第12讲 基带传输：低通接收、匹配滤波器、匹配接收
匹配滤波器匹配滤波器
(i=1, 2, …, m)
由于n(t)是均值为零， 方差为σ2n的高斯过程，则当出现 信号si(t)时, y(t)的概率密度函数fsi(y)可表示为
? fsi ( y)? (
1
2??
n )k
exp ??? ?
1 n0
T 0
[
y(t)
?
si
(t)]2
dt
?(i ? 1,2,..., m)
fsi(y)称为似然函数，它是信号统计检测的第二数据。
s(t)
h(t)
即匹配滤波器的单位冲激响应为
h (t ) = Ks (t0 - t )
O
T
t
O
t0
t
式(8.1 - 16)表明，匹配滤波器的单位冲激响应h(t)是输入信号 s(t)的镜像函数，t0为输出最大信噪比时刻。
对于因果系统， 匹配滤波器的单位冲激响应h(t)应满足:
h(t) = ì??í??0Ks(t0 - t)
瓦兹(Schwartz)不等式可以容易地解决该问题。
施瓦兹不等式为
蝌 ? 1
ゥ
2
X(w)Y(w)dw
￡
1
2
X(w) dw
1
?
2
Y(w) dw
2p - ?
2p ?
2p ?
X(ω)=KY*(ω) 等式才能成立。 K为任意常数
令X(ω)=H(ω)， Y(ω)=S(ω)ejωt0可得
ro =
ò 1
￥
2
H (w)S(w)e jwt0 dw
n0
例[ 8 - 1］设输入信号如下，试求该信号的匹配滤波器传
输函数和输出信号波形。
s(t) = ì??í??10
匹配滤波
1.5.2. 匹配滤波器最佳接收机还可以有另外的一种结构，即匹配滤波器。
为了说明匹配滤波器的基本原理，我们从这样一个直观的分析入手。
我们知道，通信系统的误码率与输出的信噪比有关，接收端输出信噪比越大，则系统的误码率越小。
因此，如果在每次判决前，输出的信噪比都是最大的，则该系统一定是误码率最小的系统。
遵从这种考虑原则，我们可以得到匹配滤波器的概念。
接收机通过匹配滤波器使输出信噪比最大。
一、匹配滤波器原理假设线性滤波器的输入端是信号与噪声的叠加)()()(t n t x t s +=，且假设噪声)(t n 是白噪声，其功率谱密度2)(0N f P n =，信号的频谱为)(f X 。
问题：设计一个滤波器使输出端的信噪比在某时刻0t 达到最大。
假设该滤波器的系统响应函数为)(f H ，系统冲击响应为)(t h ，则 输出信号)()()(0t n t s t y O +=其中，⎰∞∞--=τττd t h x t s )()()(0，)()()(f H f X f S o =⎰∞∞-=df e f H f X t s ft j o π2)()()(所以在0t 时刻，信号的功率为200|)(|t s 输出噪声的功率谱密度20|)(|2)(f H N f P o n =输出噪声平均功率为⎰∞∞-=df f H N Pn 20|)(|2所以0t 时刻输出的信噪比为：⎰⎰∞∞-∞∞-==dff H N df e f H f X Pnt s r ft j 20222000|)(|2|)()(||)(|0π根据Schwarts 不等式，⎰⎰⎰∞∞-∞∞-∞∞-≤df f Y df f X df f Y f X 222|)(||)(||)()(|2022|)(|N E N df f X r s=≤⎰∞∞- 当02*)()(ft j ef KX f H π-=时等式成立。
因此，如果设计一个滤波器，它的系统响应函数为02*)()(ft j e f KX f H π-=时，滤波器输出信噪比最大。
自考通信原理--名词解释
码距：把两个码组中对应位上数字不同的位数称为码组的距离，简称码距码间串扰：是由于系统传输总特性的非理想。
导致到当前码元的波形畸变、展宽，并使前面的波形出现很长的拖尾蔓延到当前码元的抽样时刻，从而对当前码元的判决造成干扰。
窄带随机过程：如果随机过程的频谱密度集中在中心频率F附近相对窄的频率范围，即满足，则称为窄带随机过程。
群同步：又称帧同步，是指在接收端产生与每“帧”、每“组”起止时刻相一致的同步时钟序列，以便对接收码元进行正确分组。
调制信道：指发送端调制器输出端至接收端调制器输入端之间的部分，是用来研究调制与解调问题的，属于广义信道。
编码信道：指发送端调制器输出端至接收端调制器输入端之间的部分，是用来研究调制与解调问题的，属于广义信道。
信道：是一种物理媒介，用来将来自发送设备的信号传送到接收端。
信道容量：是指信道能够传输的最大平均信息速率。
数字基带传输系统：不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统称为数字基带传输系统。
最佳基带传输系统：将消除了码间串扰并且误码率最小的基带传输系统称为最佳基带传输系统。
数字带通传输系统：把包括调制和解调过程的数字传输系统称为数字带通传输系统。
数字基带信号：未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频或很低频率开始的。
最佳接收机：指在差错概率最小准则下得到的最佳接收系统。
量化噪声：量化输出电平和量化前的抽样值一般不同，两者之间存在误差，这个误差称为量化噪声。
能量信号：若一个信号的能量E是一个正的有限值，则称此信号位能量信号。
差分相移键控：为克服绝对相移键控的相位模糊，差分相移键控就是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息。
相对移相键控：是利用前后相邻码元的载波相对相位变化来传递数字信息，而其频率和幅度保持不变。
角度调制：指高频载波的频率或相位按照基带信号的规律而变化的一种调制方式，是一种非线性调制，已调信号的频谱不再保持原理基带频谱的结构。
数字调制：是指用数字基带信号控制载波的某些参数，将数字基带信号变化为数字带通信号的过程。
《数字基带传输系统 》课件
无线基带传输技术
总结词
无线基带传输技术是数字基带传输系统的另一个重要发展方向，它能够实现灵 活的数据传输和便捷的网络接入，为物联网和智能家居等领域提供了更好的解 决方案。
详细描述
无线基带传输技术利用无线电波进行数据传输，具有灵活、便捷的优点。通过 无线基带传输技术，可以实现移动设备、智能家居等领域的网络接入和数据传 输，为物联网和智能家居等领域提供了更好的解决方案。
信道
01
02
03
信道定义
信道是传输信号的媒介， 可以是无线或有线传输介 质。
信道分类
信道可以分为模拟信道和 数字信道。模拟信道传输 模拟信号，而数字信道传 输数字信号。
信道的作用
为信号提供传输媒介，是 连接信号源和接收端的桥 梁。
解调器
解调器定义
01
解调器是将传输的调制信号还原为基带信号的设备。
目的地的作用
接收并处理传输的信号，是整个传输系统的终点。
03
数字基带传输系统的性能 指标
频谱效率
频谱效率定义
频谱效率是指在单位频谱资源上所能传输的信息量，通常用 bps/Hz表示。
影响因素
数字基带传输系统的频谱效率受到多种因素的影响，包括信号处理 算法、调制方式、编码方式等。
优化方法
为了提高频谱效率，可以采用更先进的信号处理算法、调制方式和 编码方式，例如采用高阶调制和信道编码技术。
影响因素
信噪比受到多种因素的影响，包括传输介质、信号处理算 法等。
03
优化方法
为了提高信噪比，可以采用更先进的信号处理算法和传输 介质，例如采用低噪声放大器、光纤传输等。同时，也可 以采用信噪比增强技术，例如采用频域或时域滤波技术、 自适应均衡技术等。
通信原理课后思考题
通信原理课后思考题1.1 如何评价数字通信系统的性能？有效性（单位时间内的信息传输量）信息传输速率，一般用波特率（BPS ）或比特率（bps ）为单位，频带利用率可靠性（系统抗噪声性能）对模拟（连续）系统，主要是考察接收端输出的信号、噪声功率比（信噪比）对数字（离散）系统，主要是考察符号的差错率（误码率）2.1 什么是误码率？什么是误信率？它们之间的关系如何？误码率: 是指错误接收的码元数在传送总码元数中所占的比例，或者更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率。
误信率:又称误比特率，是指错误接收的信息量在传送信息总量中所占的比例，或者说，它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。
在二进制系统中，误码率=误信率；但在多进制系统中，误码率> 误信率误码率Pe 与误信率Pb 的关系Pb=MPe/2(M-1) ，M 为进制2.2 什么是码元速率？什么是信息速率？它们之间的关系如何？码元传输速率，又称为码元速率或传码率。
其定义为每秒钟传送码元的数目，单位为"波特",常用符号"Bd"表示。
信息传输速率又称为信息速率和传信率。
通常定义每秒钟传递的信息量为传信率，单位是比特/秒(bit/s 或bps)。
在N 进制下，设信息速率为，码元速率为, 则有2.3 什么是随机过程的数学期望和方差？它们分别描述了随机过程的什么性质？数学期望:表示随机过程的n 个样本函数曲线的摆动中心。
即均值方差:表示随机过程在时刻t 对于均值a(t)的偏离程度。
即均方值与均值平方之差。
数学期望和方差描述了随机过程在各个孤立时刻的特征，但没有反映随机过程不同时刻之间的内在联系。
2.4 平稳随机过程通过线性系统时，输出随机过程和输入随机过程的数学期望及功率谱密度之间有什么关系？系统输出功率谱密度是输入功率谱密度与系统传递函数的平方的乘积。
)()()(2ωωωξξP H P =3.1 低通型采样定理和带通型采样定理有什么区别？低通型采样定理：奈奎斯特定理，fs > 2B = 2fH带通型采样定理：对于带通型信号，如果按fs ≥2fH 抽样，虽然能满足频谱不混叠的要求。
匹配滤波器
s2 (t )
T /2
T
t / ms
T /2
T
t / ms
接收此二元数字信号的匹配滤波器接收系统框图如图所示： 解(1)接收此二元数字信号的匹配滤波器接收系统框图如图所示： 接收此二元数字信号的匹配滤波器接收系统框图如图所示 (2). 与S1(t)匹配的匹配滤波器的单位冲击响应 1(t)的信号波形 匹配的匹配滤波器的单位冲击响应h 匹配的匹配滤波器的单位冲击响应 的信号波形
0
~dt
s1(t)
y0 (t)
h0 (t) = s0 (T − t)
抽样
y0 (t) = r(t) ∗h0 (t)
y0 (T)
输出 判决
= ∫ r(τ )h0 (t −τ )dτ
0
t
r (t )
y (t) t = T
1
= ∫ r(τ )s0 (T −t +τ )dτ
0
t
h (t) = s1(T −t) 1
− j 2π ft0
∫ =
∞
−∞
S ( f ) df
n0 2
2E = n0
γ 时， omax =
2E 2E n0
的选取？ 匹配时刻 t0 的选取？
∞
h(t) = ks(t0 −t)
∞ −∞
s t > t0 时， (t) = 0。即 s(t)要 之前消失。 在匹配时刻 t0 之前消失。
so (t ) = ∫ s (τ ) h (t − τ )dτ = k ∫ s (τ ) s (t0 − t + τ ) dτ = kRs (t0 − t )
y0 (T) = ∫ r(τ )s0 (τ )dτ
0
川大《通信系统原理》15春在线作业2满分答案
《通信系统原理》15春在线作业2
一,单选题
1. 在八进制中(M=8)，已知码元速率为1200B，则信息速率为：
A. 3600b/s
B. .400b/s
C. 1200b/s
D. 2400b/s
正确答案：A
2. 在抗加性高斯白噪声性能方面，2ASK、2FSK、2PSK从优到差的次序为：
A. 2FSK\2ASK\2PSK
B. 2ASK\2PSK\2FSK
C. 2ASK\2FSK\2PSK
D. 2PSK\2FSK\2ASK
正确答案：D
3. 数字通信系统中，压缩信息数据频带的措施不包括：
A. 信源编码
B. 信道编码
C. 多进制调制
D. 码型变换
正确答案：B
4. 数字基带信号不能通过（）信道进行传输：
A. 对称电缆
B. 双绞线
C. 卫星
D. 同轴电缆
正确答案：C
5. 以下不属于通信系统工作方式的是：
A. 全双工
B. 移动通信
C. 单工
D. 半双工
正确答案：B
6. 解调时会发生相位模糊问题的调制方式为：
A. ASK
B. FSK
C. DPSK
D. PSK。
通信原理匹配滤波器
通信原理匹配滤波器
通信原理匹配滤波器是一种常用的数字信号处理技术，它可以用于信号的检测、识别和定位等方面。
匹配滤波器的基本原理是将信号与一个已知的模板进行卷积运算，从而得到一个输出信号，该输出信号的峰值位置和幅度可以反映出信号与模板的匹配程度。
在通信系统中，匹配滤波器被广泛应用于数字调制解调、信号检测和信号定位等方面。
例如，在数字调制解调中，匹配滤波器可以用于解调信号，从而提高信号的抗干扰性能和误码率。
在信号检测中，匹配滤波器可以用于检测特定的信号，例如雷达信号、通信信号等。
在信号定位中，匹配滤波器可以用于定位信号源的位置和方向，例如声纳、雷达等。
匹配滤波器的设计需要考虑多种因素，例如信号的特性、噪声的影响、系统的带宽等。
在实际应用中，匹配滤波器的性能往往受到多种因素的影响，例如滤波器的带宽、滤波器的阶数、滤波器的截止频率等。
因此，在设计匹配滤波器时，需要综合考虑多种因素，以达到最佳的性能。
通信原理匹配滤波器是一种重要的数字信号处理技术，它在通信系统中具有广泛的应用。
匹配滤波器的设计需要考虑多种因素，以达到最佳的性能。
未来，随着通信技术的不断发展，匹配滤波器的应用将会越来越广泛，同时也将会面临更多的挑战和机遇。
通信原理考研辅导数字基带传输系统教学课件
信号处理算法优化
信号去噪算法
通过改进去噪算法，降低噪声对信号的影响，提高信 号的信噪比。
信号调制解调算法
优化调制解调算法，降低误码率，提高信号传输的可 靠性。
信号同步算法
改进信号同步算法，减小同步误差，提高信号的同步 性能。
系统参数优化
பைடு நூலகம்
带宽分配
合理分配系统带宽，提高频谱利用率，降低 信号干扰。
采样率选择
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无线传输
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无线传输适用于移动设备和短距离通信，常见的无线传输 标准包括WiFi、蓝牙和ZigBee。
数字信号的接收技术
同步技术
在接收端，需要使用同步技术来正确解调数字信号。同步技术包括位同步和帧同 步，以确保接收端能够正确识别和解释发送端的信号。
数字信号的接收技术
VS
可靠性
随着数字信号处理技术的发展，数字基带 传输系统的可靠性得到进一步提高，减少 了传输过程中的误码率。
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THANKS
频谱效率的限制因素
码元速率、信号带宽、信号波形等参数，都会影响频谱效率。
提高频谱效率的方法
采用多进制调制技术、多载波调制技术等手段，提高频谱利用率。
系统的抗干扰性能分析
抗干扰性能定义
01
抗干扰性能是指数字基带传输系统在存在噪声和干扰的情况下，
仍能保持正常传输的能力。
抗干扰性能的评估方法
02
通过分析系统的误码率、信噪比等参数，评估系统的抗干扰性
采用信道编码、差分编码、均衡技术 等手段，提高系统的抗干扰能力，降 低误码率。
噪声、失真、衰减等传输媒介中的问 题，以及同步问题、码间干扰等系统 问题，都可能导致误码的产生。
基带、基带信号和基带传输（附带频带和宽带）
基带、基带信号和基带传输（附带频带和宽带）基带：Baseband：信源（信息源，也称发终端）发出的没有经过调制（进⾏频谱搬移和变换）的原始电信号所固有的频带（频率带宽），称为基本频带，简称基带。
基带和频带相对应，频带：对基带信号调制后所占⽤的频率带宽（⼀个信号所占有的从最低的频率到最⾼的频率之差)基带信号(Baseband Signal)：信源（信息源，也称发终端）发出的没有经过调制（进⾏频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。
根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号（相应地，信源也分为数字信源和模拟信源。
）其由信源决定。
说的通俗⼀点,基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号，⽐如我们说话的声波就是基带信号。
（如果⼀个信号包含了频率达到⽆穷⼤的交流成份和可能的直流成份，则这个信号就是基带信号。
）由于在近距离范围内基带信号的衰减不⼤，从⽽信号内容不会发⽣变化。
因此在传输距离较近时，计算机⽹络都采⽤基带传输⽅式。
如从计算机到监视器、打印机等外设的信号就是基带传输的。
⼤多数的局域⽹使⽤基带传输，如以太⽹、令牌环⽹。
常见的⽹络设计标准10BaseT使⽤的就是基带信号。
频带信号(通带信号)：在通信中，由于基带信号具有频率很低的频谱分量,出于抗⼲扰和提⾼传输率考虑⼀般不宜直接传输,需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，变换后的信号就是频带信号（如果⼀个信号只包含了⼀种频率的交流成份或者有限⼏种频率的交流成份，我们就称这种信号叫做频带信号）其主要⽤于⽹络电视和有线电视的视频⼴播。
基带传输:在信道中直接传送基带信号时，称为基带传输。
进⾏基带传输的系统称为基带传输系统。
传输介质的整个信道被⼀个基带信号占⽤.基带传输不需要调制解调器，设备化费⼩，具有速率⾼和误码率低等优点,.适合短距离的数据输，传输距离在100⽶内，在⾳频市话、计算机⽹络通信中被⼴泛采⽤。
《数字信号基带传输》课件
数字信号可以通过多种方式表示，如二进制、八进制和十六进制等。其中，二 进制是最常用的表示方法，因为它具有简单、可靠和易于传输的优点。
数字信号的波形
波形种类
数字信号的波形有多种，如矩形波、三角波和正弦波等。这 些波形在数字通信和数字信号处理中有着广泛的应用。
波形参数
数字信号的波形参数包括幅度、频率和相位等，这些参数可 以用来描述波形的特征和变化规律。在数字信号传输和处理 过程中，波形参数的变化会对信号的质量和性能产生影响。
《数字信号基带传输》 PPT课件
CONTENTS
目录
• 引言 • 数字信号基础知识 • 基带传输系统概述 • 数字信号的基带传输 • 基带传输系统的性能分析 • 基带传输系统的实际应用案例
CHAPTER
01
引言
课程背景
数字信号基带传输是通信系统中的重 要组成部分，广泛应用于数字电视、 数字广播、数字音频等领域。
CHAPTER
02
数字信号基础知识
数字信号的定义与特点
定义
数字信号是一种离散的、不连续的信 号，它表示的是离散时间状态的变化 。
特点
数字信号具有离散性、不连续性和量 化性，这些特点使得数字信号在传输 和处理时具有更高的可靠性和抗干扰 能力。
数字信号的生成与表示
生成方式
数字信号可以通过各种方式生成，如抽样、量化和编码等。这些过程可以将连 续的模拟信号转换为离散的数字信号。
CHAPTER
06
基带传输系统的实际应用案例
基于基带传输的数字电视系统
数字电视系统概述
数字电视系统采用基带传输方式，将数字信号传输到接收端，实现 高质量的视频和音频播放。
数字电视系统的组成
基带信号传输系统概述
30
三阶高密度(HDB3)码
3阶高密度双极性码－使连“0”个数不超过3个 其编码规则如下： （1）当信码的连“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，则将第4个“0”改为非“0”脉
冲，记为V或-V，称之为破坏脉冲。为了便于识别，V码的
HDB3码：-1000–V +1 000 +V -1 +1 -B 00 –V +1 -1
码字： -1 0 0 0 –1 +1 0 0 0 +1 -1 +1 -1 0 0 –1 +1
-1
32
PST码
全称是成对选择三进码。
其编码过程：先将二进制 的代码划分乘2个码元为 一组的码组序列，然后 再将每一码组编码成两 个三进制数字（+，,0）,其组合有9种,选择 其中4种
-1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1
步骤2：当连“0”个数超过3时，则将第4个“0”改为非“0”脉冲，
记为V或-V，为了便于识别，V码的极性应与其前一个非“0”脉
冲的极性相同
-1 0 0 0 –V +1 0 0 0 +V -1 +1 0 0 0 +V -1 +1
5.1 引言
数字基带信号、基带传输以及频带传输 数字基带通信系统的模型以及基本结构 研究数字基带传输的目的
1
基带信号以及数字基带传输和频带传输
什么是数字基带信号？ －信号含丰富的低频分量，甚至直流分量；
什么是数字基带传输？ －数字基带信号在信道中的直接传输,如在某些
工学通信原理第章数字基带传输系统
带宽效率
带宽效率的定义：在单位时间内， 数字基带传输系统能够传输的最大 数据量
提高带宽效率的方法：采用更高速 率的传输技术、优化传输介质、减 少传输损耗等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
带宽效率的影响因素：传输速率、 传输距离、传输介质等
带宽效率的重要性：直接影响数字 基带传输系统的性能和效率，是衡 量系统优劣的重要指标之一
卫星通信网络中的数字基带传输系统
卫星通信网络： 利用卫星进行 通信的网络系
统
数字基带传输 系统：在卫星 通信网络中传 输数字信号的
系统
实际应用案例： 卫星电视、卫 星电话、卫星
互联网等
特点：传输速 度快、覆盖范 围广、可靠性
高
感谢您的观看
汇报人：
差错控制编码
目的：提高传输可靠性，减少错误率
原理：通过在数据中添加冗余信息，实现错误检测和纠正 常见编码方式：奇偶校验码、循环冗余校验码（CRC）、前向纠错码 （FEC）等 应用：广泛应用于数字通信、存储等领域
06
数字基带传输系统的实 际应用案例
有线电视网络中的数字基带传输系统
数字基带传输系 统在有线电视网 络中的应用
数字基带传输系统
,a click to unlimited possibilities
汇报人：
目录 /目录
01
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04
数字基带传输 系统的性能指 标
02
数字基带传输 系统的基本概 念
05
数字基带传输 系统的编码方 式
03
数字基带传输 系统的信号处 理
06
数字基带传输 系统的实际应 用案例
信号的频谱特性
基带接收信号公式推导sar
基带接收信号公式推导sar
基带接收信号是指将经过信道传输和接收的带通信号转换成基带（即低频）信号。
在数学上可以通过复数形式的基带接收信号公式来描述，公式推导如下：
假设原始发送信号为s(t)，经过信道传输后的接收信号记为r(t)。
首先，设信道的频率响应为H(f)，其中f为频率。
基于频域，可以表示接收信号为：
R(f) = H(f) * S(f) + N(f)
其中，R(f)为接收信号频谱，S(f)为发送信号频谱，N(f)为噪声频谱。
接着，将接收信号用复数形式表示，即：
r(t) = Re{R(f) * exp(j * 2πft)}
其中，Re{}表示取实部操作，exp(j * 2πft)是一个相位矩阵。
将R(f)带入上式，得到：
r(t) = Re{[H(f) * S(f) + N(f)] * exp(j * 2πft)}
继续展开得：
r(t) = Re{[H(f) * S(f)] * exp(j * 2πft) + N(f) * exp(j * 2πft)}
再使用欧拉公式展开复数指数形式为三角函数形式：
r(t) = Re{[H(f) * S(f)] * cos(2πft) + j[H(f) * S(f)] * sin(2πft) + N(f) * exp(j * 2πft)}
由于只关注基带信号，可以将高频部分的cos(2πft)和sin(2πft)忽略不计，得到基带接收信号的实部为：
sar(t) = Re{[H(f) * S(f)]}
其中，sar(t)即为基带接收信号。
至此，我们推导出了基带接收信号的复数形式，并得到了基带接收信号的公式。
基带传输
基本准则
基本准则
1）奈奎斯特第一准则
基带传输波形基带传输系统的输入信号是由终端设备编码器产生的脉冲序列，为了使这种脉冲序列适合于信 道的传输，一般要经过码型变换器，码型变换器把二进制脉冲序列变为双极性码（AMI码或HDB3码），有时还要 进行波形变换，使信号在基带传输系统内减小码间干扰。当信号经过信道时，由于信道特性不理想及噪声的干扰， 使信号受到干扰而变形。在接收端为了减小噪声的影响，首先使信号进入接收滤波器，然后再经过均衡器，校正 由于信道特性（包括接收滤波器在内）不理想而产生的波形失真或码间串扰。最后在取样定时脉冲到来时，进行 判决以恢复基带数字码脉冲。
基本介绍
基本介绍
基带传输是一种不搬移基带信号频谱的传输方式。未对载波调制的待传信号称为基带信号，它所占的频带称 为基带，基带的高限频率与低限频率之比通常远大于1。
将基带信号的频谱搬移到较高的频带（用基带信号对载波进行调制）再传输，则称为通带传输。
选用基带传输或通带传输，与信道的适用频带有关。例如，计算机或脉码调制终端机输出的数字脉冲信号是 基带信号，可以利用电缆作基带传输，不必对载波进行调制和解调。与通带传输相比，基带传输的优点是设备较 简单；线路衰减小，有利于增加传输距离。对于不适合基带信号直接通过的信道（如无线信道），则可将脉冲信 号经数字调制后再传输。
数字基带信号
数字基带信号
数字基带信号就是消息代码的电波形，它是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。数字基带信号的波 形和码型很多，最常用的由矩形脉冲组成的基带信号有：单极性归零及不归零波形，双极性归零及不归零波形， 差分波形和多电平波形等 。
数字基带传输概述.ppt
3. 单极性归零波形（见图 6 - 3(c)）
单极性归零波形与单极性不归零波形的区别是有电脉冲 宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到 零电平，所以称为归零波形。 单极性归零波形可以直接提取 定时信息，是其他波形提取位定时信号时需要采用的一种过渡 波形。
4. 双极性归零波形如图 6 - 3(d)所示
6.2数字基带信号及其频谱特性
6.2.1数字基带信号
• 数字基带信号是指消息代码的电波形，它是用不同的电平 或脉冲来表示相应的消息代码。
• 数字基带信号(以下简称为基带信号)的类型有很多，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，下面就以矩形 脉冲为例介绍几种最常见的基带信号波形。
它是双极性波形的归零形式，每个码元内的脉冲都回到 零点平，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。它除了具有 双极性不归零波形的特点外，还有利于同步脉冲的提取。
5. 差分波形 如图 6 - 3(e)所示。
] 这种波形不是用码元本身的电平表示消息代码， 而是用 相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码，图中，以电 平跳变表示1，以电平不变表示0，当然上述规定也可以反过 来。由于差分波形是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码， 又称它为相对码波形，而相应地称前面的单极性或双极性波 形为绝对码波形。用差分波形传送代码可以消除设备初始状 态的影响，特别是在相位调制系统中用于解决载波相位模糊 问题。
现在假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s(t)可 用式(5.2 - 2)表征，即
s(t)= sn(t)
n
其中
g2(t＋ 4Ts) g1(t＋ 3Ts) g1(t＋ 2Ts) g2(t＋Ts)
通信原理试卷 ---填空题01
1、按传输媒介来分，通信系统可分为__________和__________。
2、八进制数字信号信息传输速率为600b/s，其码元速率为__________，若传送1小时后，接收到10个错误码元，其误码率为。
3、一个均值为零的平稳高斯窄带噪声，它的包络一维分布服从_________ ，相位一维分布服从_______________。
4、已知平稳随机过程自相关函数为R(τ)，均值为m，协方差为C(τ)，那么_________ ，_______________。
5、码长ｎ=15的汉明码，监督位应是_________位，信息位为_________位。
1、一个二进制数字信号一分钟传送了18000bit的信息量，其码元速率为___________，若改用8进制数字信号传输，信息数率不变，这时码元速率为___________。
2、数字信号有时也称离散信号，这个离散是指信号的___________是离散变化的，而不一定指___________离散。
3、设输入随机过程x(t)是平稳的，功率谱为Px(w)，加于系统H(w)上，则输出过程y(t)的功率谱Py(w)等于___________，它们之间的互功率谱Pxy(w)等于___________。
4、一个能量信号的自相关函数R(τ)与能量谱密度P(w)之间的关系是___________，R(0)的物理意义表示___________。
5、通常n位奇偶监督码可以检测出_________位错误，编码效率为_________。
1．在AM、DSB、SSB、VSB（残留边带）及FM等五个模拟通信系统中，抗噪性能最好的是，当基带信号相同时，占用信道频带最小的是。
2．话音对数压缩的二个国际标准分别是，我国采用的是。
3．在数字通信中，最佳接收是一个相对的概念，在分析确知信号的接收时，采用的最佳接收准则是。
4．在数字基带传输系统中插入时域均衡器，其目的是。
5．根据信道传输函数k(t)的时变特性的不同可以将调制分为两大类和。
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基带信号受到高斯噪声的影响 导致接收的信号呈随机变化，样值是一随机变量 因此需从概率分析的角度确定最佳判决门限
y(t0+kT0) → y
p1(y) → p1(e2|s1) p2(y) → p1(e1|s2)
Pb= P(s1)p1(e2|s1) + P(s2)p1(e1|s2)
确定最佳判决门限 通过推导误码率来确定利用匹配滤波器接收基带信号的最佳判 决门限 当发送s1(t)脉冲信号时，即“1”码，接收信号r(t)可表示为：
r (t ) s1 (t ) nw (t ) 0 t Tb
则滤波器的输出为： y (t ) r (t ) h(t )
r ( )h( t )d
s1 ( ) nw ( ) s1 (Tb Tb )d s1 ( ) nw ( ) s1 ( )d
2 1 Tb 0
0 Tb
s ( )d s1 ( )nw ( )d
0
令： 则：
Eb s ( )d
0 2 1
Tb
Z s1 ( )nw ( )d
根据滤波器的冲激响应h(t)，可以得到信号s(t)经过匹配滤波器后的 输出y(t): R f (t ) f (t ) f ( t ) y (t ) s (t ) h(t )
s (t )h( )d
f ( t ) f ( ) d f ( ) f ( t ) d
Tb 0 Tb
Tb
0 Tb
E nw (t1 )nw (t2 ) s1 (t1 ) s1 (t2 ) dt1dt2 E nw (t1 )nw (t2 ) s1 (t1 ) s1 (t2 )dt1dt2
0
0
其中： 所以：
N0 E nw (t1 )nw (t2 ) Rw (t2 t1 ) Rw ( ) ( ) 2
0
利用匹配滤波器接收基带信号
利用匹配滤波器的最佳接收
匹配滤波器的最大输出信噪比为出发点，其特性为：
H ( ) KS ( )e jt0
h(t ) Ks(t0 t )
for a binary 1 for a binary 0
以双极性码为例，信息速率为Rb，符号间隔为Tb =1/Rb
s1 (t ) A si (t ) s2 (t ) A
0 t Tb 0 t Tb
在加性白高斯噪声信道上传输后的信号为： A n L (t ) r (t ) si (t ) nw (t ) i 1, 2 0 t Tb A n L (t )
其中so(t)为确定信号s(t)的响应，no(t)为高斯白噪声的响应
令So(ω)为so(t)的频谱，则根据信号通过LTI系统可知： So ( ) S ( ) H ( ) 那么：
1 so (t ) So ( )e jt d 2 1 S ( ) H ( )e jt d 2 1 so (t0 ) S ( ) H ( )e jt0 d 当t = t0时： 2 2 so (t 0 ) ； 则其输出信号的瞬时功率为
ro max
2E N0
根据不等式等号成立的条件，若要使得上式成立，则必须：
H ( ) KS ( )在白噪声干扰的背景下，按 照上式设计的线性滤波器，将能在给定时刻上获得最大的输出信 噪比。由于它的传输特性与信号频谱的复共轭相一致，又称为匹 配滤波器
y (t0 ) KRs (t0 t0 ) KRs (0) K s ( ) s* ( t0 t0 )d
s 2 ( )d KE
根据前式可以看出，匹配滤波器的输出信号波形是输入信号的 自相关函数的K倍，因此匹配滤波器有时候又可被看成是一个相关 器 结论：当滤波器的传输特性为 H ( ) KS ( )e jt 时，在时刻t0对 其进行采样可以得到峰值，此时输出信噪比最大
对比两个误比特率的大小：
1 A2 Pb1 erfc 2 N0 B 2
Eb 1 Pb 2 erfc N 2 0
2 2 2
2 1 T A 1 A Tb A Tb B b Tb B 2 2 N0 B 2 N0 2 4 N0
将p1(y)和p2(y)代入整理可求得判决门限：
VT
2
2 Eb
ln
P s2 P s1
那么在利用匹配滤波器接收基带信号的平均误比特率Pb 为： Eb 1 Pb 2 erfc N 2 0 利用低通滤波器接收基带信号的平均误比特率为：
1 A2 Pb1 erfc 2 N0 B 2
s
w
(t )
g (t ) c(t ) gT (t )
信号r(t)经接收滤波器后的输出为：
y (t )
x(t ) g (t ) g R (t ) gT (t ) c(t ) g R (t )
s (t ) Ks (t0 )d
*
K s ( ) s* ( t0 t )d
描述在不同时间t, 函数值的相关性
KRs (t0 t ) 最终的输出y(t)为信号s(t)的自相关函数，则当t0=t时，自相关函数取 得最大值，即当t0 =t时对系统输出y(t)进行抽样可以取得最大值 KRs(0)，则上式就可整理为：
对滤波器的传输特性做傅氏变换求其冲激响应h(t)
h(t ) 1 1 KS * ( )e jt0 e jt d H ( )e jt d 2 2 * K j e j ( t0 t ) d s ( )e d 2 1 K e j ( t0 t ) d s* ( )d 2 K ( t0 t ) s* ( )d Ks* (t0 t )
N0 Eb D( Z | s1 ) 2 2 则在发送s1(t)脉冲信号时，匹配滤波器的输出y也是一个高斯过程， 其条件均值、方差、概率密度为：
D( y | s1 ) E y E( y | s1 ) s1 E Z 2 | s1 D(Z | s1 ) 2
2
jt0
Y () S ()e
2
2
jt0 2
S ()
2
则有：
1
4 2 ro
H ( ) d
2
2
S ( ) d
1
S ( ) d
2
N0 4
H ( ) d
N0
2E N0
则当t = t0抽样时刻，匹配滤波器最大的输出信噪比为：
Eb N0
Tb
0
s12 (t )dt N0
A2Tb N0
A2Tb A2Tb 4 N0 N0 Eb A2 2 N0 B N0
那么当采用双极性非归零码时，在相 同的脉冲信号条件下，采用匹配滤波 器接收基带信号的平均误码率要低于 采用低通滤波器接收基带信号的形式
基带信号的接收：
1）准确抽样——定时同步
0
Tb
y(Tb ) y Eb Z
Eb为能量，可以理解为一个常数项，Z是一个高斯随机变
量，其均值和方差为：
E ( Z | s1 ) 0
D( Z | s1 ) E Z E ( Z | s1 ) s1 E Z 2 | s1
2
Tb Tb n (t )n (t ) s (t ) s (t )dt dt E w 1 w 2 1 1 1 2 1 2 0 0
上式结果说明匹配滤波器的冲激响应是信号s(t)的镜像信 号s(-t)在时间上再平移t0个单位
s(t )
s( t )
O
T (a)
t
T (b)
O
t
h(t )
t m T
h(t )
t m T
h(t )
t m T
T t m O (c)
tm
t
O
tm t (d)
O
t m T (e)
tm t
0
t
对于滤波器的 冲激响应，令 K=1，t0=Tb
r ( ) s1 (Tb t )d
0
t
s1 ( ) nw ( ) s1 (Tb t ) d
t 0
在t =Tb时，对y(t)进行采样，则抽样值为：
y (Tb )
Tb 0 Tb
2
N0 4
H ( ) d
2
1 1 1 2 2 X ( )Y ( )d X ( ) d Y ( ) d 2 2 2 当 X ( ) KY ( ) 时，等号成立。则信噪比可写为：
X ( ) H ( ), Y ( ) S ( )e
E ( y | s1 ) Eb
p( y | s1 ) p1 ( y)
1 2
2
( y Eb )2 2 2
e
同理，在发送s2(t)脉冲信号时，匹配滤波器的输出y的均值、方差、 概率密度为：
E ( y | s2 ) Eb
D( y | s2 ) E y E ( y | s2 )
基带传输系统
匹配滤波器
匹配滤波器
定义：对于给定的输入码元波形s(t)，能够使输出信号的信噪比 在一特定时刻达到最大的线性滤波器称之匹配滤波器