第九章数字信号的基带传输
数字基带传输系统课件
与模拟基带传输系统的比较
1 数字基带传输系统
2 模拟基带传输系统
使用数字信号进行传输，具有高速、稳定 和可靠的特点。
使用模拟信号进行传输，传输速率和稳定 性较低。
市场前景
数字基带传输系统在通信、互联网和广播电视等领域的应用越来越广泛，市场需求不断增加。
技术要点
调制技术
将数据转换为数字信号并进行调制，常见技 术包括ASK、FSK、PSK等。
信道编码技术
在传输过程中对数字信号进行编码和解码， 实现数据的可靠传输。
解调技术
接收和解调传输的数字信号，将其还原为原 始数据。
功率控制技术
控制传输信号的功率，保证传输质量和节约 能源。
应用案例
通信网络
数字基带传输系统在各类通信 网络中广泛应用，提供高速、 稳定的数据传输。
互联网
数字基带传输系统为互联网提 供了稳定和高效的数据传输基 础。
应用领域
1 通信网络
2 互联网
3 广播电视
数字基带传输系统被广 泛应用于各类通信网络， 包括有线和无线网络。
数字基带传输系统支持 高速、稳定的数据传输， 是互联网的基础。
数字基带传输系统用于 广播电视信号的传输和 播放。
优点与缺点
优点
• 高传输速率 • 低传输误码率 • 抗干扰性强
缺点
• 对传输介质要求高 • 成本较高 • 技术要求相对复杂
组成部分
发送器
将数据转换为பைடு நூலகம்字信号并进行调制。
接收器
接收和解调传输的数字信号，并将其转换为 可识别的数据。
传输介质
用于传输数字信号的物理媒介，如光纤、电 缆等。
控制模块
管理和控制数字基带传输系统的运行和功能。
基带传输和频带传输的概念
基带传输和频带传输的概念
基带传输和频带传输是通信领域中两个重要的概念。
基带传输指的是
将数字信号直接传输到信道中，而频带传输则是将数字信号通过调制
的方式转换成模拟信号，再传输到信道中。
下面将详细介绍这两种传
输方式的概念和特点。
基带传输是指将数字信号直接传输到信道中，信号的频率范围为0Hz
到基带带宽。
基带传输的特点是传输距离短，传输速率低，但传输质
量高，信号失真小。
基带传输常用于短距离通信，如局域网、计算机
内部通信等。
频带传输是将数字信号通过调制的方式转换成模拟信号，再传输到信
道中。
调制是指将数字信号的频率、相位、幅度等参数转换成与载波
信号相对应的参数，从而形成模拟信号。
频带传输的特点是传输距离长，传输速率高，但传输质量受到噪声和干扰的影响较大。
频带传输
常用于长距离通信，如广播电视、移动通信等。
基带传输和频带传输各有优缺点，应根据具体情况选择合适的传输方式。
在短距离通信中，基带传输具有传输质量高、信号失真小的优点，因此常用于局域网、计算机内部通信等场合。
而在长距离通信中，频
带传输具有传输速率高、传输距离远的优点，因此常用于广播电视、
移动通信等场合。
总之，基带传输和频带传输是通信领域中两个重要的概念，各有优缺点，应根据具体情况选择合适的传输方式。
在未来的通信发展中，基带传输和频带传输将继续发挥重要作用，为人们的通信生活带来更多的便利和效益。
什么是基带传输
什么是基带传输由计算机或终端产生的数字信号，频谱都是从零开始的，这种未经调制的信号所占用的频率范围叫基本频带（这个频带从直流起可高到数百千赫，甚至若干兆赫），简称基带（base band）。
这种数字信号就称基带信号。
在数字传输系统中，其传输对象通常是二进制数字信息，它可能来自计算机、网络或其它数字设备的各种数字代码。
也可能来自数字电话终端的脉冲编码信号，设计数字传输系统的基本考虑是选择一组有限的离散的波形来表示数字信息。
这些离散波形可以是未经调制的不同电平信号，也可以是调制后的信号形式。
由于未经调制的脉冲电信号所占据的频带通常从直流和低频开始。
因而称为数字基带信号。
在某些有线信道中，特别是传输距离不大远的情况下，数字基带信号可以直接传送，我们称之为数字信号的基带传输。
在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号;矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带,简称为基带,矩形脉冲信号就叫做基带信号;在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输;在发送端，基带传输的数据经过编码器变换变为直接传输的基带信号，例如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号;在接收端由解码器恢复成与发送端相同的矩形脉冲信号;基带传输是一种最基本的数据传输方式。
基带传输又叫数字传输，是指把要传输的数据转换为数字信号，使用固定的频率在信道上传输。
例如计算机网络中的信号就是基带传输的。
和基带相对的是频带传输，又叫模拟传输，是指信号在电话线等这样的普通线路上，以正弦波形式传播的方式。
我们现有的电话、模拟电视信号等，都是属于频带传输。
频带传输：上面的传输方式适用于一个单位内部的局域网传输，但除了市内的线路之外，长途线路是无法传送近似于0的分量的，也就是说，在计算机的远程通信中，是不能直接传输原始的电脉冲信号的（也就是基带信号了）。
因此就需要利用频带传输，就是用基带脉冲对载波波形的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化，这就是调制。
数字信号的基带传输
实训三数字信号的基带传输一、实验目的1.掌握基带信号的功率谱密度方法。
2.掌握数字基带传输系统的误码率计算。
3.理解码间干扰和信道噪声对眼图的影响。
4.理解匹配滤波器的原理。
二、实验内容1.基带信号采用不归零矩形脉冲或升余弦滚降波形，基带信号的功率谱密度分析。
2.误码率的计算：A/σ和误码率之间的性能曲线。
3.眼图的生成。
4.匹配滤波器。
三．实验结果1.基带信号采用矩形脉冲和根号升余弦信号波形的功率谱。
（1）二进制不归零矩形脉冲的时域波形与功率谱（对应的m 文件为rectpul.m）。
012345678910-11时间幅度2012210178 黄亮平-5-4-3-2-10123450123频率功率双极性矩形脉冲信号的功率谱密度（2）二进制滚降系数为1的升余弦信号的时域波形和功率谱(对应的m 文件为rcos.m)。
0102030405060708090100-11时间幅度2012210178 黄亮平 滚降系数为1的基带信号波形00.51 1.52 2.53 3.5x 10400.10.20.30.4升余弦信号功率谱2、误码率的计算随机产生10^6个二进制信息数据，采用双极性码，映射为±A。
随机产生高斯噪声(要求A/σ为0～12dB)，叠加在发送信号上，直接按判决规则进行判决，然后与原始数据进行比较，统计出错的数据量，与发送数据量相除得到误码率。
画出A/σ和误码率之间的性能曲线，并与理论误码率曲线相比较(对应的m 文件为bercompared.m)。
0246810121010101010102012210178 黄亮平 误码率仿真曲线与理论曲线的比较A/sigma b e r3.绘制波形和眼图（1)设基带信号波形为滚降系数为1的升余弦波形,符号周期Ts,试绘出不同滚降系数a=1,0.75,0.5,0.25时的时域脉冲波形（对应的m 文件为diffrcosa.m）。
024681012141618200.512012210178 黄亮平 滚降信号波形 a=1024681012141618200.51滚降信号波形 a=0.75024681012141618200.512012210178 黄亮平 滚降信号波形 a=0.5024681012141618200.51滚降信号波形 a=0.25（2）随机生成一系列二进制序列，滚降系数a=1，画出多个信号的升余弦波形（对应的m 文件为multicossignals.m）。
数字基带信号
数字信号基带传输
3. 双极性不归零信号 双极性是指用正、负两个极性来表示数据信号的“1”或“0”；在“1”和
“0”等概率出现的情况下双极性序列中不含有直流分量，对传输信道的直 流特性没有要求；如图4.1(c)所示。 4. 双极性归零信号
“1”码和“0”码在一个码元周期Tb内，高电位只维持一段时间就返回零 位；如图4.1(d)所示。这种波形的每一个码元最后都要回到零电位。由于 正负极性均归零，所以包含有比单极性归零波形更多的同步信息，无论是 连续的1还是连续的0，均可以方便地在接收端识别出来。 5. 伪三元信号
AMI码对应的基带信号是正负极性交替的脉冲序列，而0电位持不变的规律。 AMI码的优点是，由于+1与-1 交替， AMI码的功率谱中不含直流成分，高、低频 分量少，能量集中在频率为1/2码速处。此外，AMI码的编译码电路简单，便于利 用传号极性交替规律观察误码情况。鉴于这些优点，AMI码是CCITT建议采用的 传输码性之一。
AMI码的不足是，当原信码出现连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成 提取定时信号的困难。解决连“0”码问题的有效方法之一是采用HDB3码。
2. HDB3码 HDB3码的全称是3阶高密度双极性码，它是AMI码的一种改进型， 其目的是为
了保持AMI码的优点而克服其缺点， 使连“0”个数不超过3个。其编码规则如下：
数字信号基带传输
图4.1 常用数字序列电信号形式
数字信号基带传输
1.2 数字基带信号的常用码型
在实际的基带传输系统中，并不是所有代码的电波形都能在信道中传输。 例如，前面介绍的含有直流分量和较丰富低频分量的单极性基带波形就不适 宜在低频传输特性差的信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。又如， 当消息代码中包含长串的连续“1”或“0”符号时，非归零波形呈现出连续的固 定电平，因而无法获取定时信息。单极性归零码在传送连“0”时，存在同样 的问题。因此，对传输用的基带信号主要有下面几个方面的要求： (1) 线路传输码型的频谱应不含直流分量； (2)便于从线路内传输码型中提取定时信息； (3)线路传输码型具有一定的检错能力； (4)尽量减少基带信号频谱中的高频分量，以节省传输频带并减少串扰； (5)编码效率高。
最新现代通信原理_曹志刚_答案(很重要)
通信原理作业参考答案 12 第三章 模拟线性调制34 3.7证明只要适当选择题图3.7中的放大器增益K ，不用滤波器即可实现抑5 制载波双边带调制。
67 解：8tt Af b aK t A t f b aK t A t f b t A t f aK t A t f b t A t f K a t S c c c c c c DSB ωωωωωωcos )(2)(]cos )()[(]cos )([]cos )([]cos )([)]cos )(([)(2222222222⋅+++-=--+=--+=9令 02=-b aK ，则a b K /2=10 t t bAf t S c DSB ωcos )(4)(=1112 3.13 用 90相移的两个正交载波可以实现正交复用，即两个载波可分别传输13 带宽相等的两个独立的基带信号)(1t f 和)(2t f ，而只占用一条信道。
试证明无失14 真恢复基带信号的必要条件是：信道传递函数)(f H 必须满足15W f f f H f f H c c ≤≤-=+0),()(16证明：)(]sin )([)(]cos )([)(21t h t t f t h t t f t S c c *+*=ωω17)]}()([)()(){(21)(2211c c c c F F j F F H S ωωωωωωωωωω--++++-=18 以t t C c d ωcos )(=相干解调，输出为 19 )(*)()(t C t S t S d p =20)]}()2([)2()(){(41)]}2()([)()2(){(41)]()([21)(22112211ωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωF F j F F H F F j F F H S S S c c c c c c c c p -++++++--++--=++-= 21选择适当滤波器，滤掉上式中c ωω2±项，则22)]()()[(4)]()()[(41)(21c c c c d H H F jH H F S ωωωωωωωωωωω+--+++-=23 要无失真恢复基带信号，必须24⎩⎨⎧=++-+=-常数)()()()(c c c c H H H H ωωωωωωωω 25此时可恢复)(1t f 。
数字基带信号的功率谱计算
(+A)(-A) (+A)(-A) (+A*A)(+A*A)
0(0)
19
AMI码中出现an an+2组合的概率
|an| |an+1| |an+2| |an*an+2| p(anan+2)
00
0
0
0.125
00
A
0
0.125
0A
0
0
0.125
0A
A
0
0.125
A0
0
0
0.125
A0
A (-A*A) 0.125
• Na=4;
%示波器扫描宽度为4个码元
• SNR=30;
%信噪比为30dB
• ratio=0;
%误码率初始值设为0
• t=[-T/2+dt/2:dt:T/2];
%时域横坐标,－T/2＋dt的目的是对开分母为0的那个点
• f=[-Bs+df/2:df:Bs];
%频域横坐标
• EP=zeros(1,N);
S( k TS
)
2E2 (a) TS2| G(ຫໍສະໝຸດ k TS) |2(f
n TS
)
k是从负无穷到正无穷的整数。
当k=0，得到信号的直流成分。
10
例9-1 单极性二元码的功率谱计算。
假设单极性二元码中对应于输入信码0，1的 幅度取值为0，+A，输入信码为各态历经随机序列， 0，1的出现统计独立，则概率为1/2，即
C e j 2mfst m
m
其中Cm
1 TS
Ts
2 Ts
v(t )e
dt j 2mfst
现代通信原理-曹志刚-答案(很重要)
现代通信原理-曹志刚-答案(很重要)通信原理作业参考答案第三章 模拟线性调制3.7证明只要适当选择题图3.7中的放大器增益K，不用滤波器即可实现抑制载波双边带调制。
解：tt Af b aK t A t f b aK t A t f b t A t f aK t A t f b t A t f K a t S c c c c c c DSB ωωωωωωcos )(2)(]cos )()[(]cos )([]cos )([]cos )([)]cos )(([)(2222222222⋅+++-=--+=--+=令2=-b aK ，则ab K/2=t t bAf t S cDSB ωcos )(4)(=3.13 用90相移的两个正交载波可以实现正交复用，即两个载波可分别传输带宽相等的两个独立的基带信号)(1t f 和)(2t f，而只占用一条信道。
试证明无失真恢复基带信号的必要条件是：信道传递函数)(f H 必须满足Wf f f H f f H c c ≤≤-=+0),()(证明：)(]sin )([)(]cos )([)(21t h t t f t h t t f t S c c *+*=ωω)]}()([)()(){(21)(2211c c c c F F j F F H S ωωωωωωωωωω--++++-=以t t C c dωcos )(=相干解调，输出为 )(*)()(t C t S t S dp=)]}()2([)2()(){(41)]}2()([)()2(){(41)]()([21)(22112211ωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωF F j F F H F F j F F H S S S c c c c c c c c p -++++++--++--=++-=选择适当滤波器，滤掉上式中cωω2±项，则)]()()[(4)]()()[(41)(21c c c c d H H F jH H F S ωωωωωωωωωωω+--+++-=要无失真恢复基带信号，必须⎩⎨⎧=++-+=-常数)()()()(c c c c H H H H ωωωωωωωω此时可恢复)(1t f 。
数字基带传输 实验报告
数字基带传输实验报告数字基带传输实验报告1. 引言数字基带传输是现代通信系统中的重要组成部分，它负责将数字信号转换为模拟信号，以便在传输过程中进行传输。
本实验旨在通过搭建数字基带传输系统的实验平台，探索数字信号的传输特性和相关参数的测量方法。
2. 实验设备和方法实验所使用的设备包括信号发生器、示波器、传输线等。
首先，我们将信号发生器的输出连接到传输线的输入端，然后将传输线的输出端连接到示波器，以便观察信号的传输效果。
在实验过程中，我们会改变信号发生器的输出频率和幅度，以研究其对传输信号的影响。
3. 实验结果与分析通过实验观察和数据记录，我们发现信号发生器的输出频率对传输信号的带宽有着直接的影响。
当信号发生器的输出频率增加时，传输信号的带宽也随之增加。
这是因为高频信号具有更多的频率成分，需要更大的带宽来进行传输。
此外，我们还观察到信号发生器的输出幅度对传输信号的幅度衰减有着重要的影响。
当信号发生器的输出幅度增加时，传输信号的幅度衰减也随之增加。
这是因为高幅度信号在传输过程中容易受到噪声和衰减的影响。
4. 数字信号的传输特性数字信号的传输特性是指信号在传输过程中的失真情况。
在实验中，我们观察到信号的失真主要表现为幅度衰减和相位偏移。
幅度衰减是指信号在传输过程中幅度减小的现象，而相位偏移是指信号在传输过程中相位发生变化的现象。
这些失真现象会导致信号的质量下降，从而影响通信系统的性能。
5. 数字信号的传输参数测量在实验中，我们还对数字信号的传输参数进行了测量。
其中，最重要的参数是信号的带宽和信号的衰减。
带宽的测量可以通过观察传输信号在示波器上的频谱来进行，而衰减的测量可以通过比较信号发生器的输出幅度和传输信号的接收幅度来进行。
通过测量这些参数，我们可以评估数字基带传输系统的性能，并进行相应的优化。
6. 结论通过本实验，我们深入了解了数字基带传输的原理和特性。
我们发现信号的频率和幅度对传输信号的带宽和幅度衰减有着直接的影响。
简述数字基带信号的传输过程。
简述数字基带信号的传输过程。
数字基带信号是指在通信系统中用来表示数字信息的信号，它是一种低频信号，通常用来传输语音、图像和数据等信息。
数字基带信号的传输过程可以分为三个主要步骤：数字信号的产生、数字信号的调制和数字信号的传输。
数字信号的产生是指将原始的语音、图像或数据信息转换成数字形式。
这一步骤通常包括采样、量化和编码三个过程。
采样是指将连续的模拟信号在时间上进行离散化，将其转换为一系列离散时间点上的采样值。
量化是指对每个采样点的幅度进行离散化，将其转换为一系列离散的幅度值。
编码是指将每个幅度值用二进制数表示，以便于数字信号的处理和传输。
接下来，数字信号的调制是指将数字信号转换为模拟信号，以便在传输介质上进行传输。
调制的主要目的是将数字信号的频率范围限制在传输介质所能承载的频率范围内。
调制技术常用的有脉冲编码调制（PCM）、频移键控（FSK）、相位键控（PSK）和正交振幅调制（QAM）等。
其中，脉冲编码调制是最常用的一种调制技术，它将数字信号转换为一系列脉冲，并通过改变脉冲的幅度、宽度和位置来表示数字信号的不同取值。
数字信号的传输是指将调制后的信号通过传输介质传输到接收端。
传输介质可以是导线、光纤、空气等。
在传输过程中，数字信号可能会受到各种噪声和干扰的影响，如信号衰减、失真、干扰等。
为了保证传输质量，通常会采用差错检测和纠正技术，如循环冗余检验（CRC）和前向纠错（FEC）等。
总结起来，数字基带信号的传输过程包括数字信号的产生、数字信号的调制和数字信号的传输三个主要步骤。
通过这些步骤，可以将原始的语音、图像或数据信息转换为数字形式，并通过调制技术将其转换为模拟信号进行传输。
在传输过程中，还需要考虑信号的传输质量，采取相应的差错检测和纠正技术。
数字基带信号的传输过程在现代通信系统中起着重要的作用，它使得数字信息可以方便地在不同的设备之间传输和交换，极大地推动了信息通信技术的发展。
基带传输的三种调制方式
基带传输的三种调制方式在通信领域中，基带传输是指将数字信号直接传输到信道上的一种方式。
为了能够在信道上传输数字信号，需要对其进行调制处理。
基带传输的调制方式有三种：振幅调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。
下面将逐一介绍这三种调制方式的原理和特点。
1. 振幅调制（AM）振幅调制是将数字信号的振幅与载波的振幅进行调制，以实现信号的传输。
在振幅调制中，载波的频率和相位保持不变，只调制其振幅。
当数字信号为1时，振幅调制会使得载波的振幅增大；当数字信号为0时，振幅调制会使得载波的振幅减小。
通过这种方式，可以将数字信号转换为模拟信号，便于在信道上传输。
振幅调制的优点是实现简单，对信道的要求较低。
然而，由于调制信号是通过改变载波的振幅来传输信息的，因此容易受到噪声的干扰，信号的可靠性较低。
2. 频率调制（FM）频率调制是将数字信号的频率与载波的频率进行调制。
在频率调制中，载波的振幅和相位保持不变，只调制其频率。
当数字信号为1时，频率调制会使得载波的频率增加；当数字信号为0时，频率调制会使得载波的频率减小。
通过这种方式，可以将数字信号转换为模拟信号，便于在信道上传输。
频率调制的优点是抗干扰能力较强，信号的可靠性较高。
然而，频率调制的实现相对复杂，对信道的要求也较高。
3. 相位调制（PM）相位调制是将数字信号的相位与载波的相位进行调制。
在相位调制中，载波的振幅和频率保持不变，只调制其相位。
当数字信号为1时，相位调制会使得载波的相位发生变化；当数字信号为0时，相位调制会使得载波的相位保持不变。
通过这种方式，可以将数字信号转换为模拟信号，便于在信道上传输。
相位调制的优点是调制过程简单，对信道的要求较低。
然而，相位调制容易受到相位偏移和多径效应的影响，导致信号失真。
总结起来，振幅调制、频率调制和相位调制是基带传输中常用的调制方式。
每种调制方式都有其独特的优点和适用场景。
振幅调制简单易实现，适用于对信号可靠性要求不高的场景；频率调制抗干扰能力较强，适用于抗干扰能力要求较高的场景；相位调制实现简单，适用于对信道要求不高的场景。
数字信号的基带传输
(c) 当 AMI 中出现长连“ 0”时， AMI码中长时间无电平 跳变，致使定时信号难以提取。 为了克服这个缺点，提出了HDB3码。
2.三阶高密度双极性码（HDB3码） HDB3码是一种AMI码的改进型，又称四连“0”取代码， 在 AMI 码中，如果连续较长的一段序列为“ 0” 码，则在接 收端会因为长时间无变化波形的控制而丢失同步信号。 为了克服传输波形中出现长连“ 0” 的情况，而设计了 AMI码的改进码型 HDB3码。HDB3码就是码型中最长连“0” 数不超过3个的高密度双极性码。 (1) 构成规则 在消息的二进制代码序列中， ①当连“0”码个数不大于 3时，HDB3编码规律与AMI码相 同，即“1”码变为“+1”、“－1”交替脉冲；
(2) 特点 (a)不存在直流分量。 (b)具有频繁出现的电平跳变，有利于接收端提取位定时 信号。 (c) 具有内检错能力 ，这是因为“ 1” 码相当于“ 00” 或 “11”两位码组，而“0”码相当于“01”码组，在正常情况下， 序列中无“10”码组出现，且无“00”或“11”码组连续出现， 这种相关性可用来检测因干扰而产生的部分错码。 三种常见传输码型的应用场合是：对于程控数字交换系 统中数字用户线上所传送的基本速率 (2B+D)数字信号码型， 选用 AMI 码、 HDB3 码。在数字中继线或光纤传输系统的接 口上，一般采用HDB3或CMI接口码型，
δt
∞，t =０
０，t≠0
单位冲激函数及其频谱如图4.8所示。
图4.8 单位冲激函数及其频谱
二、信道限带传输对信号波形的影响
任一信道的频带宽度都是有限的。当无限带宽的信号通 过有限带宽的信道时，必然会使信号的频谱受到一定损失， 结果使到达接收端的信号波形发生变化。
现代通信原理课件_曹志刚钱亚生_清华大学出版社_第九章资料
不经过调制直接进行数字信号 的传输的传输方式称为数字信号的 基带传输。
数字基带信号含有大量的低频 分量以及直流分量。
4
数字信号传输的基本方式
基带传输 频带传输
经过调制，利用载波传输调制 后的频带信号的传输方式称为数字 信号的频带传输。
5
基带传输系统的组成
用来产生适合 于信道传输的 基带信号
三元码
信号交替反转码 HDBn码 HDB3码
多元码
M进制码 2B1Q码 ISDN所应用的144kbps
10
9.1.2二元码(1)
单极性非归零码 双极性非归零码
单极性归零码 三者的特点
Hale Waihona Puke — Not Return Zero code在整个码元期 间电平保持不变. — 零电平和正电平分别对应着二进制 代码0和1.
13
9.1.2二元码(1)
单极性非归零码 双极性非归零码
单极性归零码 三者的特点
1. 具有丰富的低频分量和直流分量。 不能用于采用交流耦合的信道传 输。
2. 如果出现长“1”或“0”序列， 没有跳变，不利于接收端时钟信 号的提取。
3. 不具有检测错误的能力，相邻码 之间不存在相关制约的关系
14
9.1.2二元码(2)
20
9.1.2二元码(2)
差分码 数字双相码
传号反转码
密勒码 5B6B码
特点：
“1”码元中点处跳变 “0”单个0不跳变 “0”连0，“0”码之间跳变
21
9.1.2二元码(2)
差分码 数字双相码
传号反转码
5B6B码
编码规则：
将5位二元输入码编成6位 二元 输出码。
22
《数字信号基带传输》课件
采样
将连续时间信号转换为离散时间序列。
编码
将量化信号编码为数字产生
基带信号可通过数学函数、数字信号处理等方法生 成。
描述
基带信号可以使用时域波形、频谱图、功率谱密度 等方式进行描述。
传输中的基带噪声和失真
1 噪声
传输过程中的噪声会引起信号的质量下降和误码率的增加。
《数字信号基带传输》 PPT课件
数字信号基带传输是将数字信号直接传输至接收端的一种通信方式。本课程 将探讨其原理、应用场景、噪声和失真、调制技术等内容。
什么是数字信号基带传输？
数字信号基带传输是将数字信号的原始形式直接传输至接收端，不进行模拟 信号的调制过程，具有高带宽利用率和抗干扰能力强的特点。
调相（PM）
将数字信息调制至载波的相位。
链路预算和误码率分析
链路预算
计算信号在传输中所能承受的衰减、噪声等因素。
误码率分析
评估信号在传输中的错误概率，确定合适的编码和 调制方案。
2 失真
信号在传输过程中可能遭受幅度、相位、频率等方面的失真。
信道编码技术
前向纠错编码
通过添加冗余来提高抗噪声和纠错能力，如海明码、RS码。
调制编码
将数字信息直接映射到模拟载波上，如PSK、QAM。
调制技术和调制方法
调幅（AM）
将数字信息调制至载波的振幅。
调频（FM）
将数字信息调制至载波的频率。
数字信号基带传输的应用场景
LAN网络
基带传输常用于局域网 （LAN）中，例如以太网。
数字音视频
基带传输可用于将数字音视 频信号传输至显示屏、音响 设备等。
计算机数据传输
基带传输可用于计算机之间 的数据传输，如USB、HDMI 接口。
数字 信号的基带传输
符号与信息
定义：
1比特信息等于“一个等概的二进制符号平均 携带的信息量”。
信息的度量与符号的概率相关 通常，对于一个M进制等概符号，每个符号平
均携带的信息量为log2M（比特）
符号速率与信息速率
符号速率Rs
单位：波特(Baud)，表示平均每秒钟符号产 生的个数
信息速率Rb
t
t kTs
dt
1 Ts
Ra
k
k
t
t
kTs
dt
1 Ts
Ra
k
k
kTs
Pa
f
Ra
e j2 f d 1
Ts
k
Rakຫໍສະໝຸດ kTse j2 f d
1
Ts
k
Ra
k
e j2 kTs
所以，PAM信号的功率谱密度为
Ps
f
1 Ts
k
Ra k e j2 fkTs G f 2
ang t nTs
n
g(t)
n
PAM信号的功率谱密度
假设信源产生的数字序列是平稳的，则根 据平稳信号经过线性系统其功率谱密度的 关系
Ps f Pa f G f 2
Ra
t,
t
E
n
an* t nTs
m
am t mTs
E an*am t nTs t mTs nm
• 其特征是有限集
• 数字符号发生的概率
• 不见得符号集中的每个符号是等概发生的。如英文书中字母“e” 出现的概率比“z”出现的概率大
• 数字符号前后之间的关系
数字信源
通常可以用一个随机数字序列来表示
如：二进制独立等概信源可表示成
数字基带信号的传输
影响信噪比的因
04 数字基带信号的传输系统
传输系统的组成
调制器
将数字基带信号转换为适合传 输的调制信号。
解调器
将传输的调制信号还原为原始 的数字基带信号。
信号源
产生需要传输的数字基带信号， 可以是数据、图像、音频等。
信道
传输调制信号的媒介，可以是 光纤、无线电波、电缆等。
目的地
接收并处理还原后的数字基带 信号。
数字基带信号的传输
目录
CONTENTS
• 数字基带信号的概述 • 数字基带信号的调制与解调 • 数字基带信号的传输性能 • 数字基带信号的传输系统 • 数字基带信号的传输协议 • 数字基带信号的传输案例分析
01 数字基带信号的概述
定义与特点
定义
数字基带信号是指在基本频带内传输 的数字信号，不经过调制直接发送或 传输。
传输系统的性能指标
传输速率
单位时间内传输的数据量，通常以比特率表 示。
信噪比
信号与噪声之间的功率比，影响传输质量。
误码率
传输过程中出现错误的概率，是衡量数据传 输质量的重要指标。
带宽
信道能够传输信号的频率范围，影响传输速 率和抗干扰能力。
传输系统的优化方法
01
信道编码
通过增加冗余信息来提高数据传输 的可靠性。
HDLC协议概述
HDLC（High-Level Data Link Control） 是一种高级数据链路控制协议，用于在点 对点通信链路上进行可靠的数据传输。
• 同步传输
HDLC采用同步传输方式，数据在固定的 时间间隔内以固定的格式发送。
• 效率高
HDLC采用零比特插入技术，避免了比特 插入和删除的过程，提高了数据传输效率 。
数字基带传输系统的组成
数字基带传输系统的组成数字基带传输系统是一种数字信号传输技术，它将数字信号直接传输到接收端，而不需要进行模拟信号转换。
数字基带传输系统由多个组成部分构成，下面将逐一介绍。
1. 发送端发送端是数字基带传输系统的核心部分，它负责将数字信号转换为电信号，并将其发送到接收端。
发送端通常由数字信号处理器、调制器、编码器和发射机等组成。
数字信号处理器用于对数字信号进行处理和调整，以便更好地适应传输通道。
调制器将数字信号转换为模拟信号，以便在传输过程中进行传输。
编码器将数字信号转换为二进制码，以便在传输过程中进行传输。
发射机将电信号发送到传输介质中。
2. 传输介质传输介质是数字基带传输系统的传输通道，它可以是电缆、光纤、无线电波等。
传输介质的选择取决于传输距离、传输速率、传输质量和成本等因素。
电缆和光纤通常用于短距离传输，而无线电波则适用于长距离传输。
3. 接收端接收端是数字基带传输系统的另一个核心部分，它负责接收传输介质中的电信号，并将其转换为数字信号。
接收端通常由接收机、解调器、解码器和数字信号处理器等组成。
接收机将电信号接收并放大，以便进行后续处理。
解调器将模拟信号转换为数字信号，以便进行解码和处理。
解码器将二进制码转换为数字信号，以便进行后续处理。
数字信号处理器用于对数字信号进行处理和调整，以便更好地适应接收端的要求。
4. 控制器控制器是数字基带传输系统的另一个重要组成部分，它负责控制整个系统的运行和管理。
控制器通常由微处理器、存储器和接口电路等组成。
微处理器用于控制系统的运行和管理，存储器用于存储系统的程序和数据，接口电路用于与其他设备进行通信和交互。
数字基带传输系统由发送端、传输介质、接收端和控制器等多个组成部分构成。
这些部分相互协作，共同完成数字信号的传输和处理，为现代通信技术的发展做出了重要贡献。
数字基带信号的频带传输
带通 滤波器
相乘器
低通 滤波器
取样 判决器
载波提 取电路
PSK 波形 载波基准
相乘输出
低滤输出 取样脉冲
判决输出
DPSK解调
DPSK信号的波形与PSK相同，因此也能用上面的框图进行解调，但得到 的只能是相对码，还必须有一个码变换器将相对码变换为绝对码。此外， DPSK信号解调还可采用差分相干解调的方法，直接将信号前后码元的相位进 行比较，如下图。由于此时的解调已同时完成了码变换，故无需再安排码变换 器。这种解调方法由于无需专门的相干载波，因而是一种很实用的方法。当然， 它需要一延迟电路精确地延迟一个码元长度（TS），这是在设备上所要花费的 代价。
π/4 3π/4 5π/4 7π/4
相位（π/2系统）
0 π/2 π 3π/2
与DPSK一样，4DPSK也是用相邻码元（四进制码元）的相位差表 示四种状态。例如，第一个码元为01，它与前一个码元（参考相位为0） 的相位差就是π/2；第二个码元为00，它与第一个码元的相位差是0，与 基准载波的相位差则是π/2。
信码
基准载波（“0 ”相）
4PSK 信号波形
PSK 信号相位
π/2 0 π π/2 π 3π/2 3π/2 0
参考相位
4DPSK 信号波形
DPSK 相对于 基准的相位
π/2 π/2 3π/2 0 π π/2 0 0
4PSK信号的产生与解调
4PSK信号的合成
4.1.1二进制振幅键控
信号波形
正弦载波的有无受到信码控制，当信码为1时，ASK的波形是若干个
周期的高频等幅波（图中为两个周期）；当信码为0时，ASK信号的
波形是零电平。
信码
10011011100
通信原理 数字信号的基带传输
2018年10月22日
20
2018年10月22日
21
二进制信息
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
AMI码
B+
B-
0
B+
0
0
0
V+
0
0
0
B-
0
0
B+
B-
0
0
V-
0
0
B+
HDB3码
B+
B-
0
B+
0
V+
B-
0
V-
B+
0
B-
0
0
B+
0
V+
B-
0
V-
B+
B-
B6ZS码
三元码波形
2018年10月22日
n
PG1 (nf s）＋（－ 1 P)G2 (nf s ) ( f nf s )
2
g (t )
是功率信号，将其截短成长度为 T (2N 1)T 的信号 g
s
T
(t )
gT (t )
扣除稳态分量后，剩余的交变分量为
2018年10月22日 18
6.1.3三元码
三元码 －用信号幅度的三种取值表示二进制码 －三元码被广泛地用作PCM的线路传输码型
2018年10月22日
19
6.1.3三元码（1）
传号交替反转码 ——常记作AMI码 ——二进制码0用0电平表示，二进制码1交替地用＋1 和－1的半占空归零码表示 ——AMI码中无直流分量，低频分量较小，能量集中 在 1/2码速处 ——利用传号交替反转规则可用作宏观检测
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（3）画出产生此差分相移键控信号的方框图；
（4）画出接收此差分相移键控信号的方框图，阐明将次差分码判为数字信号的规律。
9.11 设一相关编码系统如题 9.11 图所示。图中，理想低通滤波器的截止频率为 1/2Ts， 通带增益为Ts。试求该系统的单位冲激响应和频率特性。
x1 (t )
2Ts
题 9.11 图 9.12 求基带传输系统的误比特率为 10-8，计算二元码、三元码和四元码传输所需要的 信噪比。 9.13 设某基带传输系统具有如题 9.13 图所示的三角形传输函数：
4
的双边功率谱密度为
n0 2
W/Hz
，试确定 GR
(ω) 的输出噪声功率；
（2）若在抽样时刻 KT （ K 为任意正整数）上，接收滤波器的输出信号以相同概率取
0， A 电平，而输出噪声取值V 服从下述概率密度分布的随机变量
f
(V )
=
1 2λ
⎛ exp ⎜ −
⎝
V λ
⎞ ⎟ ⎠
λ > 0 （常数）
试求系统最小误码率 pe 。
9.3 设某双极性数字基带信号的基本脉冲波形如题 9.3（a）图错误！未找到引用源。
所示。它是一个高度为
1，宽度τ
=
1 3
Ts
的矩形脉冲，且已知数字信息“1”的出现概率为
3/4，“0”的出现概率为 1/4。
（1）写出该双极性数字信号的功率谱密度的表示式，并画出功率谱密度图；
（2）由该双极性信号中能否直接提取频率为 fs = 1/ Ts 的分量？若能，试计算该分量的
{an}
GT (ω)
C(ω)
GR (ω)
{a' } n
n(t) 题 9.4 图 基带系统模型 9.5 设二进制符号为 110010001110，试以矩形脉冲为例，分别画出相应的单极性波形， 双极性波形，单极性归零波形，双极代码为 100000000011，求相应的AMI码，HDB3码，PST码及双向码。 9.7 设某基带传输系统具有题 9.7 图所示的三角形传输函数， （1）求该系统接收滤波器输出基本脉冲的时间表示式； （2）当数字基带信号的传码率RB = ω0 / π 时，用奈奎斯特准则验证该系统能否实现无 码间干扰传输？
第九章 数字信号的基带传输
9.1 设某二进制数字基带信号中，数字信息“1”和“0”分别由 g(t)及-g(t)表示，且“1” 与“0”出现的概率相等,g(t)是升余弦频谱脉冲，即
g (t )
=
1 2
cos⎜⎜⎝⎛
πt Ts
⎟⎟⎠⎞
1 − 4t 2
Sa⎜⎜⎝⎛
πt Ts
⎟⎟⎠⎞
Ts2
写出该数字基带信号的功率谱密度表示式；
功率。
g(t)
1
-Ts/2
-τ/2
0
τ/2
Ts/2 t
题 9.3(a)图 基本脉冲波形
9.4 若二进制基带系统如题 9.4 图所示，并设 C(ω) = 1 ，GT (ω) = GR (ω) = H (ω) 。
现已知
1
H
(ω
)
=
⎪⎧τ ⎨
0
(1
+
cos
ωτ
0
),
⎪⎩
0,
ω ≤π τ0
其他ω
（1）若
n(t)
Hw 1
-w0
0
w0
题 9.7 图
9.8 设某数字基带传输系统的传输特性 H (ϖ ) 如题 9.8 图所示。其中α为某个常数（0 ≤
α ≤ 1）：
2
（1）试检验该系统能否实现无码间干扰传输？ （2）试求该系统的最大码元传输速率为多少？这时的系统频带利用率为多大？
Hw 1
0.5
-(1+a)w0 -w0 -(1-a)w0 0 (1-a)w0 w0 (1+a)w0
9.2 某二进制数字基带系统所传送的是单极性基带信号，且数字信息“1”和“0”的 出现概率相等。
（1）若数字信息为“1”时，接收滤波器输出信号在抽样判决时刻的值 A=1V, 且接收
滤波器输出噪声是均值为零，均方根值 0.2V 的高斯噪声，试求这时的误码率 Pe ；
（2）若要求误码率 Pe 不大于10−5 ，试确定 A 至少应该是多少？
题 9.8 图 9.9 采用双极性码的基带信号，传码率为 64kb/s，P（1）= P（0）= 1/2，若收到“1” 脉冲幅度为 1V，“0”脉冲幅度为-1V，信道中高斯白噪声的功率谱n0/2=7.8×10-7W/Hz，求： （1）收“1”与“0”的概率密度函数表达式； （2）证明最佳门限电平为 0V；
∫ （3）计算误码率[注：erfc（x）= 2 ∞ e-y2dy ，且 x 较大时，erfc（x）≈ e−x2 ]。
πx
xπ
9.10 有某二进制符号序列 101100001100000101， （1）写出相应的 AMI 码，HDB3 码；
（2）根据bn=an⊕bn-1（式中⊕表示模 2 加）的规律产生差分码，设此差分码的第一位码 规定为 0，写出此差分码序列。
3
1 H(ω)
−ω
0
ω
题 9.13 图
（1） 求该系统接收滤波器输出基本脉冲的时间表达式；
（2） 当数字基带信号饿传码率
RB
=
ω0 π
时，用奈奎斯特准则验证该系统能否实现无码
间干扰传输？
9.14 基带传输系统的输入宽度为 Tb / 2 ，高度为 1 的矩形脉冲 s(t),要求输出 R(t)是宽度
为 2Tb ,α = 1的升余弦时间波形，问传输系统的总特性如何表示。