第6章 数字调制传输系统
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第6章 数字频带传输系统
4
(6.2.25) 为解调器的
r a / 2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱn
输入信噪比，需要注意的是，上式是在 大信噪比的条件下得到的，实际上，采 用包络检波法的接收系统通常工作在大 信噪比的情况。 《通信原理课件》
dV
《通信原理课件》
e
b
2
2 2 n
(6.2.18)
式(6.2.17)中Q[· ]函数定义为:
Q( , ) tI 0 ( t )e
( t 2 2 ) 2
dt
a
n
,
b
n
,t
V
(6.2.19)
n (6.2.20)
(6.2.21)
经分析可得系统总误码率Pe为：
Pe P(1) Pe1 P(0) Pe 0
《通信原理课件》
如果P(1)=P(0) ，则有
2 1 a b b2 2 n Pe {1 Q( n , n ) e } (6.2.22) 2
按照式（6.2.22）计算出的误码率等于 图6.6中画有斜线区域总面积的一半。由 式（6.2.22）可知，当基带信号发送概 率等概时，Pe与b有关。一般总可以找到 一最佳判决门限b=b*，使误码率Pe最小， 式（6.2.22）中，求偏导
(6.2.9)
发送“1”时 发送“0”时
由于ni(t)是一个窄带高斯过程，设其均 2 值为0、方差为 。由式（3.5.17） n 可得:
(6.2.11) 将(6.2.10)和式(6.2.11)代入式(6.2.9) 得到带通滤波器的输出波形:
ni (t ) nc (t )cos ct ns (t )sin ct
1,0t Ts g (t ) {0,其他
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
《数字调制系统》PPT课件
调制的功能： ① 使信号更适合于信道传输。 ② 实现信道复用提高通信系统的有效性。 ③ 提高通信系统的抗干扰能力提高通信系统的可靠性。
数字调制的三种 最简单最基本方式
2ASK 2FSK 2PSK/2DPSK
精选ppt
扩 MASK 展 MFSK
MPSK/MDPSK 改进型
3
数学调制系统
频带传输：可实现信号远距离传输。传输信道是高频带通型。 传输必须经过数字调制，将编码波形的功率谱经 数字调制变换到信道传输频带内。
10
4. 2ASK信号的频谱特性
s ( t )
e2ASK (t)
Pi ( )
Po ( )
cos ct
模拟调制法原理框图
cos ct
P o( )1 4P i( c)P i( c)
S(t)是单极性不归零矩形脉冲信号,它的功率谱特性 P S ( f ) 为
PS(f)T 4SSa2TSf1 4(f)
2FSK信号的互相关系数
两个码元波形的互相关系数
TS 0
e
1
(
t
)
e
2
(
t
)
d
t
E 1E 2
TS 0
A
1
c
o
s
1
tA
2
c
o
s
2
td
t
E 1E 2
2 TS
s
i
n 2
2
f2
f
2
f1 TS f1 TS
sin 4 fcTS 4 fcTS
0
如果
E1 E2 Eb
A1=A2=A =
2ASK信号的功率谱特性 P E ( f ) 为
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。
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主要内容
第6章
数字基带传输系统
。
t
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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。
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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
第6章 正弦载波数字调制系统
绝对码
1
1
1
0
0
1
0
0
相对码
载波
DPSK信号
图 6 - 152DPSK信号调制过程波形图
开关电路 cos ct 0° e2 DP S K(t)
1 80 °移相 码变换
s(t)
图 6 - 162DPSK信号调制器原理图
e2 DP S K(t)
带通 滤波器
a
相乘器 cos ct b
式为
e2 FSK (t ) = [邋an g (t - nTS )]cos( w1t + F n ) + [
n n
bn g (t - nTS )]cos( w2t + qn )
ak a b c s(t) s(t)
1
0
1
1
0
0
1 t t t
d
t
e
t
f
t
g
2 FSK信号
t
图 6- 6 二进制移频键控信号的时间波形
则二进制振幅键控信号可表示为
e2 ASK an g (t nTS ) cos wct
n
2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化，所 以又称为通断键控信号（OOK信号）。 对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)
和相干解调(同步检测法) 。
1 s(t) Tb 载波信号
功率谱密度的叠加。
相位不连续的二进制移频键控信号的时域表达式为
e2 FSK (t ) s1 (t )cos 1t s2 (t )cos 2t
根据二进制振幅键控信号的功率谱密度，我们可以得到 二进制移频键控信号的功率谱密度P2FSK(f)为 P
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
2020/1/25
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。
2020/1/25
第6章 模拟信号的数字传输
第6章数字基带传输系统
第6章 数字基带传输系统
2、交变波uT(t)的功率谱密度
UT (ω)
uT
(t
)e
jt
dt
N
an g1(t nTs ) g2 (t nTs ) e jω tdt
nN
N
ane jω Ts G1(ω) G2 (ω) n N
数字信号传输的基本方式
基带传输 频带传输
基带传输的基本特点
含有丰富的低频分量以及直流分量 基带传输是频带传输的基础
第6章 数字基带传输系统
基带传输理论重要性：
如果把载波传输中的调制与解调部分看作通 信信道的一部分(广义信道)， 则任何数字传输系 统 都 可等效为基带传输系统。
第6章 数字基带传输系统
分析：
1、功率谱密度函数由两部分构成：离散谱（由稳态波 产生）和连续谱（由交变波产生）。
2、离散谱不存在的条件
Pg1(t) (1 P)g2(t) 0
即稳态项等于零
第6章 数字基带传输系统
举例分析
1、基带信号为单极性波形
g1(t)=0，g2(t)=g(t)
Cm
1 Ts
Ts
2 Ts
v(t)e
jmst dt
2
1
Ts
Ts
e 2 jmst
Ts 2
Pg1(t nTs ) (1 P)g2 (t nTs ) dt
fs
Ts 2
n
Ts
Ts 2
n
Ts
Pg1(t) (1 P)g2 (t) e jms (tnTs )dt
第六章 正弦载波数字调制系统
2001 Copyright
SCUT DT&P Labs
6.2.3 2PSK 及 2DPSK
？问题：如何克服“倒”现象？
要使相位的本身与信息符号无关。怎么做？ 第五章中介绍了差分码，它用电位的改变来表示“1”和 “0”，因此它代表的信息符号与码元本身的电位无关。 用相位的改变来表示“1”和“0” ，这样的话，相位的本 身与信息符号无关。 原理：不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而 是利用前后码元的相对相位变化传送数字信息。例如：
第六章 正弦载波数字调制系统
主讲教师：任峻
6.1 引言
正弦载波调制：用基带信号对正弦载波波形 的某些参量进行控制，使载波的这些参量随 基带信号的变化而变化。
模拟调制：待传输的原始信号s(t)是连续信号。 数字调制：待传输的原始信号s(t)是离散信号。
调制方法：调幅、调频、调相
模拟调制信号： 调幅(DSB、SSB、AM)，调频(FM)，调相(PM)
eOOK(t) = an Acosct
A为载波幅度，c 为载波频率，an为二进制数字。
an =
1，出现概率为P 0，出现概率为1-P
2001 Copyright
SCUT DT&P Labs
6.2.1 二进制幅度键控 2ASK (重点)
在一般情况下，调制信号是具有一定波形形状的二进制 序列（二元基带信号），即 n Ts为信号间隔，g(t)是持续时间为Ts单个矩形的波形。 二进制幅度键控信号的一般时域表达式为： n
6.1 引言
移相键控(PSK)
2001 Copyright
SCUT DT&P Labs
SCUT DT&P Labs
6.2.3 2PSK 及 2DPSK
？问题：如何克服“倒”现象？
要使相位的本身与信息符号无关。怎么做？ 第五章中介绍了差分码，它用电位的改变来表示“1”和 “0”，因此它代表的信息符号与码元本身的电位无关。 用相位的改变来表示“1”和“0” ，这样的话，相位的本 身与信息符号无关。 原理：不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而 是利用前后码元的相对相位变化传送数字信息。例如：
第六章 正弦载波数字调制系统
主讲教师：任峻
6.1 引言
正弦载波调制：用基带信号对正弦载波波形 的某些参量进行控制，使载波的这些参量随 基带信号的变化而变化。
模拟调制：待传输的原始信号s(t)是连续信号。 数字调制：待传输的原始信号s(t)是离散信号。
调制方法：调幅、调频、调相
模拟调制信号： 调幅(DSB、SSB、AM)，调频(FM)，调相(PM)
eOOK(t) = an Acosct
A为载波幅度，c 为载波频率，an为二进制数字。
an =
1，出现概率为P 0，出现概率为1-P
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6.2.1 二进制幅度键控 2ASK (重点)
在一般情况下，调制信号是具有一定波形形状的二进制 序列（二元基带信号），即 n Ts为信号间隔，g(t)是持续时间为Ts单个矩形的波形。 二进制幅度键控信号的一般时域表达式为： n
6.1 引言
移相键控(PSK)
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第六章数字调制与解调
第六章数字调制与解调数字调制类型：振幅键控(ASK)
移频键控(FSK)
移相键控(PSK)
载波信号高频正弦波
调制信号:数字基带信号(随机的脉冲序列)
§6-1 数字调幅(ASK)
6-1-1 二进制振幅调制 (2ASK)
一、工作原理：
发送序列 0 对应概率 P
1 对应概率1-P
载波信号
数字基带信号
二进制已调信号为
1.模拟幅度调制法
模拟幅度调制法2. 键控法
键控法
§6-2 数字调频(FSK)
以二进制调频(2FSK)为例
6-2-1 二进制调频的工作原理
(a)键控法
(b)波形信号
(c)模拟调频法
§6-3 数字调相
6-3-1 二进制绝对调相
一、工作原理：
二进制绝对调相(二相绝对调相)利用载波不同位的绝对值来传递数字信息。
(2BPSK)
结论:
a)二进制绝对调相
信号可以用相乘器
产生
b) 码元为“1”时
与调
制的载波同相;为
“０”时则为反相
二进制信号的
调制时
式中
是双极性基带信号
二、二进制绝对调相的解调
·通常可通过 2ASK 解调用得相干解调 (即同步检波法)方法实现解调。
此方法关键是从接收信号中提取出与原载波严格同步的参考信号。
·绝对调相缺点：同步载波相位不确定,解调出的码元产生错误。