码型 一、 常用码型 （1） 单极性不归零码
其中
un (t ) an [ g1 (t nTs ) g 2 (t nTs )]
1 P, 以概率P an P, 以概率(1 P)
显然， u(t)是一个随机脉冲序列 。
32
v(t)的功率谱密度Pv(f)
由于v(t)是以为Ts周期的周期信号，故
v(t )
可以展成傅里叶级数
»随机脉冲序列的表示式
29
图中： Ts － 码元宽度 g1(t)和g2(t) － 分别表示消息码“0”和“1”，为任意波形。
设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，则该序列可表示为：
s(t )
n
s
n
(t )
所以
1 Cm Ts
Ts 2 T s 2
[ Pg1 (t ) (1 P) g2 (t )]e j 2 mfS t dt
33
又由于
Pg1 (t ) (1 P) g 2 (t )
只存在于（-Ts/2，Ts/2）范围内，所以上式的积分限可以改为从 到 ，因此 1 Cm [ Pg1 (t ) (1 P) g 2 (t )]e j 2 m fS t dt =f s [ PG1 (mf s ) (1 P)G2 (mf s )] Ts 其中：
第六章 数字基带信号传输
能适应信源的统计特性，即“1/0”出现的概率为0.5， 不出现长连“1”或长连“0”的情况。
具有一定的自检错能力，能检测出基带信号码流中的 错误状态。
数字通信原理
2019年9月22日星期日
常用的码型－差分码
数字通信原理
2019年9月22日星期日
常用的码型－AMI码
数字通信原理
2019年9月22日星期日
第六章 数字基带信号传输
数字基带传输系统是指不使用
调制和解调装置，而直接传送数字
基带信号的系统。数字基带信号是
指未经调制的数字信号，其频谱是
低通型的。 数字通信原理
2019年9月22日星期日
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
§2 数字基带信号常用的波形
(a)单极性不归零波形 (b)双极性不归零波形 (c)单极性归零波形 (d)差分码波形
数字通信原理
2019年9月22日星期日
常用的码型－nBmB码
数字通信原理
2019年9月22日星期日
双相码、密勒码和CMI码
数字通信原理
2019年9月22日星期日
数字基带信号的频谱特征
数字基带信号也是一个随机过程，只能用统计 的方法分析它的平均功率谱密度函数。
数字基带信号的功率谱可分为连续谱和离散谱， 连续谱反映的是信号中的交变部分，而离散谱 反映的是信号中的周期信号成分。通过分析， 可以：
§4 部分响应基带传输系统
高的频带利用率和无码间干扰是矛盾 的。能否寻求一种可实现的传输系统，它 既能使频带利用率提高到理论上的最大值， 又可降低对定时取样精度的要求；它允许 存在一定的、受控制的符号间干扰，以便 在接收端可以予以消除。这类系统称为部 分响应系统。
数字通信原理
具有一定的自检错能力，能检测出基带信号码流中的 错误状态。
数字通信原理
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常用的码型－差分码
数字通信原理
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常用的码型－AMI码
数字通信原理
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第六章 数字基带信号传输
数字基带传输系统是指不使用
调制和解调装置，而直接传送数字
基带信号的系统。数字基带信号是
指未经调制的数字信号，其频谱是
低通型的。 数字通信原理
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
§2 数字基带信号常用的波形
(a)单极性不归零波形 (b)双极性不归零波形 (c)单极性归零波形 (d)差分码波形
数字通信原理
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常用的码型－nBmB码
数字通信原理
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双相码、密勒码和CMI码
数字通信原理
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数字基带信号的频谱特征
数字基带信号也是一个随机过程，只能用统计 的方法分析它的平均功率谱密度函数。
数字基带信号的功率谱可分为连续谱和离散谱， 连续谱反映的是信号中的交变部分，而离散谱 反映的是信号中的周期信号成分。通过分析， 可以：
§4 部分响应基带传输系统
高的频带利用率和无码间干扰是矛盾 的。能否寻求一种可实现的传输系统，它 既能使频带利用率提高到理论上的最大值， 又可降低对定时取样精度的要求；它允许 存在一定的、受控制的符号间干扰，以便 在接收端可以予以消除。这类系统称为部 分响应系统。
数字通信原理