通信原理第六章
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(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》
《通信原理课件》
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。
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。
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第6章 模拟信号的数字传输
通信原理第六章
设fH=(n+k)B,其中n为整数,0k<1,则
mn
fs
2 fH m
2B1
k n
2020年2月
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15
6.2 脉冲编码调制
特例: 当fH=nB时,m=n,则 fs=2fH/m=2B。
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例:已知
6.2 脉冲编码调制
编码位数每增加一位,量化信噪比就增加6分贝。
2020年2月
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24
6.2 脉冲编码调制
说明: 1)以上结论是在假设信号抽样值在量化范围内等概 出现时得到的。 对正弦信号,取值较大的样值出现概率大,取值较 小的样值出现概率较小。 对语音信号,由于取值较小的样值出现概率大,而 取值大的样值出现概率反而小。 所以,对正弦信号和语音信理
一个频带限制在0~ fH范围内的模拟信号,若取样速 率大于等于2 fH,则可由样值序列无失真地重建原 始信号。否则取样信号将出现频谱混叠,不能从中 恢复原始信号。
fs=2fH为奈奎斯特速率,它是取样的最低速率; Ts=1/fs=1/(2fH)为奈奎斯特取样间隔,它是所允许的
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2020年2月
1472 1504
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2048
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6.2 脉冲编码调制
➢编码 编码:将抽样量化后的离散信号电平值转换为二进 制码组来表示。 译码:将二进制码组再恢复为离散信号电平。
量化电平序号 编码 量化电平序号 编码
0
000
4
100
1
001
5
101
2
010
通信原理(陈启兴版) 第6章作业和思考题参考答案
(相对码) (绝对码)
e 输出
0
1
1
0
1
1
0
a
t
b
t
c t
d t
e
0
1
1
0
1
1
0
(b) 图 6-30 2DPSK差分相干解调原理框图各点时间波形
6-7 在 2ASK 系统中,已知码元传输速率 RB = 2×106B,信道加性高斯白噪声的单边功率谱密度 n0 = 6×10-18W/Hz,接收端解调器输入信号的峰值振幅 a = 40 μV。试求:
0
1
1
0
1
1
0
a
t
b
t
c t
d t
e
1
1
0
1
1
0
1
1
f
0
1
1
0
1
1
0
(b)
图 6-29 2DPSK相干解调各点时间波形
(3)差分相干解调原理框图及其各点时间波形如图 6-30(a)和(b)所示。
a
e2
DPS K
(t)
滤 带波 通
器
相乘 器
c
d
滤 低波 通 器
判 抽决 样 器
b 延迟Ts
定时 脉冲
(a)
带通滤波器 2 f2
cos(2πf1t)
低通滤波器
码元定时脉冲
uo(t)
抽样判决器
低通滤波器
cos(2πf2t) 图6-24 2FSK信号的解调原理框图
(3) 2FSK 信号的第一零点带宽为
B2FSK | f2 f1 | 2 fs 2000 21000 4000(Hz)
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06
s 2 ( t ) A cos 2 ( t )
0 t Tb 0 t Tb
经非理想信道传输,接收信号中的载波初始
相位未知,且是随机的。接收信号表示为
rt
s1 ( t ) A cos( 2 f 1 t ) n w ( t )
s 2 ( t ) A cos( 2 f 2 t ) n w ( t )
图6.2.17 2FSK两信号的互相关系数ρ
12
与
两载波间隔2Δ f之间的关系
4. 2FSK信号的带宽
2FSK信号的近似带宽由卡松公式给出
B FSK 2 f 2 B
假设以数字基带信号功率谱密度的主瓣宽
度为带宽B,则B=Rb。于是,2FSK信号的
带宽是
5. 2FSK信号的解调及其误比特率
Ps ( f ) A
2
4
[ Pb ( f f c ) Pb ( f f c )]
(2) OOK信号的平均功率谱密度
图6.2.3 单极性不归零码及OOK信号的双边功率谱密度
3. OOK信号的接收及其误比特率
图6.2.4 利用带通型匹配滤波器进行解调的最佳接收
带通匹配滤波器的传递函数表示为
f
b ( ) d ] R e[ v ( t ) e
j c t
]
复包络
3. 2FSK两个信号波形之间的互相关系数
2FSK中s1(t)与s2(t)两信号波形之间的互相关系数
2FSK的两信号之间的互相关系数是两载频的频率 间隔 (f1-f2=2Δf)的函数。在ρ12=0时,表示s1(t) 与s2(t)正交,此时的两载频的最小频率间隔为
光纤通信原理第六章光电检测器与光接收机
表 6.2 常用光电检测器件的参考数据
正向压降 正向电阻 反向电阻
Si-PINPD 0.6~0.7V 3~5k¦ Έ(R×100 档) >100k¦ ( Έ R×1K 档)
InGaAs-PINPD 0.2~0.3V
3~5k¦ ( Έ R×100 档) >100k¦ ( Έ R×1K 档)
InGaAs-APD 约 2V 通
利用数值计算技术求得误码率的方法 非常费时,而且不能对光接收机的设计提 供多少帮助。所以,为了简化计算,一般 均将概率密度函数近似成高斯函数来进行 相应的分析。于是,误码率又可表示成:
BER 1
exp
x2
2 dx
2 Q
式中Q可以表示为: Q D0 Iop0 Ntot 0
Iop1 D0 N tot1
(2)
所谓光接收机动态范围,就是指在一 定误码率或信噪比(有时还要加上信号波形 失真量)条件下光接收机允许的光信号平均 光功率的变化范围。
6.4 光接收机的噪声
6.4.1
1.
光电检测器上的噪声包括光检测噪声 (有可能与信号强度相关的噪声)、暗电流 噪声及背景辐射噪声。
(1) PINPD
由于光的量子性,PINPD的光检测噪
2 3
B3
3.
光接收机的输入等效总噪声可以表示 为:
ntot=nPD+nA
在PINPD光接收机中,nPD要远远小 于nA。
6.4.2
1. PINPD
根据信噪比定义,PINPD光接收机判 决点上的信噪比为:
SNR
So N tot
si A2 ntot A2
si
P
ntot
nPINPD nA
声属于光量子噪声。PINPD的光检测噪声
通信原理樊昌信版第6章数字基带传输系统3
6.5.2 二进制单极性基带系统
f0 ( x )
f1( x )
-A 0 A
f0 ( x )
x
f1 ( x )
13
1、最佳判决门限
2 A P(0) n vd ln 2 A P(1)
(6.5-12)
A 当P(1)=P(0)=1/2时 v 2 2、误码率(设V*d=A/2)
d
眼图可以用来指示接收滤波器的调整,以减 小码间串扰,改善系统性能。
23
眼图的模型
最佳抽样时刻:“眼睛”张开最大的时刻; 判决门限电平:眼图中央的横轴位置对应于判 决门限电平; 对定时误差的灵敏度:眼图斜边的斜率决定了 系统对抽样定时误差的灵敏程度,斜率越大, 对定时误差越灵敏,即要求定时准确;
6.7.1部分响应系统
• 研究问题:基带传输中的有效性问题 • 研究目的:如何设计频带利用率高又可实 现的基带传输系统 • 研究方法:放宽对无码间串扰的要求以提 高有效性
30
问题的提出 由奈奎斯特第一准则知,基带系统的总特性 设计成理想低通特性, 能达到理论上的极限传 输速率,达到最高的频带利用率(2B/Hz)。理 想低通传输特性实现困难,且h(t)的尾巴振荡 幅度大、收敛慢,而对定时要求十分严格。 余弦滚降特性所需的频带加宽了,降低了系 统的频带利用率。 问题:能否找到频带利用率为2B/Hz,满足 “尾巴”衰减大、收敛快,又可实际实现的传 输特性?
34
•讨论g(t)的波形特点
4 cos t / TS g t 2 2 1 4t / TS Ts kTs g (0) 4 , g 1, g 0, k 3 , 5 , 2 2
除了在相邻的取样时刻 t=Ts/2 处 g(t)=1 外, 其余的取样时刻上,g(t) 具有等间隔零点。 g(t)波形的拖尾幅度与t 2成反比,说明g(t)波 形拖尾的衰减速度加快了。
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
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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)
(完整版)通信原理答案第六章
《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:相位偏移可自行假设);ϕ∆ (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 0OOK2FSK2PSK2DPSK2DPSK1 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) ,其中:)]2400()2400([41)]()([41-++=-++=f P f P f f P f f P P s s c s c s E∑+∞∞---++--=)()(])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)若相位偏差代表“0”、代表“1”,试画出这时的︒=∆0ϕ︒=∆180ϕ2DPSK 信号波形;(2)又若代表“0”、代表“1”,则这时的2DPSK 信号︒=∆270ϕ︒=∆90ϕ的波形又如何?(注:在画以上波形时,幅度可自行假设。
通信原理教程第6章 数字基带调制
6.1.2 数字通信中的一些基本概念
1.信息量
常用的信息量单位为比特(bit)。 对二进制离散信源,若输出的二进制序列 中,符号“0”和“1”等概出现,且各符号之 间统计独立,则此信源输出的每个符号所包 含的信息量为1bit。 在“0”和“1”不等概出现,或各符号之间 相关时,每符号携带的平均信息量小于 1bit 。
2.信息传输速率与码元速率
3.误比特率与误符号率
在实际通信环境中,由于噪声以及信道 特性不理想,数字信号经信道传输后会存在 错误。 误比特率定义为传输过程中出现错误的 比特数与传输的总比特数之比值;误符号率 定义为传输过程中出现错误的符号数与传输 的总符号数之比值。 对二进制传输系统,二者相等。
图6-3 差分编码
在电报通信中,常把1称为传号,把0称 为空号。 若用电平跳变表示1,称为传号差分码。 若用电平跳变表示0,则称为空号差分码。 传号差分码和空号差分码分别记作NRZ(M) 和NRZ(S)。
例6.1
绝对码: 1 0 1 0 0 1 1 相对码:1 0 0 1 1 1 0 1 差分码并未解决简单二元码所存在的问 题,但是这种码型与信息1和0之间不是绝对 的对应关系,而只具有相对的关系,因此它 可以用来解决相移键控信号解调时的相位模 糊的问题。 由于差分码中电平只具有相对意义,所 以又称为相对码。
(2)双极性非归零码
用正电平和负电平分别表示1和0,在整 个码元期间电平保持不变。 双极性码无直流成分,可以在电缆等无 接地的传输线上传输,因此得到了较多的应 用。
(3)单极性归零码
此码常记作RZ码。 与单极性非归零码不同,RZ码发送1时高 电平在整个码元期间T内只保持一段时间t, 在其余时间则返回到零电平,发送0时用零电 平表示。 t/T称为占空比,通常使用半占空码。 单极性归零码可以直接提取位定时信号, 是其他码型提取位定时信号时需要采用的一 种过渡码型。
通信原理第7版第6章PPT课件(樊昌信版)
系统的传递函数
描述线性时不变系统的数 学模型,表示输入和输出 之间的关系。
03
CATALOGUE
模拟调制系统
调制的定义与分类
调制的定义
调制是一种将低频信号加载到高 频载波上的技术,以便通过信道 传输。
调制的分类
调制可以分为模拟调制和数字调 制两大类。模拟调制是指用连续 变化的模拟信号去调制载波的幅 度、频率或相位。
章节概述
本章将介绍数字调制的基本原理和技术,包括振幅调制、频 率调制和相位调制等。
通过学习本章,学生将能够了解数字调制的基本概念、原理 和技术,掌握数字调制系统的性能分析和设计方法,为进一 步学习通信系统的其他相关内容打下基础。
02
CATALOGUE
信号与系统
信号的分类与特性
01
02
ห้องสมุดไป่ตู้
03
周期信号
线性调制系统(AM、FM)
AM(调幅)调制
AM调制是通过改变载波的幅度来传 递信息的一种调制方式。在AM调制 中,低频信息信号叠加在载波上,并 通过信道传输。
FM(调频)调制
FM调制是通过改变载波的频率来传递 信息的一种调制方式。在FM调制中, 低频信息信号用来控制载波的频率变 化,从而实现信息的传输。
有效性
衡量通信系统传输有效信息的 能力,通常用传输速率或频谱
效率来表示。
可靠性
衡量通信系统传输信息的可靠 程度,通常用误码率(BER) 或信噪比(SNR)来表示。
实时性
衡量通信系统传输实时信号的 能力,通常用延迟时间来表示
。
安全性
衡量通信系统保护信息传输安 全的能力,通常用加密和认证
技术来表示。
误码率(BER)计算
《通信原理》第六章 数字基带传输常用规律和技巧.
1第一部分AMI码与HDB3码对传输用的基带信号的主要要求:对代码的要求:原始消息代码必须编成适合于传输用的码型;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。
1. AMI码(传号交替反转码)编码规则:传号(“1”)极性交替,空号(“0”)不变。
例:信码{an}: 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 AMI: +1 0 -1 0 0 +1 0 0 0 0 0 -1 0 +1特点:(1)无直流分量和仅有小的低频分量;(2)二电平→三电平--1B/1T码(一个二进制符号变换成一个三进制符号所构成的码);(3)易于检错;(4)编、译码简单;(5)当出现长的连0串时,不利于定时信息的提取。
1.00.5s2. HDB3码编码规则:(1)当连“0”个数不超过3时,仍按AMI码的规则编,即传号极性交替;(2)当连“0”个数超过3时,4个连“0”为一组,当该组四连“0”与其前一组四连“0”之间有奇数个传号码,用000V取代该组四连“0”。
V 极性与其前非零码极性一致,V本身满足极性交替;(3)当该组四连“0”与其前一组四连“0”之间有偶数个(包括0个)传号码,用B00V取代该组四连“0”。
B极性与其前一非零码极性相反,V极性与B极性一致,V本身满足极性交替;例如:1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1HDB3 +V -1 +1 -B 0 0 -V +1 -1 +1 0 0 0 +v 0 +1 译码:凡遇到-1 0 0 0 -1+1 0 0 0 +1+1 0 0 +1-1 0 0 -1译成:*0 0 0 0例:HDB3:0 +1 0 0 0 +1 -1+1 -1 0 0 -1 0 +1 0 -1代码:0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1特点:1)无直流分量、低频分量小;2)连0串不会超过3个,对定时信号的恢复十分有利;3)编码复杂,译码简单。
2017通信原理_第6章_数字基带
UT ( f )
其中
G2 ( f ) g2 (t )e j 2 ft dt
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作:曹丽娜
E[ U T ( f ) ] Pu ( f ) lim N (2 N 1)T B
2
UT ( f )
2
n N
N
an e j 2 f nTB [G1 ( f ) G2 ( f )]
UT ( f ) UT f UT f
m N n N
a
2
N
N
m n
ae
N
j 2 f n m TB
G1 f G2 f G1 f G2 f
2 j 2 f n m TB E UT f E am an e G1 f G2 f m N n N
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当 f = mfs :若m = 0,
TS Sa( f TS ) 有直流分量
无定时分量
无离散谱
课件制作:曹丽娜
PS ( f ) f S P( 1 P ) G( f )
2
1 1 2 2 2 PS ( f ) f S G( f ) f S G(m fS ) ( f m fS ) 4 4 m
N
其中
1 P, 以概率P an P, 以概率 1 P
课件制作:曹丽娜
西安电子科技大学 通信工程学院
1 P, 以概率P an P, 以概率 1 P
m=n:
2 1 P ,以概率P 2 am an an 2 P , 以概率 1 P
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b
低通 滤波器
c
抽样 判决器 定时 脉冲
d
输出
包络检波器 (a ) e2ASK(t )
与模 拟AM 相 比, 增加 了一 个抽 样判 决器
带通 滤波器
相乘器
cos ω ct (b )
低通 滤波器
抽样 判决器 定时 脉冲
输出
图 6 –4 二进制振幅键控信号解调器原理框图
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10
1
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
6.1.2 二进制频移键控(2FSK)
在二进制数字调制中,若正弦载波的频率随二进制基带信
a
号在 f1 和 f2 两个 频率 点间变化 ,则产生 二 进制频 移键控 信号 (2FSK 信号)。 二进制频移键控信号的时间波形如图6 - 6所示,图中波形 g 可 分解为波形e和波形 f,即二进制频 移键控信号可以看成是 两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。
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振荡器1
f1
选通开关
二 进制 移 频键控 信号的 解调方法 很多 ,有模拟鉴频法 和 数字检测法,有非相干解调方法也有相干解调方法。 采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图6-8 所 示 。其解调原理是:将二进制移频键控信号分解为上下两路 二进制振幅键控信号,分别进行解调。通过对上下两路的抽 样值进行比较,最终判决出输出信号。 非相干解调过程的时间波形如图6-9所示。
cos(ϕ1 −ϕ0 )sin(ω1 − ω0 )Ts + sin(ϕ1 − ϕ0 )[cos(ω1 −ω0 )Ts −1] = 0
由于ϕ1和ϕ0是任意常数,故必须同时有
sin(ω1 − ω 0 )Ts = 0
上式才等于0。即要求:
和
cos(ω1 − ω0 )Ts = 1
(ω1 − ω 0 )Ts = 2 mπ
,
,所以,当取m = 1 时是最小频率
假设ω1+ω2
》1
, 上式左端第1和3项近似等于零,则可化简为
以上讨论中,假设初始相位ϕ1和ϕ0是任意的,它在接收端是 无法预知的,不易提取相干载波,所以只能用非相干包络解调 法解调。但是不可取m = 1的最小频率间隔(因为上、下滤波器分 不开f1和f2 波形对应的频谱)。 对于相干解调,为了能方便地提取相干载波,则要求初始 相位是确定的,这时可以令
基带信 号
反相器
相加器
e 2FSK(t )
振荡器2
f2
选通开关
图 6 –7 数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图
图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控 制,在一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一
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解调原理: 将二进制移 频键控信号分 解为上下两路 二进制振幅键 控信号,分别 进行解调,通 过对上下两路 的抽样值进行 比较最终判决 出输出信号。
§ 相移键控PSK
T
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4
6.1 二进制数字调制与解调原理
6.1.1 二进制振幅键控(2ASK)
振幅键控是正弦载波的幅度随 数字基带信号而变化的数 字调制。 当数字基带信号为二进制时,则为二进制振幅键控。设 发 送的 二进制符 号序列由0 、1 序列组成,发送0 符号的 概率 为P,发 送 1 符 号的 概率为1-P, 且相互独立。 该二 进制 符号 序列可表示为 s(t)=
其中: an= 0, 1, 发送概率为P 发送概率为1-P
Ts 是二进制基带信号时间间隔,g(t)是持续时间为Ts的 矩形脉冲: 1 0 ≤ t ≤ TS g(t)= 0 其他
则二进制振幅键控信号可表示为 e2ASK(t)= [∑ an g (t − nTS )] cos wc t
n
∑ a g (t − nT )
n n
d
t
an= bn=
0, 1, 0, 1,
发送概率为P 发送概率为1-P 发送概率为1-P 发送概率为P (6.1 – 6)
e
t
f
பைடு நூலகம்
t
g
2FSK信号
t
图 6- 6 二进制移频键控信号的时间波形
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由图 6 - 6 可看出,bn是an的反码,即若an=1,则bn=0, 若an=0,则bn=1,于是bn= an 。φn和θn分别代表第n个信号 码元的初始相位。 在 二 进制 移 频 键控 信号中,φn 和 θn 不 携带 信息, 通 常 可 令φn和 θn为 零 。因此 ,二 进制 移 频 键控 信号的 时域 表达 式可简化为 e2FSK(t)= [∑ an g (t − nTS ) cos w1t + [∑ an g (t − nTS )] cos w2 t
24
上式积分结果为:
sin[(ω1 + ω0 )Ts + ϕ1 + ϕ 0 ] sin[( ω1 − ω0 )Ts + ϕ1 − ϕ0 ] sin(ϕ1 + ϕ0 ) sin(ϕ1 − ϕ0 ) + − − =0 (ω1 + ω0 ) (ω1 − ω 0 ) ω1 + ω 0 ω1 − ω 0
为了同时满足这两个要求,应当令 (ω 1 − ω 0 )Ts = 2 mπ 即令 f 1 − f 0 = m / T s 间隔,它等于1 / Ts 。
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n 2FSK信号两种码元的最小容许频率间隔
在原理上,若两个信号互相正交,就可以把它完全分离 。
设: 2FSK 信号为
A c o s (ω 1 t + ϕ 1 ) s (t ) = A c o s (ω 0 t + ϕ 0 ) 当 发 送 “ 1” 时 当 发 送 “ 0” 时
s ( t ) = A cos( ω 0 t + θ )
或
s ( t ) = A cos( 2 π f 0 t + θ )
式中,A - 振幅 (V); f0 - 频率 (Hz); ω0 = 2π f0 - 角频率 (rad/s); θ 为初始相位 (rad)。 和模拟调制一样,数字调制也分为调幅、调相、调频三种 基本形式。 数字调制和模拟调制,其原理并无区别,不同在于: 模拟调制是对载波信号的参量进行连续调制,在接收端则 对载波信号的调制参量连续地进行估值;而数字调制用载波信 号的某些离散状态来表征所传送的信息,在接收端也只要对载 波信号的离散调制参量进行检测。
25
(ω1 − ω 0 )Ts = nπ
和
ϕ
1
− ϕ
0
= 0
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式中,n 和 m 均为整数。
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于是,式 cos(ϕ1 − ϕ0 )sin(ω1 − ω0 )Ts + sin(ϕ1 −ϕ0 )[cos(ω1 − ω0 )Ts −1] = 0 化简为:
a b c d e
a e 2FSK(t )
限幅
b
微分
c
整流
(a )
d
脉冲形 成
e
低通
f
输出
f
输入信号经过 限幅后产生矩 形波,经微分、 t 整流、波形整 形,形成与频 率变化相关的 矩形脉冲波, 经低通滤波器 滤除高次谐 波,便恢复出 与原数字信号 对应的基带数 字信号。 t
22
图 6 – 10 过零检测法原理图和各点时间波形
6.1.3 二进制移相键控(2PSK或BPSK )
在二进制数字调制中,当正弦载波的相位随二进制数字基 带信号离散变化时,则产生二进制移相键控(2PSK)信号。 通常用已调信号载波的0相位和 π 相位分别表示二进制数 字基带信号的1和0。二进制移相键控信号的时域表达式为 e2PSK(t)= [ ∑ an g(t-nTs)] cosωct
n S n
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6
二进制振幅键控信号时间波型如图 6 - 2 所示。
二进制振幅键控信号的产生方法如图 6 - 3 所示,图(a)是采用 模拟相 乘 的 方法实现 , 图 (b) 是 采 用数字 键控 的 方法实现 。 2ASK信号的时间波形随二进制基带信号s(t)通断变化,所以又 称为通断键控信号(OOK信号)。
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判决门限电平
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差分检波法: 输入信号经接收滤波器滤除带外无用信号后被 分成两路,一路直接送到乘法器(平衡调制 器),另一路经时延 τ 送到乘法器,相乘后再 经低通滤波器 提取信号。 见参考书2:P135 图 6-8。 注:对于2FSK信号,当f1- f2 ≥ 2 fs 时, f1和f2 波形对应的频谱间隔较大,可用上、下滤波 器来分离。但是,2 fs 是否是最小容许频率 间隔呢?
8
由图 6 - 2 可以看出,2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。 所以,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),其相应原理方框图如图6 - 4 所示。 2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图 6 - 5 所示。
e2ASK(t )
带通 滤波器
a
全波 整流器
带通滤波器
ω
2
相乘器
(b )
低通 滤波器
图 6 –8 二进制移频键控信号解调器原理图 (a) 非相干解调; (b) 相干解调