第六章数字基带传输系统
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(通信原理课件)第6章数字基带传输系统
(通信原理课件)第6章数字 基带传输系统
• 引言 • 数字基带信号的特性 • 数字基带传输系统的基本组成 • 数字基带传输系统的性能指标 • 数字基带传输系统的常见问题与解决
方案 • 数字基带传输系统的未来发展与展望
01
引言
数字基带传输系统的定义
01
数字基带传输系统是指利用电缆 、光纤等传输介质直接传输数字 信号的系统。
02
它将数字信号转换为适合传输的 电信号或光信号，并在接收端将 这些信号还原为原始的数字信号 。
数字基带传输系统的应用场景
数字基带传输系统广泛应用于局域网 、城域网、广域网等通信网络中，实 现计算机、服务器、路由器等设备之 间的数据传输。
此外，数字基带传输系统还用于光纤 到户、数据中心、云计算等领域，提 供高速、可靠的数据传输服务。
总结词
随着通信技术的发展，对频谱效率的要求越 来越高，因此需要研究和发展更高频谱效率 的调制技术。
详细描述
目前已经有一些调制技术，如QAM （Quadrature Amplitude Modulation，正
交幅度调制）和OFDM（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，正交频
传输信道的特性
传输信道会对信号产生衰减、噪声、干扰等影响。
解调器
解调器的作用
将经过传输信道后的信号还原成数字 信号。
解调器的分类
根据不同的解调方式，解调器可以分 为相干解调和非相干解调。
信道解码器
信道解码器的作用
对经过纠错编码的数据进行解码，纠正传输过程中产生的错 误。
信道解码器的分类
根据不同的纠错方式，信道解码器可以分为线性分组码解码 、循环码解码、卷积码解码等。
• 引言 • 数字基带信号的特性 • 数字基带传输系统的基本组成 • 数字基带传输系统的性能指标 • 数字基带传输系统的常见问题与解决
方案 • 数字基带传输系统的未来发展与展望
01
引言
数字基带传输系统的定义
01
数字基带传输系统是指利用电缆 、光纤等传输介质直接传输数字 信号的系统。
02
它将数字信号转换为适合传输的 电信号或光信号，并在接收端将 这些信号还原为原始的数字信号 。
数字基带传输系统的应用场景
数字基带传输系统广泛应用于局域网 、城域网、广域网等通信网络中，实 现计算机、服务器、路由器等设备之 间的数据传输。
此外，数字基带传输系统还用于光纤 到户、数据中心、云计算等领域，提 供高速、可靠的数据传输服务。
总结词
随着通信技术的发展，对频谱效率的要求越 来越高，因此需要研究和发展更高频谱效率 的调制技术。
详细描述
目前已经有一些调制技术，如QAM （Quadrature Amplitude Modulation，正
交幅度调制）和OFDM（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，正交频
传输信道的特性
传输信道会对信号产生衰减、噪声、干扰等影响。
解调器
解调器的作用
将经过传输信道后的信号还原成数字 信号。
解调器的分类
根据不同的解调方式，解调器可以分 为相干解调和非相干解调。
信道解码器
信道解码器的作用
对经过纠错编码的数据进行解码，纠正传输过程中产生的错 误。
信道解码器的分类
根据不同的纠错方式，信道解码器可以分为线性分组码解码 、循环码解码、卷积码解码等。
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
第六章 数字基带传输系统1
或者
u n t a n g1 t nTs g 2 t nTs
1 P,以概率P P,以概率1 P
其中 an t
由此看到，稳态波及交变波都有相应确定表示式，因而 可以分别分析它们的频谱特性。再根据 uT t sT t vT t 最后可得出sT(t)的频谱。
其中
m
Ts 2 T s 2
Cm e j 2 m f S t
1 Cm Ts
v(t )e j 2 m f S t dt
由于在(-Ts/2,Ts/2)范围内(相当n=0),v(t ) Pg1 (t ) (1 P) g 2 (t )
所以
1 Cm Ts
6． 多电平波形
上述各种信号都是一个二进制符号对应一个脉冲。实际 上还存在多于一个二进制符号对应一个脉冲的情形。这种波 形统称为多电平波形或多值波形。例如，若令两个二进制符 号00对应+3E，01对应+E，10对应-E，11对应+3E，则所得波 形为4电平波形。
+3E 01 +E -E -3E 0 0 0 1 1 0 11 1 1 0 0 0 1
N
其统计平均为
E[ UT ( f ) ]
2
m N n N
N
N
E (am an )e j 2 f ( n m )TS [G1 ( f ) G2 ( f )][G1 ( f ) G2 ( f )]
当m=n时，
(1 P ) 2，以概率P 2 am an an 2 P , 以概率(1 P )
假设序列中任一码元时间t内g1t和g2t出现的概率分别为p和1p且出现是统计独立的则随机序列st的时域表达式可表示成其中出现以概率出现以概率612612数字基带信号传输及其频谱特性数字基带信号传输及其频谱特性随机脉冲序列通常是功率型的由随机过程知识可知随机脉冲序列通常是功率型的由随机过程知识可知st的功率谱密度可表示为的功率谱密度可表示为设截取时间设截取时间tt为为t2n1tst2n1ts式中式中nn为一个足够大为一个足够大的数值
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。
10
主要内容
第6章
数字基带传输系统
。
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。
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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
数字基带传输系统
一、随机序列的分解
g1(t)－－代表“1”； 随机序列s(t)可表示成：
g2(t)－－代表“0”。
st
n
s t
n
其中：
以概率P出现 g1 t nTs sn t g2 t nTs 以概率(1 P )出现
可以把s(t)分解成稳态波v(t)和交变波u(t)： 稳态波：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。
s 1 s 2 s
2
f mf s
其中，G1(f)和G2(f)分别是g1(t)和g2(t)的频谱。
1 fs Ts
根据离散谱可确定序列是否包含直流分量和离散分量。
u(t)的功率谱密度Pu(f) u(t)是功率型的随机脉冲序列，它的功率谱密度可采用截 短函数和求统计平均的方法来求：
v t
n
Pg t nT 1 P g t nT
1 s 2 s
n
v t
n
v(t)是一个以Ts为周期的周期函数。
交变波：s(t)与v(t)之差， 即u(t) = s(t)-v(t) 其中第n个码元为：un(t)=sn(t)-vn(t)
g2(t-Ts) g1(t)
g1(t-2Ts)
Ts 2
Ts 2
t
-Ts
Ts 2
Ts 2
Ts
t
t
二、功率谱密度 v(t)的功率谱密度Pv(f)
v(t)是以Ts为周期的周期信号，其功率谱密度为一个离散谱。
可求得：
Pv f
m
f PG mf 1 P G mf
通信原理 第五版 第6章 数字基带传输系统课件
式
Ps ( f ) Pu ( f ) Pv ( f ) fS P(1 P) G1( f ) G2 ( f ) 2
fS [PG1(mfS ) (1 P)G2 (mfS )] 2 ( f mfS )
可得
m
PS ( f ) 4 f S P(1 P) G( f ) 2 f S (2P 1)G(mf S ) 2 ( f mf S ) m
mf S )
22
第6章 数字基带传输系统
讨论(分两种情况)：
1 若表示“1”码的波形g2(t) = g(t)为不归零（NRZ）矩形脉
冲，即
g
t
1,
t TS 2
其频谱函数为 0, 其他t
G(
f
)
TS
sin f
f TS TS
TS Sa(
f
TS
)
当 f = mfs 时：若m = 0，G(0) = Ts Sa(0) 0，故频谱Ps(f) 中有直流分量。
+E
-E
特点:具有双极性,不归零码的优点，同时可直
接提取位同步信息.
12
5) 差分波形
在差分码中，“1”、“0”分别用电平跳变或不变来表示。 若用电平跳变来表示“1”，则称为传号差分码 ，记作 NRZ(M)。若用电平跳变来表示“0”，则称为空号差分 码，记作NRZ(S)。 1 1 10100 1 00011
Ps(f)中有直流分量。
若m为奇数，
G(mf S )
TS 2
Sa( m
2
)
0
此时有离散谱，因而有定时分量（m=1时）
若m为偶数，
G(mf S )
TS 2
Sa( m
2
)
0
通信原理课件 第6章 数字基带传输系统
频谱图
特征：包含离散线谱和连续谱
例
为了进一步理解用门函数表示脉冲序列的概念，现举一例作 进一步的说明。例如，有下面的脉冲序列，图中的空心圆点为门 函数的中心，其数学形式可表示为：
6
x(t) g(t nTb ) g1(t 3Tb ) g2 (t 2Tb ) g1(t Tb )
n3
g2 (t) g2 (t Tb ) g1(t 2Tb ) g2 (t 3Tb ) g2 (t 4Tb ) g1(t 5Tb ) g2 (t 6Tb )
Ts Sa 2 ( f Ts )
频谱图
特征：只有连续谱
例
结论：随机序列功率谱成分与g1( t ) 、g2( t )、p 的值有关
Ps ( f )
fs pG1(mfs ) (1 p)G2 (mfs ) 2 ( f mfs )
m
fs p(1 p) | G1( f ) G2 ( f ) |2
Ts Ts
差分波形( 编码 ) 每个码元的电平与相邻前码元电平值有关。 规则： “1” —— 相邻码元电平值 跳变 “0” —— 相邻码元电平值 保持
原始波形 1 0 0 1 0 1 1 差分波形 1 1 1 0 0 1 0
6.1.2 基带信号的数学表达式
设 码元宽度为Ts ，则基带信号 S( t ) 可表示为
离散线谱反映 S( t )中包含的时钟信息，对同步 问题的研究起着重要作用。
基带信号带宽。
分解法
ST ( t ) = 稳态波＋交变波
= vT ( t ) + uT ( t )
N
N
vT (t ) p g1(t nTs ) (1 p) g2 (t nTs )
n_ N
n_ N
uT (t) ST (t) vT (t)
特征：包含离散线谱和连续谱
例
为了进一步理解用门函数表示脉冲序列的概念，现举一例作 进一步的说明。例如，有下面的脉冲序列，图中的空心圆点为门 函数的中心，其数学形式可表示为：
6
x(t) g(t nTb ) g1(t 3Tb ) g2 (t 2Tb ) g1(t Tb )
n3
g2 (t) g2 (t Tb ) g1(t 2Tb ) g2 (t 3Tb ) g2 (t 4Tb ) g1(t 5Tb ) g2 (t 6Tb )
Ts Sa 2 ( f Ts )
频谱图
特征：只有连续谱
例
结论：随机序列功率谱成分与g1( t ) 、g2( t )、p 的值有关
Ps ( f )
fs pG1(mfs ) (1 p)G2 (mfs ) 2 ( f mfs )
m
fs p(1 p) | G1( f ) G2 ( f ) |2
Ts Ts
差分波形( 编码 ) 每个码元的电平与相邻前码元电平值有关。 规则： “1” —— 相邻码元电平值 跳变 “0” —— 相邻码元电平值 保持
原始波形 1 0 0 1 0 1 1 差分波形 1 1 1 0 0 1 0
6.1.2 基带信号的数学表达式
设 码元宽度为Ts ，则基带信号 S( t ) 可表示为
离散线谱反映 S( t )中包含的时钟信息，对同步 问题的研究起着重要作用。
基带信号带宽。
分解法
ST ( t ) = 稳态波＋交变波
= vT ( t ) + uT ( t )
N
N
vT (t ) p g1(t nTs ) (1 p) g2 (t nTs )
n_ N
n_ N
uT (t) ST (t) vT (t)
通信原理第6章数字基带传输系统1精品PPT课件
n N
由于v(t)在每个码元内的统计平均波形相同， 故v(t)是以Ts为周期的周期信号。
18
交变波u(t)是s(t)与v(t)之差，即 u(t)s(t)v(t)
14
6.1.2 基带信号的频谱特性
研究基带信号的频谱，可以了解信号带宽， 有无直流分量，有无定时分量。这样才能选择 匹配的信道，确定是否可提取定时信号。
数字基带信号是随机的脉冲序列，只能用功 率谱来描述它的频谱特性。由相关函数去求功 率谱密度的方法计算比较复杂。一种比较简单 的方法是以功率谱的原始定义求出数字随机序 列的功率谱公式。
号间的变换; 数字基带信号与信道信号间的变 换。 ➢什么是数字基带信号？
未经调制的数字信号；含丰富的低频分量， 甚至直流分量。
3
➢什么是数字基带传输？ 不经载波调制而在信道中直接传输数字基带
信号的系统；如在某些具有低通特性的有线信 道中，特别是传输距离不太远的情况下。 ➢什么是数字频带（带通）传输？
E1 0 1 0 0 1 1
0
特点：极性单一，有直流分量，脉冲之间无间 隔。另外位同步信息包含在电平的转换之中， 当出现连0序列时没有位同步信息。
8
2. 双极性不归零波形
➢脉冲的正、负电平对应于二进制代码1、0。 ➢当0、1符号等可能出现时无直流分量。 ➢恢复信号的判决电平为0，因而不受信道特 性变化的影响，抗干扰能力也较强。 ➢双极性波形有利于在信道中传输。
s(t) ang(t nTS)
n
an是第n个信息符号所对应的电平值(0、1或-1、 1等)；Ts为码元间隔；g(t)为某种脉冲波形。
对于二进制代码序列，若令g1(t)代表“0”， g2(t)代表“1”，则
g(tnT S)gg12((ttnnT ST S))（ （ 出 出现 现符 0符 1） ）号 号
由于v(t)在每个码元内的统计平均波形相同， 故v(t)是以Ts为周期的周期信号。
18
交变波u(t)是s(t)与v(t)之差，即 u(t)s(t)v(t)
14
6.1.2 基带信号的频谱特性
研究基带信号的频谱，可以了解信号带宽， 有无直流分量，有无定时分量。这样才能选择 匹配的信道，确定是否可提取定时信号。
数字基带信号是随机的脉冲序列，只能用功 率谱来描述它的频谱特性。由相关函数去求功 率谱密度的方法计算比较复杂。一种比较简单 的方法是以功率谱的原始定义求出数字随机序 列的功率谱公式。
号间的变换; 数字基带信号与信道信号间的变 换。 ➢什么是数字基带信号？
未经调制的数字信号；含丰富的低频分量， 甚至直流分量。
3
➢什么是数字基带传输？ 不经载波调制而在信道中直接传输数字基带
信号的系统；如在某些具有低通特性的有线信 道中，特别是传输距离不太远的情况下。 ➢什么是数字频带（带通）传输？
E1 0 1 0 0 1 1
0
特点：极性单一，有直流分量，脉冲之间无间 隔。另外位同步信息包含在电平的转换之中， 当出现连0序列时没有位同步信息。
8
2. 双极性不归零波形
➢脉冲的正、负电平对应于二进制代码1、0。 ➢当0、1符号等可能出现时无直流分量。 ➢恢复信号的判决电平为0，因而不受信道特 性变化的影响，抗干扰能力也较强。 ➢双极性波形有利于在信道中传输。
s(t) ang(t nTS)
n
an是第n个信息符号所对应的电平值(0、1或-1、 1等)；Ts为码元间隔；g(t)为某种脉冲波形。
对于二进制代码序列，若令g1(t)代表“0”， g2(t)代表“1”，则
g(tnT S)gg12((ttnnT ST S))（ （ 出 出现 现符 0符 1） ）号 号
数字基带传输系统
第6章数字基带传输系统引言基带信号：将消息转换成的原始电信号(基本频带)。
数字基带信号：离散的(或数字的)原始电信号，即未经调制的数字信号，是消息代码的电波形。
数字基带信号的频谱基本上是从零开始一直扩展到很宽。
数字基带信号适合于近距离、有线信道中传输，如计算机局域网。
数字带通(频带)信号：用数字基带信号调制载波，以使信号与信道的特性相匹配。
频谱离开零点，适合于远距离、有线和无线信道传输。
数字基带传输系统：直接传送基带信号。
数字频带传输系统：包含了载波调制与解调过程。
6.1 数字基带信号及其频谱特性1 数字基带信号的常用码型数字基带信号码的类型多种多样，仅介绍最基本的几种：(1)双极性波形用二进制符号0代表负电位，用二进制符号1代表正电位。
特点：1的0等概率出现时无直流分量，抗干扰能力强。
(2)单极性归零波形(RZ: Return to Zero)指它的有电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零位。
一般占空比(有电脉冲宽度与码元宽度的比值)为50%。
特点：容易提取同步信息。
(3)双极性归零波形既具有双极性，有具有归零波形。
特点：相邻脉冲之间留有零电位的间隔。
(4)差分波形(相对码波形)该码元波形与其左端波形比较，有跳变表示1，不变表示0。
特点：波形与码元本身以及极性无关，可用于消除设备初始状态的影响。
(5)多电平波形一个脉冲对应多个二进制码。
特点：提高了数据传输速率。
数字基带信号的数学描述：数字基带信号实际上是一个随机信号（脉冲序列），记作s(t)，s(t)的一个实现是s n (t)。
s(t)出现符号“0/1”(1/0码)可以用矩形表示，也可以用三角表示，写成一般形式(g 1和g 2分别代表描述0和1的上图函数)：g 1和g 2一般不是常数，而是分别代表描述0和1的s n (t)函数。
对于矩形波，可有：()()()1201s s s g t nT g t nT g t nT ì-ïï-=íï-ïî（出现符号“”）（出现符号“”）()()n s n s t a g t nT +?=-?=-å这时，g 1＝０，g 2=1。
数字基带传输系统概述
功率谱PDF
12
以 频分复 用为例 ：
频 分 复 用 （ FDM） ：(frequency division multiply) 就 是以频 段分割 的方法 在一个 信道内 实现多 路通信 的传输 体制。
调 制 --将 信 号 乘以 载波， 将信号 频谱搬 移到高 频处
基 带信号 ：
频 带信号 ： （ 已调调 制）：
接 收滤波 器
接接 收接收 收
均均 衡均衡 器衡器 器 滤波器滤波滤波器 器
抽抽样样 抽样 判判决决器器 判 决器
数数字字 数字 基基带带信信号号 基带信号
同 同同步 步步 提 提提取 取取
信 道 是 允 许 基带信 号通过 的媒质 ，通常 为有线 信道， 如市话 电缆、 架空明 线等。
17
❖基带系统的各点波形示意图
➢
无 码间串 扰的基 带传输 特性--奈奎斯 特第一 准则
➢
部 分响应 系统--奈奎斯 特第二 准则
例 如 ： 计 算 机输出 的二进 制序列 电 传 机 输 出 的代码 PCM码 组 ， ΔM序 列
--本章6.2的主要内容
➢ 数字基带传输：是在具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离不太远的 情况下，直接传输基带信号。
--本章的主要研究内容
➢ 数字频带（或带通）传输：是将数字基带信号经过正弦载波调制，把频谱搬 移到高频处在带通型信道（如各种无线信道和光信道）中传输。
第六章 数字基带传输系统
主要内容： 数字基带传输系统概述 数字基带信号的波形 数字基带信号的功率谱 基带传输的常用码型
重点： ➢基带信号的频谱特征 ➢常用码型的规则和选择方法 ➢奈奎斯特准则的应用 ➢时域均衡器
无码间干扰的基带传输特性
通信原理第6章数字基带传输系统
通信原理
第6章 数字基带传输系统
1
第6章 数字基带传输系统
内蒙古大学电子信息工程学院
《通信原理》
6.1 数字基带信号及其频谱特性 6.2 基带传输的常用码型 6.3 数字基带信号传输与码间串扰 6.4 无码间串扰的基带传输特性 6.5 基带传输系统的抗噪声性能 6.6 眼图 6.7 部分响应和时域均衡
2
前言
内蒙古大学电子信息工程学院
本章主要内容
《通信原理》
了解数字基带信号的特性，包括波形、码型和频谱特性，重点 研究如何设计基带传输的总特性，以消除码间干扰；
研究如何有效地减小信道加性噪声的影响，以提高系统抗噪声 性能 。
介绍一种利用实验手段，方便地估计系统性能的方法：眼图
提出改善数字基带传输性能的两个措施: 1. 时域均衡 2. 部分响应
图6-2 随机脉冲序列示意波形
t
14
6.1 数字基带信号及其频谱特性
内蒙古大学电子信息工程学院
《通信原理》
6.1.2 基带信号的频谱特性——随机序列的功率谱
研究随机序列频谱的目的：
了解信号频谱特性：频带宽度，频谱分量，有无直流分量等。
合理选择匹配信道或根据信道特性选择合适的码型；
确定是否包含位定时（位同步）信息。
3
内蒙古大学电子信息工程学院
前言
《通信原理》
数字基带信号与数字基带传输系统
数字基带信号：未经调制的数字信号，所占据的频谱是从 零频或很低的频率开始的。
数字基带传输系统：在某些具有低通特性的有线信道中，特 别是在传输距离不太远的情况下，基带信号可以不经过载波调 制而直接进行传输。
数字带通(频带)传输系统：包括调制和解调过程的传输系统。 在无线或光纤信道等具有带通特性的信道中，数字基带信号必 须经过载波调制才能传输。
第6章 数字基带传输系统
1
第6章 数字基带传输系统
内蒙古大学电子信息工程学院
《通信原理》
6.1 数字基带信号及其频谱特性 6.2 基带传输的常用码型 6.3 数字基带信号传输与码间串扰 6.4 无码间串扰的基带传输特性 6.5 基带传输系统的抗噪声性能 6.6 眼图 6.7 部分响应和时域均衡
2
前言
内蒙古大学电子信息工程学院
本章主要内容
《通信原理》
了解数字基带信号的特性，包括波形、码型和频谱特性，重点 研究如何设计基带传输的总特性，以消除码间干扰；
研究如何有效地减小信道加性噪声的影响，以提高系统抗噪声 性能 。
介绍一种利用实验手段，方便地估计系统性能的方法：眼图
提出改善数字基带传输性能的两个措施: 1. 时域均衡 2. 部分响应
图6-2 随机脉冲序列示意波形
t
14
6.1 数字基带信号及其频谱特性
内蒙古大学电子信息工程学院
《通信原理》
6.1.2 基带信号的频谱特性——随机序列的功率谱
研究随机序列频谱的目的：
了解信号频谱特性：频带宽度，频谱分量，有无直流分量等。
合理选择匹配信道或根据信道特性选择合适的码型；
确定是否包含位定时（位同步）信息。
3
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前言
《通信原理》
数字基带信号与数字基带传输系统
数字基带信号：未经调制的数字信号，所占据的频谱是从 零频或很低的频率开始的。
数字基带传输系统：在某些具有低通特性的有线信道中，特 别是在传输距离不太远的情况下，基带信号可以不经过载波调 制而直接进行传输。
数字带通(频带)传输系统：包括调制和解调过程的传输系统。 在无线或光纤信道等具有带通特性的信道中，数字基带信号必 须经过载波调制才能传输。
经济法课件第6章 数字基带传输系统
2 2 | f s ( 1 p )G ( m f s ) | ( f m f s ) f s p ( 1 p ) | G ( f ) | m
设 g( t ) 为矩形脉冲，且 p = 1/ 2 ∴ G( f ) = Ts Sa (π f Ts ) 频谱图
1 4 fs |G ( f ) | 1 4
随机序列的谱分析 法二： ∵ 基带信号
取
ST ( t )
S(t )
N
Sn( t )
n
Sn( t )
ST ( t ) 是 S ( t ) 的截短信号 要求：T = (2N+1)Ts N 足够大
n N
∴ 由随机信号理论知，S ( t ) 的功率谱密度函数PS(ω)与截短信号ST ( t ) 的功率谱密度函数PS (ω)有关
2
s
) | ( f mf )
s
) 4 fs p( 1 p ) | G ( f ) |
T
∑ a g
n n
_
N
1
( t nT
_
s
) g 2 ( t nT
)
u( t )功率谱
S( t ) 功率谱
N
∴ 对ST ( t )的谱分析又转化为对 vT ( t ) , uT ( t )的谱分析。 再令T∞ ，通过v ( t ) , u ( t )进而求得S ( t )的功率谱。 结论： P s (
]
_
②
)] e
_
N
②代入①
U
T
( f )=
∑ a n ∫ ∞ [g 1 ( t _ nT s
_
+∞
通信原理第6章 数字基带传输系统
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，就可以矩 形脉冲为例分析最常见的基带信号波形。
第6章 数字基带传输系统
2、绝对码波形 （1）. 单极性不归零波形
单极性不归零波形如图 6.2-1（a）所示，这是一种最简 单、 最常用的基带信号形式。这种信号脉冲的零电平和正 电平分别对应着二进制代码 0 和 1 ，或者说，它在一个码元 时间内用脉冲的有或无来对应表示0或1码。
3、相对码波形——差分波形 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，如图6.2-1(e) 所示。
图 6.2-1(e)
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，因此称它为相对码波形，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。
性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。
第6章 数字基带传输系统
4、抽样判决器 它是在传输特性不理想及噪声背景下，在
规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进 行抽样判决，以恢复或再生基带信号。 用来抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信 号中提取，位定时的准确与否将直接影响判决效果，这一点 将在同步原理一章中详细讨论。 图 6.1-2 给出了图 6.1-1 所示基带系统的各点波形示意 图。
图 6.2-1(f)
由于这种波形的一个脉冲可以代表多个二进制符号， 故 在高数据速率传输系统中，采用这种信号形式是适宜的。
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
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18
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）
第六章数字基带传输系统
A ng1(tn)T g s2(tn)T s
1p, 概率 p An p, 概率 1p
例：
若 则
-Ts/2
1
g1(t)
t Ts/2
00
-Ts/2 s(t)
10 1
V(t)
u(t)
g2(t) t
Байду номын сангаасTs/2
1
t
t
t
V(t)为周期信号，具有离散谱。 U(t)为随机信号，具有连续谱。
2）.求稳态波v(t)的功率谱密度Pv (f)
N
N
V T (t) V n (t) p1 (tg n)T (1 sp )g 2 (t n)T s
n N
n N
sT(t)的———交变项
N
N
u T (t) s T (t) V T (t) s n (t) V n (t) u n (t)
n N
n N
un(t){g g1 2((tt n nss)T )T v v T T ((tt)) ( 1 P [P g1 )(g t[ 1(n t sn )T sg )T 2(g t2 (n t sn )Ts ]概 )T ,]概 1 , 率 P P率
2 双极性非归零码（BNRZ）
双极性波形：二进制符号0、 1分别与正、负电位相对应的波形
τ=Ts, 有正负电平。
10 E
-E
不能用滤波法直接从NRZ及BNRZ中提取位同步信号 应用：短距离传输。例如：RS232接口
3 单极性归零码（RZ）
单极性归零波形：电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到 零电位。τ< Ts (便于获取码元的起始时刻） 可用滤波法从RZ中提取位同步信号，NRZ码的缺点都存在。
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6.1 数字基带信号及其频谱特性
2 双极性非归零码（BNRZ）
双极性波形：二进制符号0、 1分别与正、负电位相对应的波形τ=Ts,
有正负电平。 10
不能用滤波法直接从NRZ及BNRZ中提取位同步信号 E
应用：短距离传输。例如：RS232接口
-E
3 单极性归零码（RZ）
单极性归零波形：电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电位。 τ< Ts (便于获取码元的起始时刻）
引言
1、概念 基带传输：不经过调制而直接传送的方式，即发送 端不使用调制器，接收端也不使用解调器。 频带传输：使用调制解调器。即发送端使用调制器， 接收端使用解调器。
2、基带传输特点 和频带传输相比，基带传输的优点是： 1）设备简单; 2）易做成"一机多速率"; 3）适应性强。
引言
3、基带传输系统的模型
6.1数字基带信号及其频谱特性
5 差分码 把信息符号0和1反映在相邻码元的相对变化上的波形。(电平变化） 传号差分码：以相邻码元的电位改变表示符号1，而以电位不改变
表示符号0。 空号差分码：以相邻码元的电位改变表示符号0，而以电位不改变
表示符号1。
1 11
0
0
传号差分码
空号差分码
差分码代表的信息符号与码元本身电位或极性无关，而仅与邻 码元的电位变化有关。差分波形也称相对码波形，而相应地称前面 的单极性或双极性波形为绝对码波形。
6.1数字基带信号及其频谱特性
6、 多电平波形（多进制脉冲波形）
（1）编码规则 脉冲波形的取值不是两值或三值，而是多值的。 每种脉冲值代表N位二元代码。 例如4进制电平脉冲，码元有0，1，2，3。每 种值代表N=log2M=log24=2位二元码。+3E对应 00，+E对应01， -E对应10， -3E对应11。
6.1数字基带信号及其频谱特性
（2）多电平波形示意
0 01 01 10 00 1 +3E
+E
-E
-3E
6.1数字基带信号及其频谱特性
（3）多进制脉冲波形特点： 携带信息量大：适合于高数据速率传输系统 提高了系统的频带利用率：M元码传输所需信 道频带降为二元码的1/n倍,频带利用率提高为n 倍。(n=log2M) 抗干扰能力差：信息能量相同的情况下，抗 干扰能力比二进制差。
6.1数字基带信号及其频谱特性
1、数字基带信号：
s(t) ang(tnTB) (6.1.2 - 1) n
a n ------ 第n个信息符号所对应的电平值(0、1或-1、1等) ，
由信码和编码规律决定；
T B ---- 码元间隔； g(t) ---- 某种基本码元脉冲波形；
实际中遇到的数字基带信号多是一个随机脉冲序列。 若用g0(t)、g1(t)分别表示符号0和1 单极性信号g0(t)=0、g1(t)=g(t) 双极性信号g0(t)=-g(t)、g1(t)=g(t)
伪三电平码（正逻辑） 交替使用正负电平表示二进制码元1，零电平表示0。
6.1 数字基带信号及其频谱特性
一、数字基带信号
1 单极性非归零码 NRZ（Non Return Zero） 基带信号的0电位及正电位分别与二进制符号0及1一一对应。
代码
1
0E
脉冲宽度τ等于码元宽度Ts.
TS
0
此码型不宜传输，原因有 1）有直流，一般信道难于传输零频附近的频率分量。 2）收端判决门限与信号功率有关，不方便。 3）要求传输线有一根接地。 应用：机内码
可用滤波法从RZ中提取位同步信号，NRZ码的缺点都存在。
1 0
6.1数字基带信号及其频谱特性
4 双极性归零码（BRZ） 它是双极性波形的归零形式，由图可见，此时对应每一符号都有
零电位的间隙产生，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。 整流后可用滤波法 提取位同步信号。 1 0
以上四种波形，比较容易实现，常作机内和近距接口的码型。 缺点： 存在丰富低频分量，不适应进行交流耦合场合； 信码序列中若出现长“1”或长“0”串，不归零波形呈现固定电平； 当信息码流中各码元间相互独立时，这四种波形各码元取值也相互 独立，因而无任何检错能力。
6.1数字基带信号及其频谱特性
二、基带信号的功率谱计算
数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数，所以只 能用功率谱来描述它的频谱特性。由随机过程的相关函数去求随机过 程的功率(或能量)谱密度比较复杂。一种比较简单的方法是以随机过 程功率谱的原始定义为出发点，求出数字随机序列的功率谱公式。
通过频谱分析，可以了解信号需要占据的频带宽度，所包含的频 谱分量，有无直流分量，有无定时分量等。这样，才能针对信号谱的 特点来选择相匹配的信道，以及确定是否可从信号中提取定时信号。
编码原则
数字基带信号及其频谱
二进制码元1(传号)和0(空号)构成的数字序列,能够表示 为各种串行比特的传输信号(波形)格式,这种格式称为基 带信号(线路码)。
基带码型分类
归零码（RZ）
RZ
波形将在每个比特间隔
ห้องสมุดไป่ตู้
的某段时间内回到0电平。
不归零码（NRZ）
NRZ
波形在整个比特时间内
保持一种电平状态。
Ts
编码原则
信号电平极性分类
单极性码（正逻辑） 用正电平表示二进制码元1，零电平表示0。
双极性信码（正逻辑） 用正电平表示二进制码元1，负电平表示0。
跳变码 利用半比特间隔内的正脉冲和紧接着半比特间隔内的 负脉冲表示二进制码元1，半比特间隔内负脉冲和紧 接着半比特间隔内的正脉冲表示二进制码元0。
系统中各单元的作用如下。 1）信道信号形成器(也叫发送滤波器)：用来产生适合于信道传输 的基带信号; 2）接收滤波器：用来接收信号，并尽可能排除信道噪声和其它干 扰； 3）抽样判决电路：是在噪声背景下用来判定与再生基带信号的。
引言
4、研究基带传输的目的
1) 在频带传输制式里同样存在基带传输的问题(如码间干扰 等)，因为信道的含义是相对的，若把调制解调器包括在信道 中(如广义信道)，则频带传输就变成了基带传输。可以说基 带传输是频带传输的基础。 2) 随着数字通信技术的发展，基带传输这种方式也有迅速发 展的趋势。目前,它不仅用于低速数据传输,而且还用于高速 数据传输。 3)理论上也可以证明，任何一个采用线性调制的频带传输系 统，总是可以由一个等效的基带传输系统所替代。