通信原理 北邮 第五章 数字基带传输
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通信原理 第五版 第5章 数字基带传输
当p=1/2 ，得双极性NRZ信号的功率谱密度为
PS ( ) f b p(1 p) G1 (f ) G2 (f )
m 2
fb pG1 (mf b ) (1 p )G2 (mf b ) (f mf b )
PS ( )
Tb / 4
2
PS ( ) Tb Sa ( fTb )
4. Manchester码 －－又称双相码、分相码。是对每个二进制代码分别利用两个 具有2个不同相位的二进制新码去取代的码。 1B2B 编码规则： 1 → 1 0 (π相位的一个周期方波) 0 → 0 1 ( 0 相位的一个周期方波)
特点：1）无直流分量； 2）连0串最多为2个； 3）只使用两个电平； 4）编、解码简单； 5）占用带宽宽； 6）含足够的定时信息。
G2(f)
g2(t)
(1) 由g1(t)、g2(t) 、p及Tb 就可确定随机脉冲序列功率谱了；
(2) 随机脉冲序列功率谱包括两部分：连续谱和离散谱。
连续谱→确定带宽；离散谱→确定是否能直接提取码元同步信息; (3) 连续谱始终存在[g1(t) ≠ g2(t)]；
离散谱不一定存在，例：双极性、等概； (4) 上述公式并未约束g1(t) 、 g2(t)波形。有、无某个波形；三角 波、升余弦波；也可以不是基带波形，而是数字调制波形。 ---上述分析方法同样可确定调制波形的功率谱密度。
举例： 输入码字
0 9 16 31
正模式
010111 010011 011101 111010
负模式
101000 010011 100010 000101
补充作业： 1、设二进制序列为110010001110，试画出单极性归 零码， 差分码，八电平码，和CMI码波形； 2、设二进制序列为1000000000101写出AMI码和HDB3码。
数字基带传输系统PPT课件(通信原理)
,最高频带利
设系统频带为W (赫), 则该系统无码间 干扰时的最高传输速率为2W (波特)
21
当H(ω)的定义区间超过
时,满足
奈奎斯特第一准则的H(ω)不只有单一的解.
22
将
圆滑处理(滚降),只要
对W1呈奇对称,则 一准则.
满足奈奎斯特第
滚降因数
23
按余弦滚降的 表示为
当α=1时, 带宽比α=0加宽一倍, 此时,频带利用率为1B/Hz 24
译码:V是表示破坏极性交替规律的传号,V是破坏点,译码时,找 到破坏点,断定V及前3个符号必是连0符号,从而恢复4个连0码, 再将-1变成+1,便得到消息代码.
13
5.3 基带脉冲传输与码间干扰
基带系统模型
d(t)
GT（ω）
C（ω） s(t)
发送滤波器 传输信道
发送滤波器输入
r(t)
+ GR（ω）
破坏极性交替
AMI码含有冗余信息，
规律
具有检错能力。
缺点 与信源统计特性有关，功率谱形状 随传号率（出现“1”的概率）而变化。
出现连“0”时，长时间不出现电平 跳变，定时提取困难。
11
归一化功率谱
P=0.5 P=0.4
HDB3 AMI
1
fT
能量集中在频率为1/2码速处,位定时频率(即码速频率)分量 为0,但只要将基带信号经全波整流变为二元归零码,即可得 12 位定时信号.
第k个接收 基本波形
17
码间干扰
随机干扰
5.4 无码间干扰的基带传输特性
基带传输特性
识别
h(t) 为系统
的冲激响应
18
当无码间干扰时, 对h(t)在kTs抽样,有:
现代通信原理第5章数字基带传输系统..
4T
5T
6T
7T
t
图5-4 双极性归零码NZ
以上四种码型是最简单的二元码，它们有丰富的低 频乃至直流分量，不能用于有交流耦合的传输信道。另 外，当信息中出现长1串或长0串时，不归零码呈现连续 的固定电平，没有电平跃变，也就没有定时信息。这些 码型还存在的另一个问题是，信息1与0分别对应两个传 输电平，相邻信号之间取值独立，相互之间没有制约， 所以不具有检测错误的能力。由于以上这些原因，这些 码型通常只用于设备内部和近距离的传输。
2
2
（5-4） 式中， f s 1 / Ts ,V1 ( f ), V2 ( f ) 分别是 v1 (t ) 与v2 (t ) 的傅里叶变 换。
由式（5-4）可以看出， s (t ) 的功率谱包含两个部分，第一 部分由有冲激函数 ( f mf s ) ，所以为离散谱；第二部分由V1 ( f ) 和 V2 ( f ) 构成，为连续谱。 数字基带信号的功率谱密度对于数字基带传输系统的设 计具有非常重要的作用，系统可根据功率谱密度中的连续谱 确定数字基带信号的带宽。根据离散谱可以确定随机序列是 否包含直流分量（m 0 ）及定时分量（ m 1）。
s s
若 g (t )是 幅 度 为 1 、 占 空 比 为 50% 的 归 零 矩 形 脉 冲 ， fTs 。 则 G( f ) Ts Sa
2 2
式（5-5）的离散谱中，当 m 0 时，G(mfs ) Ts Sa(0) 0，因 此离散谱中有直流分量；当 m 为奇数时，G (mf s ) Ts Sa( m ) 0， 2 2 尤其当m 1时， G( f s ) 0 。因而该信号包含离散的定时分量； Ts m 当 为偶数时， G (mf s ) Sa( 。 )0 m
通信原理：第五章 数字信号的基带传输
《通信原理课件》
5、密勒（Miller）码 密勒码又称延迟调制码，它是双相码的一种变形。编码 规则如下：“1”码用“10”或“01”表示，码元周期中央出 现跳变(而其前后沿不出现跳变) 。“0”码分两种情形处理： 对于单个“0”时，用“11”或“00”表示。要求在码元持续 时间内不出现跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变；对 于连“0”时，用“00”与“11”交替。要求在两个“0”码的 边界处出现跃变。 6、CMI码 CMI 码是传号反转码的简称，其编码规则为： “1”码 交替用“00”和“11”表示；“0”码用“01 ” 表示。CMI 码 的优点是没有直流分量，且有频繁出现波形跳变，便于定 时信息提取，具有误码监测能力。
G1( f ) 0
G2
(
f
)
G
(
f
)
Ts
[
sin
fTs
fTs
]
G2
(mfs
)
sin
Ts[
mfsTs
mfsTs
]
T0s
m0 m0
代入式（5. 8）得单极性不归零信号的双边功率谱密度为
Ps ( f
)
1 4
f
sTs2
[
sin
fTs
fTs
]2
1(f
4
)
1 4
Ts
Sa
2
(
fTs )
1( f )
4
《通信原理课件》
2
f
2 s
[PG1(mfs ) (1 P)G2 (mfs )] 2 ( f mfs ),
m1
f 0
（5.9）
《通信原理课件》
[例5. 1] 求单极性不归零信号的功率谱密度，假定P=1/2。 解：设单极性不归零信号g1(t)=0，g2(t)为图5-5所示的高度为 1、宽度为 Ts的矩形脉冲。
5、密勒（Miller）码 密勒码又称延迟调制码，它是双相码的一种变形。编码 规则如下：“1”码用“10”或“01”表示，码元周期中央出 现跳变(而其前后沿不出现跳变) 。“0”码分两种情形处理： 对于单个“0”时，用“11”或“00”表示。要求在码元持续 时间内不出现跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变；对 于连“0”时，用“00”与“11”交替。要求在两个“0”码的 边界处出现跃变。 6、CMI码 CMI 码是传号反转码的简称，其编码规则为： “1”码 交替用“00”和“11”表示；“0”码用“01 ” 表示。CMI 码 的优点是没有直流分量，且有频繁出现波形跳变，便于定 时信息提取，具有误码监测能力。
G1( f ) 0
G2
(
f
)
G
(
f
)
Ts
[
sin
fTs
fTs
]
G2
(mfs
)
sin
Ts[
mfsTs
mfsTs
]
T0s
m0 m0
代入式（5. 8）得单极性不归零信号的双边功率谱密度为
Ps ( f
)
1 4
f
sTs2
[
sin
fTs
fTs
]2
1(f
4
)
1 4
Ts
Sa
2
(
fTs )
1( f )
4
《通信原理课件》
2
f
2 s
[PG1(mfs ) (1 P)G2 (mfs )] 2 ( f mfs ),
m1
f 0
（5.9）
《通信原理课件》
[例5. 1] 求单极性不归零信号的功率谱密度，假定P=1/2。 解：设单极性不归零信号g1(t)=0，g2(t)为图5-5所示的高度为 1、宽度为 Ts的矩形脉冲。
通信原理第5章数字基带传输系统
s(t)的短截。即
N
sT (t) sn (t)
n N
为了使频谱分析的物理概念清楚，推导过程简 化，将sT(t)分解成稳态波vT(t)和交变波uT(t)。
24
稳态波：是随机序列s(t)的统计平均分量，
取决于每个码元内出现g1(t)、 g2(t)的概率加 权平均，且每个码元统计平均波形相同，因
此可表示成：
13
2. 双极性不归零码波形（BNRZ）
脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码1、0。
特点：当0、 1符号等概出现时无直流分量（幅度相 等、极性相反的双极性波形） 。 接收端判决电平为 0，不受信道特性变化的影响，抗干扰能力较强。双 极性波形有利于在信道中传输。
E
10
-E
14
3. 单极性归零波形（RZ）
f
s
Pg1(t) (1 P)g2 (t) e jms d
f s PG1(m s ) (1 P)G2 (ms )
28
式中
G1(ms ) g1(t)e jmstdt
G2 (ms ) g2 (t)e jmstdt
29
把得到的Cm代回v(t)表达式得
v(t) f s PG1(m s ) (1 P)G2 (m s )e jmst
代码
10
0
Ts
12
此波型不宜传输。因为：
1）有直流分量，一般信道难于传输零频附近的 频率分量。 2）收端判决门限电平与信号功率有关，受信道特 性变化影响，不方便。 3）不能直接用来提取位同步信号，因NRZ连0序 列中不含有位同步信号频率成分。 4）要求传输线路有直流传输能力，即有一根需要 接地。
此波形只适用于计算机内部或极近传输。
信道匹配， 便于传输，减小码间串扰，利于同步提取
N
sT (t) sn (t)
n N
为了使频谱分析的物理概念清楚，推导过程简 化，将sT(t)分解成稳态波vT(t)和交变波uT(t)。
24
稳态波：是随机序列s(t)的统计平均分量，
取决于每个码元内出现g1(t)、 g2(t)的概率加 权平均，且每个码元统计平均波形相同，因
此可表示成：
13
2. 双极性不归零码波形（BNRZ）
脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码1、0。
特点：当0、 1符号等概出现时无直流分量（幅度相 等、极性相反的双极性波形） 。 接收端判决电平为 0，不受信道特性变化的影响，抗干扰能力较强。双 极性波形有利于在信道中传输。
E
10
-E
14
3. 单极性归零波形（RZ）
f
s
Pg1(t) (1 P)g2 (t) e jms d
f s PG1(m s ) (1 P)G2 (ms )
28
式中
G1(ms ) g1(t)e jmstdt
G2 (ms ) g2 (t)e jmstdt
29
把得到的Cm代回v(t)表达式得
v(t) f s PG1(m s ) (1 P)G2 (m s )e jmst
代码
10
0
Ts
12
此波型不宜传输。因为：
1）有直流分量，一般信道难于传输零频附近的 频率分量。 2）收端判决门限电平与信号功率有关，受信道特 性变化影响，不方便。 3）不能直接用来提取位同步信号，因NRZ连0序 列中不含有位同步信号频率成分。 4）要求传输线路有直流传输能力，即有一根需要 接地。
此波形只适用于计算机内部或极近传输。
信道匹配， 便于传输，减小码间串扰，利于同步提取
北邮通信原理课件-第五章1
如果一个数字通信系统的信息传输速率是Rb ， 该系统所占用的带宽是B，则其频带利用率是 Rb/B （bit/s/Hz）。
信息速率 带宽
或者按波特率来衡量：如果一个数字通信系统 的符号输速率是 Rs，该系统所占用的带宽是B， 则其频带利用率是 Rs/B （Baud/Hz）。
符号速率 带宽
12
5.2 数字基带信号波形及其功率谱密度
j 2 fmTs
m0 m0
Pa f m
2 a
2 a
m
e j 2 fmTs
m j 2 fmTs j 2 fmTs f T e T e T s m s m m s
Pa f m
2
连续谱 若MPAM信号均值为零，则：
Ps f
2 a
线谱
T
2 s
GT f
2
31
例题
求单极性不归零二元码的功率密度谱。
32
5.2.4 常用线路码型
同轴电缆： 60KHz
P( f )
单极性不归零码：
0
Rb
2Rb
f
33
5.2.4 常用线路码型
概述：基带传输时，采用的一些基带数字信号，主要用于 基带设备连接（如交换机连接传输设备、网卡连接hub 等）、磁记录、以及其它用途。 设计原则 符合信道的特性 高频分量少 便于提取符号同步信号 减少误码扩散 便于误码检测：内在的检错能力 尽量高的编码效率
半占空脉冲
传号交替反转
36
AMI
0.25
主瓣占81%的能量，92%的能量在2Rb内
0.2
数字通信原理第5章 数字信号传输
这一信号传输速率与理想低通截止 频率的关系就是数字信号传输的一个重 要准则——奈奎斯特第一准则，简称奈 氏第一准则。
3.滚降低通传输网络
具有奇对称滚降特性的低通滤波器作 为图5-7所示的传输网络。 图5-12定性画出滚降低通的幅频特性。
图5-12 滚降低通的幅频特性
1 / 2) 只要滚降低通的幅频特性以 C( f c， 点呈奇对称滚降，则可满足无码间干扰的 条件（此时仍需满足符号速率= 2 f c ）。
图5-1 二进制数字信号信号序列的基本波形
图5-3是几种随机二进制数字信号序 列的功率谱曲线（设“0”码和“1”码 出现的概率均为1/2）。
图5-3 二进制数字信号序列的功率谱
经分析得出，随机二进制数字信号 序列的功率谱包括连续谱和离散谱两个 部分（图中箭头表示离散谱分量，连续 曲线表示连续谱分量）。
图5-15
AMI码及功率谱
例如： 二进码序列：1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 AMI码序列：+l-10 +1 0 0-1 0 0 0+1-1 AMI码符合要求，是CCITT建议采 用的传输码型之一。
但AMI码的缺点是二进码序列中的“0” 码变换后仍然是“0”码，如果原二进码序列 中连“0”码过多，AMI码中便会出现长连 “0”，这就不利于定时钟信息的提取。 为了克服这一缺点，引出了HDB3码。
信道是各种电缆，其传递函数是L（）， n（t）为噪声干扰。
接收滤波器的传递函数为E（ ）, 其作用是限制带外噪声进入接收系统以 提高判决点的信噪比，另外还参与信号 的波形形成（形成判决点的波形）。
接收滤波器的输出端（称为抽样判决 点或简称判决点）波形用R（t）表示，其 频谱为R（ ）。
通信原理第5章数字信号的基带传输
和带宽利用率。
影响因素
带宽效率受到多种因素的影响， 包括信号的频谱特性、传输通道
的带宽限制、多径干扰等。
提高方法
为了提高带宽效率，可以采用高 阶调制技术、多载波调制技术、 高效编码技术等措施，以提高数 字信号的传输速率和带宽利用率。
05 基带传输的未来发展与挑 战
高频谱效率的基带传输技术
高级编码调制技术
简化的信号处理算法
研究和发展简化的信号处理算法，降低基带传输的复杂度，提高 实时性和能效。
低复杂度调制解调技术
采用低复杂度的调制解调技术，如QPSK、16-QAM等，降低实现 难度和功耗。
硬件加速技术
利用硬件加速技术，如FPGA和ASIC，实现高速数字信号处理，降 低计算复杂度。
基带传输在物联网中的应用与挑战
基带传输的应用场景
有线局域网
基带传输在有线局域网中广泛应用， 如以太网（Ethernet）。
光纤通信
在光纤通信中，基带传输常用于短距 离、高速率的信号传输。
无线局域网（WLAN）
WLAN中的信号传输通常采用基带传 输方式。
数字电视信号传输
数字电视信号通常采用基带传输方式， 通过同轴电缆或光纤进行传输。
04 基带传输的性能指标
误码率
01
02
03
误码率
是指在传输过程中，错误 接收的码元与总传输码元 的比值，是衡量数字通信 系统可靠性的重要指标。
影响因素
误码率受到多种因素的影 响，包括信噪比、信号的 频谱特性、传输通道的畸 变、多径干扰等。
降低方法
为了降低误码率，可以采 用差分编码、信道编码、 均衡技术等措施，以提高 数字信号的抗干扰能力。
信噪比
信噪比
影响因素
带宽效率受到多种因素的影响， 包括信号的频谱特性、传输通道
的带宽限制、多径干扰等。
提高方法
为了提高带宽效率，可以采用高 阶调制技术、多载波调制技术、 高效编码技术等措施，以提高数 字信号的传输速率和带宽利用率。
05 基带传输的未来发展与挑 战
高频谱效率的基带传输技术
高级编码调制技术
简化的信号处理算法
研究和发展简化的信号处理算法，降低基带传输的复杂度，提高 实时性和能效。
低复杂度调制解调技术
采用低复杂度的调制解调技术，如QPSK、16-QAM等，降低实现 难度和功耗。
硬件加速技术
利用硬件加速技术，如FPGA和ASIC，实现高速数字信号处理，降 低计算复杂度。
基带传输在物联网中的应用与挑战
基带传输的应用场景
有线局域网
基带传输在有线局域网中广泛应用， 如以太网（Ethernet）。
光纤通信
在光纤通信中，基带传输常用于短距 离、高速率的信号传输。
无线局域网（WLAN）
WLAN中的信号传输通常采用基带传 输方式。
数字电视信号传输
数字电视信号通常采用基带传输方式， 通过同轴电缆或光纤进行传输。
04 基带传输的性能指标
误码率
01
02
03
误码率
是指在传输过程中，错误 接收的码元与总传输码元 的比值，是衡量数字通信 系统可靠性的重要指标。
影响因素
误码率受到多种因素的影 响，包括信噪比、信号的 频谱特性、传输通道的畸 变、多径干扰等。
降低方法
为了降低误码率，可以采 用差分编码、信道编码、 均衡技术等措施，以提高 数字信号的抗干扰能力。
信噪比
信噪比
通信原理 第五章 基带数字信号的表示和传输
HDB3码
通信原理
【例】1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1
AMI码
HDB3码 【例】2 HDB3码
+ 0 0 0 - + - 0 0 + + 0 0 0 - + - 0 0 + -
1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 + 0 0 0 V+ - 0 + - 0 0 0 V- 0 +
电子工业出版社
主要内容
通信原理
5.1
概 述
5.2 字符的编码
5.3 数字基带信号波形 5.4 基带传输的常用码型 5.5 基带数字信号的频率特性 5.6 基带数字信号传输与码间串扰 5.7 眼图 5.8 时域均衡
电子工业出版社
5.3 数字基带信号波形
通信原理
1
数字基带信号
2
基带信号的波形的形成
电子工业出版社
电子工业出版社
最常见的基带信号波形
通信原理
单极性不归零脉冲 双极性不归零脉冲 单极性归零脉冲 双极性归零脉冲 差分码（相对码） 多电平脉冲
电子工业出版社
多电平脉冲
通信原理
这种信号多于一个二进制符号对应于一个 脉冲的基带信号这种波形统称为多值波形 或多电平波形。 例如，令两个二进制符号00对应+3E，01对 应+E，10对应-E，11对应-3E，则所得波形 为4值波形或4电平波形。
5.3 数字基带信号的波形
通信原理
1
数字基带信号
2
基带信号的波形的形成
电子工业出版社
基带信号的波形形成
通信原理
单极性脉冲与单极性归零脉冲间的变换 绝对码与相对码之间变换
通信原理答案5
第五章 数字基带传输系统第六章\设随机二进制序列中的0和1分别由g （t ）和-g （t ）组成，它们的出现概率分别为P 及（1-P ）：求其功率谱密度及功率；解：（1）随机二进制序列的双边功率谱密度为P s (ω)=f s P(1-P)|G 1(f)-G 2(f)|2 + ∑|f s [PG 1(mf s ) + (1-P)G 2(mf s )]|2δ(f- mf s ) 由g 1(t)=-g 2(t)=g(t)得P s (ω)=4f s P(1-P)G 2(f) + f s (1-2P)2∑|G(mf s )|2δ(f- mf s )式中，G(f)是g （t ）的频谱函数，在功率谱密度P s (ω)中，第一部分是其连续谱部分，第二部分是其离散成分。
随机二进制序列的功率为 S=1/2л∫P s (ω)d ω=4f s P(1-P)∫G 2(f)df + ∑|f s (1-2P) G(mf s )|2∫δ(f- mf s )df =4f s P(1-P)∫G 2(f)df + f s P(1-P)2∑|G(mf s )|2 (2)当基带脉冲波形g(t)为⎪⎩⎪⎨⎧≤=t T t t g s 其他,02||,1)(g(t)的傅立叶变换G(f)为s ssfT fT T f G ππsin )(=因为0sin )(==ss ss sT f T f T f G ππ由题（1）中的结果知，此时的离散分量为0。
（3）⎪⎩⎪⎨⎧≤=t T t t g s 其他,04||,1)(g （t ）的傅立叶变换G （f ）为2/2/sin 2)(≠==πππss s s s s T T f T f T f G所以该二进制序列存在离散分量s sT f 1=1. 设某二进制数字基带信号的基本脉冲为三角形脉冲，如图所示。
图中s T 为码元间隔，数字信号“1”和“0”分别用g(t)的有无表示，且“1”和“0”出现的概率相等：（1） 求该数字基带信号的功率谱密度，并画出功率谱密度图；（2）能否从该数字基带信中提取码元同步所需的频率ss T f 1=的分量，若能，式计算该分量的功率。
第五章 数字基带传输系统
1、AMI码 2、HDB3码 3、曼彻斯特编码（双相码） 4、密勒码 5、CMI码
通信原理
双极性信号交替反转码（AMI）
(1) 零电平代表二进制0，交替出现的正负电压 表示1。 (2) 信号交替反转码用交替变换的正、负电平 表示比特1的方法使其所含的直流分量为零
通信原理
– (3)AMI实现了两个元间隔虚线）
二是可对连续的比特1可进行同步。
– (4)但对一连串的比特0并无同步确保机制。
– (5)为解决比特0的同步，两种AMI的变型B8ZS和
HDB3被研究出来，前者在北美使用，后者用于 日本和欧洲。
B8ZS、HDB3都是在ＡＭＩ的基础上变化的
通信原理
高密度双极性3零码（HDB3）
虽然名称是3零编码，实际是当连续出现 4个比特0时，就在AMI编码中引入变动。
通信原理
通信原理
CMI（Coded Mark Inversion）码
编码规则是：消息码“1”交替用正和负电压 表示，或者说交替用“11”和“00”表示；信 息码“0”用“01”表示
通信原理
通信原理
4、常用数字基带信号的功率谱密度
通信原理
采用升余弦脉冲代替矩形脉冲---基带成型
基带成型后不归零码的功率谱密度，带外能量很少，不易失真
通信原理
字符编码
由于计算机只能识别、存储、和处理二进制的 信息，而字符信息又是最重要的数据信息。这 样为了使计算机能处理字符，规定了字符和二 进制数之间的对应关系，称字符编码。它涉及 到信息的表示，交换，处理，传输和存储以国 家或国际标准的形式来实施。 字符编码：将字符用二进制数来表示的编码。
码型：表示二进制数中0和1的信号形式被称为 码形。 在数字通信中，用直流信号表示二进制数中的 0 和1 。 数字数据基带信号常用码型有二电平码，差分 码，交替反转码（AMI），曼彻斯特码，差分 曼彻斯特码，密勒码，多电平码，和二进制编 码等。
通信工程原理经典课件-数字基带传输系统
调制解调器
使用调制解调器对数字信号进行编解码和传输。
交换机
路由器
用于建立和维护通信链路，实现数据的传输和交换。
将数据包路由到目标节点，实现远程通信和数据传 输。
基带等化
信道失真
在传输过程中，信号可能会受到噪声、衰减或干扰等因素的影响，导致信道失真。
均衡器
使用均衡器对信号进行调整和修正，以恢复信号的完整性和准确性。
标准化规范
数字基带传输系统的设计和实现需要遵循一系列 标准和规范，确保数据的有效传输。
难度挑战
设计和优化数字基带传输系统需要考虑信道损耗、 干扰和噪声等复杂因素。
数模转换
1 数字信号
将模拟信号转换为数字信号，以便在数字系统中传输和处理。
2 采样过程
通过对模拟信号进行离散采样，将连续信号转换为离散的数字信号。
纠错编码
1
错误检测
பைடு நூலகம்
通过增加冗余信息，使接收端能够检测和纠正传输过程中的错误。
2
编码方案
常用的纠错编码方案包括海明码、维特比码和卷积码等。
3
数据完整性
纠错编码可以提高数据传输的完整性和可靠性，减少传输错误和丢失。
3 量化技术
通过将连续幅度值转换为离散级别值，实现模拟信号的数字化表示。
基带调制
1
调幅
将数字信号转换为模拟信号的一种方法，
调频
2
调整载波的幅度以表示不同数值。
通过改变载波频率，实现数字信号与模
拟载波的传输。
3
调相
通过改变载波的相位，将数字信号编码 为模拟信号。
线性传输系统
传输介质
选择适当的传输介质，如光纤或电缆，以确保信号 的传输质量。
通信原理第五章 数字信号的基带传输
2
35
接收滤波器输出信号 r(t) d (t) h(t) nR (t) anh(t nTS ) nR (t) n
式中，nR(t)是加性噪声n(t)经过接收滤波器后输出的噪声
抽样判决：
例：第k个码元 ak 的取值，在t = kTs + t0 时刻上对r(t)进行抽样，
确定r(t)在该样点上的值。由上式得
连续谱反映信号中的交变部分，总是存在。 离散谱反映的是数字基带信号中的周期成分，实际中可能存在也 可能不存在，离散谱信息对提取位同步信号很重要。
26
27
28
pow er density 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
1.2
NRZ
1 0.8 0.6 0.4 0.2
可归述为：一个实际的H()特性若能等效成一个理
想（矩形）低通滤波器，则可实现无码间串扰。
47
无码间串扰的基带系统频域传输函数应满足的条件：
i
H (
2i
Ts
)
Ts
,
抽 样 基带脉冲 判决器 输出
噪声
同步 提取
信道信号形成器（发送滤波器）：压缩输入信号频带，把传输码变
换成适宜于信道传输的基带信号波形。
信道：信道的传输特性不满足无失真传输条件，引起
传输波形的失真。引入噪声。
接收滤波器：接收信号，滤除信道噪声，对信道特性
进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。
抽样判决器：对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，
40
奈奎斯特第一准则
如果信号经过传输后波形发生了变化，但只要在 其特定点的抽样值保持不变，那么用抽样判决的方 式，仍然可以无失真的恢复原始代码，因为信息完 全携带在幅度上。（抽样值无失真准则）
35
接收滤波器输出信号 r(t) d (t) h(t) nR (t) anh(t nTS ) nR (t) n
式中，nR(t)是加性噪声n(t)经过接收滤波器后输出的噪声
抽样判决：
例：第k个码元 ak 的取值，在t = kTs + t0 时刻上对r(t)进行抽样，
确定r(t)在该样点上的值。由上式得
连续谱反映信号中的交变部分，总是存在。 离散谱反映的是数字基带信号中的周期成分，实际中可能存在也 可能不存在，离散谱信息对提取位同步信号很重要。
26
27
28
pow er density 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
1.2
NRZ
1 0.8 0.6 0.4 0.2
可归述为：一个实际的H()特性若能等效成一个理
想（矩形）低通滤波器，则可实现无码间串扰。
47
无码间串扰的基带系统频域传输函数应满足的条件：
i
H (
2i
Ts
)
Ts
,
抽 样 基带脉冲 判决器 输出
噪声
同步 提取
信道信号形成器（发送滤波器）：压缩输入信号频带，把传输码变
换成适宜于信道传输的基带信号波形。
信道：信道的传输特性不满足无失真传输条件，引起
传输波形的失真。引入噪声。
接收滤波器：接收信号，滤除信道噪声，对信道特性
进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。
抽样判决器：对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，
40
奈奎斯特第一准则
如果信号经过传输后波形发生了变化，但只要在 其特定点的抽样值保持不变，那么用抽样判决的方 式，仍然可以无失真的恢复原始代码，因为信息完 全携带在幅度上。（抽样值无失真准则）
北邮通信原理课件-第五章2解析
图形上可以估计出系统的性能（指码间串扰和噪声的大小）。 另外也可以根据此特性对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰
和改善系统的传输性能。
接收 y(t)
滤波器
眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统 性能时在示波器上观察到的像人的眼睛一样的图形。
33
眼图
信号：
示波器显示：
34
码间串扰 VS 码间串扰+噪声
3Tb
ht
Sa
2
Tb
t
2
1
2 Tb
t
-1.5Tb -0.5Tb0.5Tb1.5Tb
t
t
14
等效传递函数的频域特性
h t H f e j2 ftdf
t=kTb
h kTb H f e j2 fkTbdf
分段积分，每段长为1/Tb
3 10 1
3
5
y
2Tb 2Tb 2Tb 2Tb 2Tb
f b>2W（码元速率大于两倍系统带宽）
H ( f n Tb )
n
1 1 W W
Tb
Tb
W
1 W
1
1 W
Tb
Tb
Tb
结论：当码元速率大于基带传输系统带宽 的两倍时，无法得到一个无码间串扰的系 统，或者说无法设计一个无码间串扰的信 号波形。
18
讨论 H ( f m /Tb )
m
sin c x sin x
h t
H
f
e j2 ftdf
d t an t nTs
n
s t angT t nTs
限带情况下，如何做到： 抽样时刻无码间干扰？
11
抽样值
y
和改善系统的传输性能。
接收 y(t)
滤波器
眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统 性能时在示波器上观察到的像人的眼睛一样的图形。
33
眼图
信号：
示波器显示：
34
码间串扰 VS 码间串扰+噪声
3Tb
ht
Sa
2
Tb
t
2
1
2 Tb
t
-1.5Tb -0.5Tb0.5Tb1.5Tb
t
t
14
等效传递函数的频域特性
h t H f e j2 ftdf
t=kTb
h kTb H f e j2 fkTbdf
分段积分，每段长为1/Tb
3 10 1
3
5
y
2Tb 2Tb 2Tb 2Tb 2Tb
f b>2W（码元速率大于两倍系统带宽）
H ( f n Tb )
n
1 1 W W
Tb
Tb
W
1 W
1
1 W
Tb
Tb
Tb
结论：当码元速率大于基带传输系统带宽 的两倍时，无法得到一个无码间串扰的系 统，或者说无法设计一个无码间串扰的信 号波形。
18
讨论 H ( f m /Tb )
m
sin c x sin x
h t
H
f
e j2 ftdf
d t an t nTs
n
s t angT t nTs
限带情况下，如何做到： 抽样时刻无码间干扰？
11
抽样值
y
北邮通信原理习题答案第五章 数字信号的基带传输
2
fTb 4 Pu f sin 2 2 1 1 而 u t 是速率为 2Ts Tb 的双极性 RZ 码，所以
2
Pu f
2 A2Tb 1 fT G f sinc2 b Tb 4 2
故
fT fTb Ps f A2Tb sinc2 b sin 2 2 2
100101010101010101101010010110010101011001 (2)波形如下：
(3)AMI 码和 HDB3 码可以看成是一种双极性的 RZ 信号，经过全波 整流后成为单极性 RZ 信号，它包含时钟的线谱分量，故此可直接提 取。提取时钟的框图如下：
Macnshester 码经过全波整流后是直流，不能用上述办法。需要先微 分，使之成为一种双极性 RZ 信号，然后再用上述办法，不过注意这 里提出的二倍频时钟，故需要二分频。提取时钟的框图如下：
f
2
f
2k 1 Tb
于是 s t 的功率谱密度为：
Ps f Tb 1 T 1 sinc2 f b f 2 16 4 2 4
k
1
2k 1
2
2k 1 Tb
5. 错误！未定义书签。 假设信息比特 1、0 以独立等概方式出现， 求数字分相码的功率谱密度。 解一：数字分相码可以表示成二进制 PAM 信号的形式
解三：假设二进制 0 映射为-1，1 映射为-1。记信息码序列为 an ，
an 1 ，编码结果为 bk ， bk 1 ， an 中的第 n 个 an 对应 bk 中的
fTb 4 Pu f sin 2 2 1 1 而 u t 是速率为 2Ts Tb 的双极性 RZ 码，所以
2
Pu f
2 A2Tb 1 fT G f sinc2 b Tb 4 2
故
fT fTb Ps f A2Tb sinc2 b sin 2 2 2
100101010101010101101010010110010101011001 (2)波形如下：
(3)AMI 码和 HDB3 码可以看成是一种双极性的 RZ 信号，经过全波 整流后成为单极性 RZ 信号，它包含时钟的线谱分量，故此可直接提 取。提取时钟的框图如下：
Macnshester 码经过全波整流后是直流，不能用上述办法。需要先微 分，使之成为一种双极性 RZ 信号，然后再用上述办法，不过注意这 里提出的二倍频时钟，故需要二分频。提取时钟的框图如下：
f
2
f
2k 1 Tb
于是 s t 的功率谱密度为：
Ps f Tb 1 T 1 sinc2 f b f 2 16 4 2 4
k
1
2k 1
2
2k 1 Tb
5. 错误！未定义书签。 假设信息比特 1、0 以独立等概方式出现， 求数字分相码的功率谱密度。 解一：数字分相码可以表示成二进制 PAM 信号的形式
解三：假设二进制 0 映射为-1，1 映射为-1。记信息码序列为 an ，
an 1 ，编码结果为 bk ， bk 1 ， an 中的第 n 个 an 对应 bk 中的
通信原理06数字基带传输
数字基带信号的波形有很多，常见的有矩形脉 冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。最常用的 是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换。
数字基带信号常见的码型
1.单极性不归零码(NRZ) 2. 双极性不归零码(BNRZ) 3. 单极性归零码(RZ) 4. 双极性归零码(BRZ) 5. 差分码 （相对码） 6. AMI码（传号交替反转码） 7. HDB3码（三阶高密度双极性码） 8.
原信息码： 11010000001001000001
【例6-4 】 Байду номын сангаасDB3码的波形如图（a）所示。求 原信息序列。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
(a)
t
0 Tb 2Tb
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
d (t)为经过了码型变换的单位冲激序列，码元间隔为Tb ，有：
d (t) ak (t kTb )
y(t) ak h(t kTb ) nR (t)
k
k
6.3.2 码间干扰
y(t) ak h(t kTb ) nR (t) k
第m个码元的取样判决时刻为：(mTb t0 )
噪声在取 样瞬间的
值
H()
-h
h
码间干扰
Tb
Tb
Tb
Tb
１
０
１
１
t
码间
码间
码间
干扰
干扰
干扰
1.码间干扰
取样点
取样点
取样点
取样点
图５.4.2 码间干扰示意图
2.码间干扰产生的原因：信道的特性不理想
数字基带信号常见的码型
1.单极性不归零码(NRZ) 2. 双极性不归零码(BNRZ) 3. 单极性归零码(RZ) 4. 双极性归零码(BRZ) 5. 差分码 （相对码） 6. AMI码（传号交替反转码） 7. HDB3码（三阶高密度双极性码） 8.
原信息码： 11010000001001000001
【例6-4 】 Байду номын сангаасDB3码的波形如图（a）所示。求 原信息序列。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
(a)
t
0 Tb 2Tb
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
d (t)为经过了码型变换的单位冲激序列，码元间隔为Tb ，有：
d (t) ak (t kTb )
y(t) ak h(t kTb ) nR (t)
k
k
6.3.2 码间干扰
y(t) ak h(t kTb ) nR (t) k
第m个码元的取样判决时刻为：(mTb t0 )
噪声在取 样瞬间的
值
H()
-h
h
码间干扰
Tb
Tb
Tb
Tb
１
０
１
１
t
码间
码间
码间
干扰
干扰
干扰
1.码间干扰
取样点
取样点
取样点
取样点
图５.4.2 码间干扰示意图
2.码间干扰产生的原因：信道的特性不理想
通信原理课件-第05章 数字基带传输系统 168页 4.9M PPT版
• 对离散谱，一般情况下，也总存在，但 若g1(t),g2(t)是双极性的脉冲，且波形出现 的概率相同，此时没有离散谱。
5.3 基带传输的常用码型
• 码型——数字基带信号可以以不同形式的电脉 冲出现，电脉冲的存在形式称为码型。
• 码型编码——通常把数字信号的电脉冲表示过 程称为码型编码或码型变换，由码型还原为原 来数字信号的过程称为码型译码。
单极性码
双极性归零码
双极性码
差分码
单极性归零码
多元码
• 实际中，组成基带信号的单个码元并非一定是 矩形，根据实际的需要，还可有多种多样的形 式，如升余弦脉冲、高斯型脉冲等
• 数字信号的表示
• 若令g1(t)对应于二进制符号的“0” • g2(t)对应于二进制符号的“1” • 码元的间隔为Ts，则基带信号可以表示为：
• 2、HDB3 码
• 可看作是AMI码的一种改进型。使用这 种码型的目的是解决信息码中出现连“0” 串时所带来的问题。
• 编码规则：
• 先检查消息代码的连0串情况，当没有4 个或4个以上连0串时，则按照AMI码的 编码规则对消息代码进行编码；
•当出现4个或4个以上连0串时，则将每4个连0小段 的第4个0变换成与前一个非0符号（+1或-1）同极性 的符号，这个符号称之为破坏符号，用V表示，为了 使附加V符号后的序列不破坏“极性交替反转”造成 的
• 4、双相码（曼彻斯特码） • 是对每个二进制代码分别利用两个具有2个不
同相位的二进制新码去取代的码。 • 编码规则： • 0---01（0相位的一个周期的方波） • 1---10（π相位的一个周期的方波） • 例如
• 该码的带宽比较宽
• 5、Miller(密勒）码（延迟调制码） • 是双相码的一种变形
5.3 基带传输的常用码型
• 码型——数字基带信号可以以不同形式的电脉 冲出现，电脉冲的存在形式称为码型。
• 码型编码——通常把数字信号的电脉冲表示过 程称为码型编码或码型变换，由码型还原为原 来数字信号的过程称为码型译码。
单极性码
双极性归零码
双极性码
差分码
单极性归零码
多元码
• 实际中，组成基带信号的单个码元并非一定是 矩形，根据实际的需要，还可有多种多样的形 式，如升余弦脉冲、高斯型脉冲等
• 数字信号的表示
• 若令g1(t)对应于二进制符号的“0” • g2(t)对应于二进制符号的“1” • 码元的间隔为Ts，则基带信号可以表示为：
• 2、HDB3 码
• 可看作是AMI码的一种改进型。使用这 种码型的目的是解决信息码中出现连“0” 串时所带来的问题。
• 编码规则：
• 先检查消息代码的连0串情况，当没有4 个或4个以上连0串时，则按照AMI码的 编码规则对消息代码进行编码；
•当出现4个或4个以上连0串时，则将每4个连0小段 的第4个0变换成与前一个非0符号（+1或-1）同极性 的符号，这个符号称之为破坏符号，用V表示，为了 使附加V符号后的序列不破坏“极性交替反转”造成 的
• 4、双相码（曼彻斯特码） • 是对每个二进制代码分别利用两个具有2个不
同相位的二进制新码去取代的码。 • 编码规则： • 0---01（0相位的一个周期的方波） • 1---10（π相位的一个周期的方波） • 例如
• 该码的带宽比较宽
• 5、Miller(密勒）码（延迟调制码） • 是双相码的一种变形
北京邮电大学-《通信原理》辅导-数字基带传输系统
第五章数字基带传输系统基本概念5.1数字基带传输系统5.1.1 利用基带信号传输离散消息的系统称为数字基带传输系统。
二元数字基带传输系统传送二元消息（，），是最简单的数字基带传输系统。
数字基10带传输系统框图如下：S 信道信号形成器将其输入数字信号变换为适合在基带信道中传输的信号，称为信道信号。
接收滤波器滤除噪声，通过信号，抽样判决器对信号码元抽样，根据抽样结果判决输出离散消息。
抽样判决器是数字传输系统的特点。
为了正常抽样，在接收端需要有与发端同步的抽样脉冲。
通常，收端的同步抽样脉冲需要从接收的信号中提取。
数字基带信号及其频谱特性5.1.2 输出干扰图5—1以上是几种基带脉冲信号波形的示意图-E- ca bde f由组成的序列表示信息，即为传送的对象。
我们用基带信号传送此信息，基带信号可表示为： 它是一随机过程，其唯一随机参数是；可求 得其数学期望为：称作的稳态分量，表为，不难证明：是周期为的周期函数；称为 的交变分量，显然它是均值为零的随机过程。
设序列中不同码元统计独立，则 可求得的功率谱密度为：令 a n 表示第n 个二进制信息码元,取值为0,1 ,取0的概率为, P a n = 0P ; 则取1的概率为, P a n = 1P ; 信息码元与对应的基带信号的关系为: 0 g 1t , 1 g 2t ;a n .....a -n a -n -1....a -1a 0a 1......a n -1a n a n +1.....g 1t , g 2t S t ∞∑n = -∞[1-a n g 1t - nT s + a n g 2 t - nT s a n E [S t ] = ∞∑n = -∞[P g 1t - nT s + 1- P g 2 t - nT s S t v t v t u t S t - v t S tS t a k , a j ( k ≠ j )T s随机脉冲序列的功率谱密度包括两部 分：由交变波的连续谱及由稳态波的离散谱组成。
相关主题
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2015/10/22 北京邮电大学信息与通信工程学院 niukai@ 9
一些概念
• 频带利用率
– 数字通信系统中， 所传输的信息速率（或符号速率） 与系统带宽之比值 – 单位为bit/s/Hz（或Bd/Hz ）
2015/10/22
北京邮电大学信息与通信工程学院 niukai@
n n
gT [t lTs ] g (t )
l
s(t)的均值是周期函数
2015/10/22 北京邮电大学信息与通信工程学院 niukai@ 30
Rs (t , t ) E S (t ) S (t )
23
绝对码：
相对码： 1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
1
1
0
1
……
……
+A
……
0
Tb 2T b
3T b
4T b
5T b
6T b
7T b
8T b
t
绝对码： 相对码： 0
+A
1 1
1 0
1 1
0 1
0 1
1 0
0 0
…… ……
…… 0
Tb
2T b
3T b
4T b
5T b
6T b
7T b
8T b
t
(a) 相对码信号波形图（单极性不归零码）
10
5.2 数字基带信号波形及其功率谱密度
• • • • 5.2.1 数字脉冲幅度调制(PAM) 5.2.2 常用的数字PAM信号波形(码型) 5.2.3 数字PAM信号的功率谱密度计算 5.2.4 常用线路码型
2015/10/22
北京邮电大学信息与通信工程学院 niukai@
北京邮电大学信息与通信工程学院 niukai@
18
3. 单极性归零码(RZ)
• 2PAM信号波形的幅度
A an 0 1 0
gT (t ) 1 0 t Tb / 2
• gT(t)为归零脉冲
2015/10/22
北京邮电大学信息与通信工程学院 niukai@
2015/10/22 北京邮电大学信息与通信工程学院 niukai@ 24
在绝对码的二进制符号相互独立、”1‖和”0‖等 概出现的条件下，相对码的功率谱密度与绝对码 的功率谱相同
P( f )
0
0.5 Rb
Rb
1.5 Rb
2 Rb
f
（b）相对码单边功率普密度图（单极性不归零码）
E[a a ] g Ra (m) E an anm
n k n k
T
(t nTs ) gT (t kTs )
广义平稳
Rs (t , t ) Ra (k n) gT (t nTs )gT (t kTs )
• 码元速率与信息速率的关系
– M 进制数字通信系统中，M=2k，则k个二进制符号与一个M 进制符号对应。 – 对应关系log2 M = k 。例如： M 进制符号速率为RS (Bd)， 二进制符号速率为Rb (bit/s)，则： RS = R b/ log2 M= R b/ k (Bd，波特) Rb = R S log2 M= R S k (bit/s，比特/秒)
2015/10/22 北京邮电大学信息与通信工程学院 niukai@ 2
5.1 引言
• 数字通信系统的组成
2015/10/22
北京邮电大学信息与通信工程学院 niukai@
3
：二进符号{0,1} 二进信号波形 0s0(t)， 1s1(t) – M进制(M>2)：k个二进符号M=2k信号波形 {0,1,2,…，M-1} {s0(t), s1(t), s2(t), …, s M-1(t)}
31
g (t Ts ) gT [(t Ts ) nTs ] gT [(t Ts ) nTs mTs ]
19
2015/10/22
北京邮电大学信息与通信工程学院 niukai@
20
4. 双极性归零码
• 2PAM信号的幅度及gT(t)波形
A an A 1 0
gT (t ) 1 0 t Tb / 2
• gT(t)为归零脉冲
2015/10/22
北京邮电大学信息与通信工程学院 niukai@
– 数字基带信号通过基带信道传输的系统
2015/10/22 北京邮电大学信息与通信工程学院 niukai@ 5
一些概念
• 频带信道 – 信道的传递函数是带通型的 – 如：无线信道、光纤信道 – 应用：无线通信、光纤通信等 • 数字频带传输系统
– 数字基带信号经过调制生成频带信号，通过频带信 道传输的系统
1 R b= Tb
0
0.5RS
RS
1.5RS
f 2RS
• 频谱利用率提高(RS = R b/ k ) • 信号功率需加大
2015/10/22 北京邮电大学信息与通信工程学院 niukai@ 28
5.2.3 数字PAM信号的功率谱密度计算
• PAM信号
s (t ) an gT (tc nTs )
• 数字基带信号 – 数字信号的频谱是低通型的
2015/10/22
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一些概念
• 基带信道 – 信道的传递函数是低通型的 – 如：电缆、双绞线 – 应用：计算机网络等 – 频带传输系统可等效为基带传输系统 – 研究系统特性、计算机仿真常在基带 • 数字基带传输系统
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2. 双极性不归零码
• 2PAM信号的幅度及gT(t)波形
A an A 1 0
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6. 多电平的PAM信号波形(MPAM)
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6. 多电平的PAM信号波形(MPAM)
P( f )
Rb RS= 3
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1. 单极性不归零码(NRZ)
• 2PAM信号的幅度及gT(t)波形
A an 0 1 0
gT (t ) 1
0 t Tb
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一些概念
• 误比特率
– 二进制数字通信系统中，传输二进制符号发生错误 的概率 ˆ si | si ) P(s – 发送si，i=1,2，接收 s ˆ si 的概率，
• 误符号率（误码率）
– M 进制数字通信系统中，传输M 进制符号发生错误 的概率 ˆ si | si ) ˆ si 的概率，P(s – 发送si，i=1,2…,M，接收 s
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5. 差分码(相对码)
• 绝对码
– 信号波形与输入的二进符号一一对应
• 差分码
– 以相邻码元的信号波形变化与否来表示绝对码， 因此又称相对码
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第五章 数字基带传输
北京邮电大学信息工程学院 牛凯 2015年10月
第五章 数字基带传输
• 5.1 引言 • 5.2 数字基带信号波形及其功率谱密度 • 5.3 通过加性白高斯噪声信道传输的数字基带 信号的接收 • 5.4 数字PAM信号通过限带基带信道的传输 • 5.5 加性白高斯噪声干扰下数字PAM信号通过 理想限带信道的最佳基带传输 • 5.6 眼图 • 5.7 信道均衡 • 5.8 部分响应系统 • 5.9 符号同步
• 信息量传输速率(信息速率)
– 比特/秒(bit/s)：二进制数字通信系统每秒传送的最大信息量 – 信息速率、比特速率
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一些概念
• 码元传输速率(码元速率或符号速率)
– 波特 (Bd)：M进制数字通信系统每秒传送的M进制符号数 – 符号速率、码元速率
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一些概念
• 信息量
– 事件出现概率p的倒数的对数值 I = log2(1/p)=-log2(p) – 小概率事件 大信息量
• 信息量单位
– 比特(bit) ：以2为底的对数值 log2(1/p)=-log2(p) 例如：二进制序列，0和1是等概和独立的， p=1/2， I =1比特 – 奈特：自然对数值；达特：以10为底的对数值
n k
Ra (m) gT (t nTs )gT (t nTs mTs )
m n
周期函数
∵令： g (t ) gT [t nTs ] gT [t nTs mTs ]
n
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6. 多电平的PAM信号波形(MPAM)
一些概念
• 频带利用率
– 数字通信系统中， 所传输的信息速率（或符号速率） 与系统带宽之比值 – 单位为bit/s/Hz（或Bd/Hz ）
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n n
gT [t lTs ] g (t )
l
s(t)的均值是周期函数
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Rs (t , t ) E S (t ) S (t )
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绝对码：
相对码： 1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
1
1
0
1
……
……
+A
……
0
Tb 2T b
3T b
4T b
5T b
6T b
7T b
8T b
t
绝对码： 相对码： 0
+A
1 1
1 0
1 1
0 1
0 1
1 0
0 0
…… ……
…… 0
Tb
2T b
3T b
4T b
5T b
6T b
7T b
8T b
t
(a) 相对码信号波形图（单极性不归零码）
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5.2 数字基带信号波形及其功率谱密度
• • • • 5.2.1 数字脉冲幅度调制(PAM) 5.2.2 常用的数字PAM信号波形(码型) 5.2.3 数字PAM信号的功率谱密度计算 5.2.4 常用线路码型
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3. 单极性归零码(RZ)
• 2PAM信号波形的幅度
A an 0 1 0
gT (t ) 1 0 t Tb / 2
• gT(t)为归零脉冲
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在绝对码的二进制符号相互独立、”1‖和”0‖等 概出现的条件下，相对码的功率谱密度与绝对码 的功率谱相同
P( f )
0
0.5 Rb
Rb
1.5 Rb
2 Rb
f
（b）相对码单边功率普密度图（单极性不归零码）
E[a a ] g Ra (m) E an anm
n k n k
T
(t nTs ) gT (t kTs )
广义平稳
Rs (t , t ) Ra (k n) gT (t nTs )gT (t kTs )
• 码元速率与信息速率的关系
– M 进制数字通信系统中，M=2k，则k个二进制符号与一个M 进制符号对应。 – 对应关系log2 M = k 。例如： M 进制符号速率为RS (Bd)， 二进制符号速率为Rb (bit/s)，则： RS = R b/ log2 M= R b/ k (Bd，波特) Rb = R S log2 M= R S k (bit/s，比特/秒)
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5.1 引言
• 数字通信系统的组成
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：二进符号{0,1} 二进信号波形 0s0(t)， 1s1(t) – M进制(M>2)：k个二进符号M=2k信号波形 {0,1,2,…，M-1} {s0(t), s1(t), s2(t), …, s M-1(t)}
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g (t Ts ) gT [(t Ts ) nTs ] gT [(t Ts ) nTs mTs ]
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4. 双极性归零码
• 2PAM信号的幅度及gT(t)波形
A an A 1 0
gT (t ) 1 0 t Tb / 2
• gT(t)为归零脉冲
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– 数字基带信号通过基带信道传输的系统
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一些概念
• 频带信道 – 信道的传递函数是带通型的 – 如：无线信道、光纤信道 – 应用：无线通信、光纤通信等 • 数字频带传输系统
– 数字基带信号经过调制生成频带信号，通过频带信 道传输的系统
1 R b= Tb
0
0.5RS
RS
1.5RS
f 2RS
• 频谱利用率提高(RS = R b/ k ) • 信号功率需加大
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5.2.3 数字PAM信号的功率谱密度计算
• PAM信号
s (t ) an gT (tc nTs )
• 数字基带信号 – 数字信号的频谱是低通型的
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一些概念
• 基带信道 – 信道的传递函数是低通型的 – 如：电缆、双绞线 – 应用：计算机网络等 – 频带传输系统可等效为基带传输系统 – 研究系统特性、计算机仿真常在基带 • 数字基带传输系统
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2. 双极性不归零码
• 2PAM信号的幅度及gT(t)波形
A an A 1 0
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6. 多电平的PAM信号波形(MPAM)
P( f )
Rb RS= 3
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1. 单极性不归零码(NRZ)
• 2PAM信号的幅度及gT(t)波形
A an 0 1 0
gT (t ) 1
0 t Tb
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一些概念
• 误比特率
– 二进制数字通信系统中，传输二进制符号发生错误 的概率 ˆ si | si ) P(s – 发送si，i=1,2，接收 s ˆ si 的概率，
• 误符号率（误码率）
– M 进制数字通信系统中，传输M 进制符号发生错误 的概率 ˆ si | si ) ˆ si 的概率，P(s – 发送si，i=1,2…,M，接收 s
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5. 差分码(相对码)
• 绝对码
– 信号波形与输入的二进符号一一对应
• 差分码
– 以相邻码元的信号波形变化与否来表示绝对码， 因此又称相对码
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第五章 数字基带传输
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第五章 数字基带传输
• 5.1 引言 • 5.2 数字基带信号波形及其功率谱密度 • 5.3 通过加性白高斯噪声信道传输的数字基带 信号的接收 • 5.4 数字PAM信号通过限带基带信道的传输 • 5.5 加性白高斯噪声干扰下数字PAM信号通过 理想限带信道的最佳基带传输 • 5.6 眼图 • 5.7 信道均衡 • 5.8 部分响应系统 • 5.9 符号同步
• 信息量传输速率(信息速率)
– 比特/秒(bit/s)：二进制数字通信系统每秒传送的最大信息量 – 信息速率、比特速率
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一些概念
• 码元传输速率(码元速率或符号速率)
– 波特 (Bd)：M进制数字通信系统每秒传送的M进制符号数 – 符号速率、码元速率
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一些概念
• 信息量
– 事件出现概率p的倒数的对数值 I = log2(1/p)=-log2(p) – 小概率事件 大信息量
• 信息量单位
– 比特(bit) ：以2为底的对数值 log2(1/p)=-log2(p) 例如：二进制序列，0和1是等概和独立的， p=1/2， I =1比特 – 奈特：自然对数值；达特：以10为底的对数值
n k
Ra (m) gT (t nTs )gT (t nTs mTs )
m n
周期函数
∵令： g (t ) gT [t nTs ] gT [t nTs mTs ]
n
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6. 多电平的PAM信号波形(MPAM)