第十四讲带限系统下的数字基带设计
数字基带信号的码型设计
数字基带信号的码型设计一、前言近年来，随着大规模集成电路的出现，数字系统的设备复杂程度和技术难度降低，数字通信系统的主要缺点逐渐得到解决，因此数字传输方式日益受到欢迎。
数字传输系统中，传输对象通常是二元数字信息，而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。
这些取值离散的波形可以是未经调制的电信号，也可以是调制后的信号。
未经调制的数字信号所占据的频谱是从零域或很低频率开始，称为数字基带信号。
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。
数字基带传输系统方框图如图一所示。
图一数字基带传输系统方框图目前，虽然数字基带传输的应用不是很广泛，但对于基带传输系统的研究仍然十分有意义，主要是因为：1、在利用对称电缆构成的近程数据通信系统中广泛采用了这种传输方式；2、随着数字通信技术的发展，基带传输方式也有迅速发展的趋势；3、基带传输中包含带通传输的许多基本问题；4、任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等效为一个基带传输系统。
二、基带码型的设计原则在实际的基带传输系统中，并不是所有的基带波形都适合在信道中传输。
比如远距离传输时高频分量衰减随距离的增大而增大等，所以原始消息代码必须编成适合于传输用的码型。
传输码的结构将取决于实际信道特性和系统工作的条件，在选择传输码型时，一般应考虑以下几点原则：1、不含直流，且低频分量尽量少；2、应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号；3、功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带；4、不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；5、具有内在检错能力，即码型应具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观监测；6、编译码简单，以降低通信延时和成本。
三、常用的传输码型1、单极性非归零码：（如图二（a）所示）编码规则：信号脉冲的低电平和高电平分别表示二进制代码“0”和“1”。
优点：电脉冲之间无间隔，极性单一，易于用TTL、CMOS电路产生。
《数字基带传系统》课件
数字基带传系统的误码率性能
1 误码率的定义
误码率是衡量数字信号在传输中出错的概率，通常以比特差错率为准。
2 误码率性能分析
误码率性能首先取决于信道的质量，其次要考虑信道编码、调制等技术的影响。
3 误码率性能的提高技术
液晶补偿、码间干扰消除、自适应等技术可以提高误码率性能。
结论
数字基带传系统是数字通信技术中的重要部分，其性能的提高对网络通信和 信息化发展都具有重要意义。
FSK调制
利用数字信号的频率来调制载 波，具有频带占用窄、抗干扰 能力强等特点，广泛用于无线 遥控和数据传输。
基带解调
原理和定义
基带解调是将调制后的模拟信号转换为数字信号的 过程，是基带调制的逆过程。
ASK、PSK、QPSK解调
ASK、PSK、QPSK的解调方法具有差异，需要针对 其特定的解调调制技术进行实现。
数字基带信号的产生
数字基带信号的定义
数字基带信号是一种离散的、有限长的数列，由模 拟基带信号经过采样、量化、编码等一系列数字信 号处理形成。
数字基带信号的产生方法
基于数字信号处理的方法，包括采样、量化、编码 等基本步骤，可实现数字基带信号的产生。
信道编码
1
为什么需要信道编码？
信道编码是为了提高数字信号在具有误差和干扰的信道中正确传输的概率。
参考文献
• 李亮炜等，数字信号处理（第三版），电子工业出版社，2015年。 • 谢新欣，数字通信（第二版），电子工业出版社，2012年。
数字基带传系统
欢迎来到本次课程，我们将一起探讨数字基带传系统的定义、应用和性能分 析。
引言
什么是数字基带传系统？
数字基带系统是指将原始电信号进行采样、量化、编码等处理，经过信道编码、调制、功率 放大等传输技术，实现数字信号的高效传输。
数字通信原理-数字基带传输系统
信道信号 形成器
GT( )
信道 C( )
接收 滤波器
GR( )
同步 提取
抽样 判决器
信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号； 信道是允许基带信号通过的媒质； 接收滤波器是用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰的； 抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。
信道信号形成器
把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种 变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的，其目的是 与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和 抽样判决。
第五章
数字信号基带传输
第一节 数字基带传输系统
数字信号 传输方式
数字基带 传输方式
数字频带 传输方式
数字基带传输
• 数字基带传输：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，数字基带信号可以直接传输。直接 传输数字基带信号的方式即数字基带传输。
基带脉冲输入
信道
基带脉冲输出
干扰
数字基带传输系统示意图
数字信号频带传输
数字频带传输：大多数带通型信道，如各种无线信道和光纤信道， 数中传 输。包括调制和解调过程的传输方式称为数字频带传输。
基带脉冲输入
调制器
信道
基带脉冲输出
解调器
干扰
数字频带传输系统示意图
数字基带传输系统组成模型
n(t)
数字 基带信号
信道
• 信道是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道。 • 信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，甚至是随
机变化的，信道还会引入噪声。 • 在通信系统的分析中，常常把噪声n(t)等效，集中在信
道中引入。
接收滤波器
• 滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有 利于抽样判决。
数字基带传输系统仿真与设计方案
一、课程题目数字基带传输系统：欲传送的01比特流+码型变换（HDB3码）+基带成型网络（采用升余弦滚降系统）+信道+码型反变换+01比特流。
二、设计要求1.完成一个题目。
2.对通信系统有整体的较深入的理解。
3.提出仿真方案。
4.完成仿真软件的编制。
5.仿真软件的演示。
6.提交详细的设计报告。
三、设计目的1.综合应用《Matlab编程与系统仿真》、《信号与系统》、《现代通信原理》等多门课程知识，使学生建立通信系统的整体概念。
2.培养学生系统设计与系统开发的思想。
3.培养学生利用软件进行通信仿真的能力。
4.培养学生独立动手完成课题设计项目的能力。
5.培养学生查找相关资料的能力。
四、实验条件计算机、Matlab软件、相关资料。
五﹑系统设计方案数字基带传输系统：（1）概念：未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频或者很低频率开始，称为数字基带信号,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。
（2）数字基带传输的研究的意义：第一：在利用对称电缆构成的近程数据通信系统中广泛采用这种传输方式。
第二：数字基带传输方式迅速发展，用于低速或高速数据传输。
第三：基带传输系统的许多问题也是带通传输系统必须考虑的问题。
第四：任一个线性调制的带通传输系统，可以等效为一个基带传输系统。
（3）对传输码型的要求：①不含直流分量且低频分量尽量少。
②应含有丰富的定时信息，以便于从接受码流中提取定时信号。
③功率谱的主瓣宽度窄，以节省传输频带。
④不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化。
⑤具有内在的检错能力，即码型应具有一定的规律性，以便宏观监测。
⑥编译码简单，已降低通信延时和成本。
（4）基带传输常用码型：AMI码（传号交替反转码）、HDB3码（三阶高密度双极性码）、双相码、差分双相码、密勒码、CMI码（传号反转码）、块编码等。
（5）其中本次设计采用的HDB3码。
a.HDB3码编码规则：①1——交替变换为+1，-1②0——连0小于等于3则用0电平表示，大于3则用特定码组替换B 0 0 V 或 0 0 0 V③任意两个V之间B的个数为奇数。
《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。
数字基带传输 带限信道课程设计
一、实验原理；数字基带信号通过信道时，除了叠加高斯白噪声之外，还会有信号畸变，这是信道特性的不理想化造成的。
根据理论课中给出的4-PAM 信号经过AWGN信道后的性能Simulink模型仿真，修改一下发送和接收模块，即增加升余弦发送和接收滤波器后，就可以模拟带限信道的信号传输了。
AWGN又称加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise)，是最基本的噪声与干扰模型。
它的幅度分布服从高斯分布，而功率谱密度是均匀分布的，它意味着除了加性高斯白噪声外，r(t)与s(t)没有任何失真。
即H(f)失真的。
加性高斯白噪声 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 是最基本的噪声与干扰模型。
加性噪声：叠加在信号上的一种噪声，通常记为n(t)，而且无论有无信号，噪声n(t)都是始终存在的。
因此通常称它为加性噪声或者加性干扰。
白噪声：噪声的功率谱密度在所有的频率上均为一常数，则称这样的噪声为白噪声。
如果白噪声取值的概率分布服从高斯分布，则称这样的噪声为高斯白噪声。
在实际通信中传输信道的带宽是有限的，这样的信道称为带限信道。
带限信道的冲激响应在时间上是无限的，因此一个时隙内的代表数据的波形经过带限信道后将在邻近的其他时隙上形成非零值，称为波形的拖尾。
拖尾和邻近其他时隙上的传输波形相互叠加后，形成传输数据之间的混叠，造成符号间干扰，也称为码间干扰。
接收机中，在每个传输时隙中的某时间点上，通过对时域混叠后的波形进行采样，然后对样值进行判决来恢复接收数据。
在采样时间位置上符号间的干扰应最小化（该采样时刻称为最佳采样时刻），并以适当的判决门限来恢复接收数据，使误码率最小（该门限称为最佳判决门限）。
举例：有一个4-PAM（4电平脉冲幅度调制）调制信号，调制信号在发送端和接收端分别采用滚降系数为0.25，时延为5的根升余弦滤波器进行谱成形，其中符号采样频率Fd=1，滤波器采样频率为Fs=10。
数字基带传输系统设计
论文题目：数字基带传输系统设计 学 院：信息工程学院
专 业 班 级 ： 电 信 092 班 指导老师：张瑾 学生姓名：叶园园 王建峰 陈鑫 吴涛 李文科
完成日期： 2012 年 10 月 5 日
研究报告
1、项目题目
数字基带传输系统设计
2、项目概述
数字通信的基带传输方式是数字通信最基本的传输方式， 随着数字通信技术 的发展， 这种方式也有迅速发展的趋势。由于理论上已经证明任何一个采用线性 调制的频带传输系统， 总可以由一个等效的基带传输系统替代，所以对基带传输 系统的研究也将迁移到频带传输系统的研究中，因而具有普遍意义。 本项目选用 Altera 公司的 EP2C5T144C8N 芯片作为处理器， 来实现的数字基 带传输系统。 使其具有数字基带信号发生、 多种编码输出、 信道传输 （模拟加噪） 及解码恢复等功能。其中基带传输码型的编码与解码以及信道噪声的模拟，用 VHDL 硬件描述语言编程实现。单/双极性变换、噪声叠加与信道传输幅频特性的 模拟， 将分别采用中规模数字集成电路和模拟电路实现。系统将具有工作可靠性 高、可在线修改设计等优点。library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity hdb3_coding is port( data_in :in std_logic; clock :in std_logic; data_out :out std_logic_vector(1 downto 0)); end hdb3_coding; architecture rtl of hdb3_coding is signal reg :std_logic_vector(3 downto 0); signal parity :std_logic; --记录破坏点间 1 码个数的奇偶性 signal judge_v :std_logic; --判断是否有破坏符 signal grant_cnt:std_logic; --允许开始计算破坏点间的 1 码个数 signal last_sign:std_logic; --上一输出的符号 signal v_cnt :std_logic_vector(2 downto 0);--v 点位置跟踪计数器 begin process(clock) -- 移位寄存器 ，插 V begin if rising_edge(clock) then if data_in='0' and reg(3 downto 1)="000" then reg<=('1' & reg(3 downto 1)); judge_v<='1'; grant_cnt<='1'; else reg<=data_in & reg(3 downto 1); judge_v<='0'; grant_cnt<='0'; end if; end if; end process; process(clock) --计数 begin if rising_edge(clock) then if grant_cnt='1' and data_in='0' then parity<='0'; elsif grant_cnt='1' and data_in='1' then parity<='1'; elsif data_in='1' then parity<=not parity; end if; end if; end process; process(clock) --V 点跟踪 begin if rising_edge(clock) then
4.7节最佳基带传输系统
最佳数字基带系统推导
{an }
s (t )
GT ( f )
+
发送滤 波器
加性高斯
白噪声
GR( f )
第二个条件要求接收滤波器能匹配发送信号波形，从而保证抽
样判决时刻信噪比最大。
由于发送信号的波形由发送滤波器的传递函数所决定，在单个
码元持续时间内，有
S( f ) = GT ( f )
根据匹配滤波器的设计准则，要求
3
最佳数字基带系统推导
{an }
s (t )
GT ( f )
发送滤 波器
C( f ) =1
GR( f )
加性高斯 白噪声
第一个条件需要等效信道的传递函数
H ( f ) = GT ( f )C( f )GR ( f )
满足奈奎 斯特准则
∞
∑ H(f
n = −∞
+n Ts
)
=
⎧⎪⎪Ts ,
⎨
⎪ ⎪⎩
0,
误码率分别为：
抽样瞬间的
信噪比
Pe _ 单
=
1 2
erfc( 1 22
A2
σ n2
)
Pe _ 双
=
1 erfc( 2
1 2
A2
σ n2
)
最佳基带系统中采用了匹配滤波接收
抽样瞬间的信噪比变为 最大信噪比
rMF = 2E / n0
代入
8
理想信道下最佳传输系统误码率
单极性系统
Eb
=
1 2
E
+
1 2
(0)
19
迫零滤波器总结
• 迫零均衡器是最简单的均衡器，但它的应用受到两 个限制。
第十四讲带限系统下的数字基带设计
2Ts
f k / Ts e df j2 f k /Ts nTs
1
G 2Ts
1 2Ts
k
f k / Ts
e j 2 fnTs df
抽样点无失真传输－频域观点
❖令
周期函数的傅氏级数展开
❖ 因此
H f G f k / Ts
k
H e j2 fnTs n
n
1
Hn Ts
❖ 此时
G
f
Ts
0
f 1 2Ts
else
符号速率为1/Ts，信号带宽为1/2Ts。 信道利用率＝符号速率/信号带宽＝2 (符号/Hz)
注：这里符号可以是多进制符号
1/2Ts是传输速率为1/Ts且满足抽样点无失真的最低所需带 宽
理想低通
满足抽样点无失真的G(f)
❖ 由于理想低通具有陡峭的频率特性，因此是 不可能实现的。
由于NRZ是时宽有限信号，其频谱无限，因此经 过带限系统输出信号与原信号不同。
❖滤波器带宽越宽，输出信号与输入信号越接近。
B=0.5/Ts
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
B=1/Ts
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
B=2/Ts
1.5
1
0.5
0-0.5-1源自-1.501
2
3
4
5
6
7
8
通信工程课设-数字基带传输系统的仿真设计
学号成绩***大学***学院课程设计说明书设计名称通信原理课程设计设计题目数字基带传输系统的仿真设计设计时间 2012年12月 3 日至 7日专业通信工程班级姓名指导教师2012 年12 月7 日前言数字基带传输系统是《通信原理》课程中非常重要的一部分基础性内容, 为了使学生加深对通信系统的理解, 其中的一些概念、原理往往需要用实验来澄清, 但是该实验的实验板在市场上没有销售, 而且该实验几乎无法用硬件实现; 一些替代性的实验, 其实验结果由于受多种因素影响, 也往往不能满足要求. 因此, 开发一套数字基带传输系统仿真实验软件是很有必要的. 在仿真软件设计中采用了Mathw or ks 公司的MAT LAB 作为仿真工具, 其仿真平台SIMU LINK 具有可视化建模和动态仿真的功能. 用SIMULINK 构造仿真系统, 方法简单直观, 开发的仿真系统使用时间流动态仿真, 可以准确描述真实系统的每一细节, 并且在仿真进行的同时具有较强的交互功能, 易于使用. 另外该软件还具有较好的可扩展性和可维护性.本文给出了采用仿真工具SIMU LINK, 设计数字基带传输系统仿真实验软件的系统定义、模型构造的过程. 通过对仿真结果分析和误码性能测试表明, 该仿真系统完全符合实验要求.MATLAB是一种编程语言和可视化工具，是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
目录1. 前言 (1)2. 目录 (2)3. 课程设计的目的及意义 (3)4. 数字基带传输系统理论知识介绍 (3)5. 设计步骤 (4)6. 源程序及运行结果 (7)7. 心得体会 (15)8. 参考文献 (17)一、课程设计的目的及意义1、提高独立学习的能力；2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力；3、学习Matlab 的使用；4、掌握基带数字传输系统的仿真方法；5、熟悉基带传输系统的基本结构；6、掌握带限信道的仿真以及性能分析；7、通过观测眼图和星座图判断信号的传输质量。
构建数字基带传输课程设计
构建数字基带传输课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解数字基带传输的基本概念，掌握其信号传输特点；2. 掌握数字基带传输系统中常用的编码与解码技术；3. 了解数字基带传输中的信道特性，以及其对信号传输的影响；4. 掌握数字基带传输系统中同步技术的原理及其实现方法。
技能目标：1. 能够分析并设计简单的数字基带传输系统；2. 能够运用所学知识，对数字基带传输系统中的信号进行编码与解码操作；3. 能够通过计算和分析，评估数字基带传输系统的性能；4. 能够运用同步技术，解决数字基带传输系统中的同步问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对通信工程的兴趣，激发他们探索数字基带传输领域的热情；2. 培养学生的团队协作意识，使他们学会在项目实践中相互支持、共同成长；3. 培养学生严谨、求实的科学态度，让他们明白通信工程对社会发展的重要意义；4. 引导学生关注我国在数字基带传输领域的发展动态，增强他们的民族自豪感。
本课程针对高年级电子信息类专业的学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，制定以上课程目标。
通过本课程的学习，旨在使学生掌握数字基带传输的基本理论和技术，具备一定的实际操作能力，为后续相关课程的学习和实际工程应用打下坚实基础。
同时，注重培养学生的情感态度和价值观，使他们成为具有创新精神和实践能力的优秀通信工程专业人才。
二、教学内容1. 数字基带传输基本概念：信号传输特性、传输系统模型、传输速率与带宽；2. 编码与解码技术：非归零编码、归零编码、双极性编码、差分编码、解码原理及实现；3. 信道特性：信道模型、信道噪声、信道容量、信道失真及其对信号传输的影响；4. 同步技术：时钟同步、载波同步、符号同步的原理及其在数字基带传输系统中的应用；5. 数字基带传输系统性能分析：误码率、眼图、系统性能评估方法；6. 数字基带传输系统设计：系统设计流程、仿真与实验。
教学内容依据课程目标，遵循科学性和系统性原则进行选择和组织。
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。
数字基带传输系统课程设计(终稿)
数字基带传输系统课程设计(终稿)一、设计目的本课程设计旨在让学生深入理解数字基带传输系统的基本原理、组成结构和传输特性。
通过理论分析和实验操作，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，为后续学习和工作打下基础。
二、设计任务与要求1.设计任务设计一个简单的数字基带传输系统，包括信号生成、调制、传输和接收等环节。
具体要求如下：(1) 信号生成：采用随机二进制序列作为输入信号，信号速率不低于100kbps。
(2) 调制：采用基带调制技术，将二进制序列转换为适合在信道中传输的信号。
(3) 传输：通过有线或无线信道传输调制信号，确保信号在信道中稳定传输。
(4) 接收：在接收端对接收到的信号进行解调，恢复原始二进制序列。
2.设计要求(1) 理论分析：分析数字基带传输系统的基本原理、组成结构和传输特性，为系统设计提供理论支持。
(2) 方案设计：根据设计任务和要求，制定可行的设计方案。
(3) 硬件选择与搭建：根据设计方案，选择合适的硬件设备和电路元件，搭建数字基带传输系统硬件平台。
(4) 软件编程：编写控制程序和信号处理算法，实现数字基带传输系统的各项功能。
(5) 系统测试与优化：对所设计的系统进行测试和优化，确保系统性能达到设计要求。
三、设计步骤与内容1.理论分析(1) 学习数字基带传输系统的基本原理、组成结构和传输特性。
(2) 分析基带调制技术（如QPSK、QAM等）的原理、实现方法和性能特点。
(3) 研究信道噪声对数字基带传输系统性能的影响及应对措施。
2.方案设计(1) 确定系统总体架构：根据设计任务和要求，制定系统的总体架构方案，包括信号生成、调制、传输和接收等环节。
(2) 选择调制方式：根据实际情况选择适合的基带调制方式，如QPSK或QAM等。
(3) 确定信道类型：根据实际应用场景选择信道类型，如有线电缆、光纤或无线信道等。
(4) 制定硬件和软件设计方案：根据总体架构方案，设计硬件电路和软件程序，实现系统的各项功能。
《数字基带传输系统》课件
采用均衡器对信号进行处理，调整信号的幅度和相位，减小码间干扰； 采用多径传输技术，利用多条路径传输同一信号，提高信号的可靠性。
多径衰落
多径衰落的定义
在数字基带传输系统中，由于传输介质的散射和反射效应，信号可能会经过多条路径到达 接收端，形成多径衰落现象。
多径衰落的影响
多径衰落会导致信号的幅度和相位发生变化，使得信号在接收端难以正确解调。严重时甚 至会导致信号失真或丢失。
信号类型
产生原始信号，如语音、图像、文字等。
信号质量
信号源的特性决定了传输信号的质量。
多路复用
多个信号源可以共用同一信道，提高信道利用率。
调制器
01
调制方式
将基带信号转换为适合传输的调 制信号。
02
03
调制解调器的选择
调制性能
根据信道特性和传输质量要求选 择合适的调制方式。
调制器的性能决定了传输信号的 质量。
目的地
接收设备
接收传输的信号，如计算机、手机、电视等。
接收质量
目的地的接收质量受到多种因素的影响，如信噪比、误码率等。
多路复用的处理
在多路复用情况下，目的地需要对不同信号进行分离和识别。
03
数字基带传输系统的 性能指标
传输速率
总结词
传输速率是数字基带传输系统的重要性能指标之一，它表示单位时间内传输的位数。
特点
具有传输距离短、传输速率高、抗干 扰能力强、误码率低等优点，适用于 近距离高速数据传输。
工作原理
信号编码
将需要传输的数字信号进行编 码，转换为适合传输的基带信
号。
信号调制
通过调制器将基带信号调制到 适合传输的载波上，以增加信 号的传输距离和稳定性。
数字基带传输系统方案
同步性能测试可以采用实验室测试和现场测试相结合的方 式。实验室测试可以通过搭建模拟传输系统，模拟实际传 输环境进行同步性能测试；现场测试则可以在实际传输系 统中进行同步性能测试，以验证同步器的实际性能。
改进型同步技术应用
改进型同步技术
针对传统同步技术存在的不足，可以采用一些改进型同 步技术，如自适应同步技术、智能同步技术等。自适应 同步技术可以根据传输情况自动调整同步参数，提高同 步精度和稳定性；智能同步技术则可以通过引入人工智 能等算法，实现更加智能化的同步处理。
数字基带传输系统方案
汇报人： 2024-01-31
目 录
• 系统概述与目标 • 传输媒介与信道特性 • 调制解调技术与实现方案 • 编码解码技术与实现方案 • 同步技术与实现方案 • 总体架构设计与实施方案
01
系统概述与目标
数字基带传输系统简介
数字基带传输系统定义
基于数字信号在基带（即未经调制的 原始信号频带）上进行传输的通信系 统。
常用编码方法
包括线性分组码、卷积码、循环码等，具有不同的特点和适用场景。
解码器设计思路与实现方法
设计思路
根据编码方法和信道特性，设计相应的 解码算法和结构，实现信号的还原和纠 错。
VS
实现方法
包括硬判决解码和软判决解码等，可根据 实际需求选择合适的解码方式。
误码率性能评估指标及测试方法
评估指标
包括误码率、误帧率等，用于衡量编码解码 系统的传输性能。
05
同步技术与实现方案
同步原理及同步信号类型选择
同步原理
在数字基带传输系统中，同步是指发送端和 接收端的时钟频率和相位保持一致，以确保 数据的正确传输。同步原理主要基于时钟恢 复和相位调整技术。
《数字基带传输系统》PPT课件
精选ppt
6
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。NRZ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。
号波形。 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
TS
0
脉冲宽度τ等于码元宽度Ts.
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
A ng1(tn)T g s2(tn)T s
1p, 概率 p
An p, 概率 1p
精选ppt
17
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
Ts/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。
精选ppt
18
即 Pv ( f ) fspG1(mfs ) (1 p)G2(mfs )2 ( f mfs )
稳态波的功率谱PV(f)是冲击强度取决与|Cm|2的离散线谱，根据离散 线谱可以确定随机序列是否包含直流分量（m=0)和定时分量(m=1)。
数字基带传系统演示课件
cn
0 0 +2 0 0 0 -2 0 +2 0 -2 -2 0 0
接收c'n 0 0 +2 0 0 0 0 0 +2 0 -2 -2 0 0
a'n +1-1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +3 -3 +1 -3 +3 +3
出现误码扩散的原因：相邻码元间出现相关性。
2001 Copyright
+1 -1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 -1 +1 0 0 +2 0 -2 -2 0 0 0 +2 -1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 1 0110001011
这样的判断方法虽然在原理上可行，但可能会造成误码扩散。
2001 Copyright
6.部分响应系统的一般形式
信号g(t)对应的频谱：
g(t) ?
? ? ? ?
G?
?
?T ?
r e , N
? j? T (2k?1)
2
k?0 k
?? 0,
? ??T ? ??T
显然，频带利用率达到 2Baud/s/Hz.
课本P96页 表3－4列出六种不同的部分相应信号，相应地有不 同的信号波形和谱特性。
S
11
3.5 部分响应基带传输系统
6.部分响应系统的一般形式
N个相邻一个码元周期的Nyquist脉冲之和：
Sin ? ??t ? T ?? Sin ? ??t ? T ?? Sin ? ??t ? 3T ??
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理想低通
满足抽样点无失真的G(f)
由于理想低通具有陡峭的频率特性，因此 是不可能实现的。 将G(f)的带宽范围放宽为[-fs,fs]，则G(f) 的选择多样，可以选择出具有平缓特性的 G(f)。 升余弦滚降特性的G(f)就是其中常用的一 类。
升余弦滚降成形
频率特性满足
T 1 f 2T 1 1 f 2T 2T
抽样后
r kTs
a
n
n
g kTs nTs
k m
ak g 0
m 0
a
g mTs
抽样点无失真传输
第kTs时刻的抽样值由两部分组成
akg(0)：与kTs发送时刻对应的发送值 码间干扰项： ak m g mTs
m 0
• 其它时刻码元幅值由于波形的原因对kTs码元抽样 值的影响
n
信道 接收 滤波器
gR t
c t
码型译码
抽样 判决
s
r t nT
n n
a g t nT
n s n
奈奎斯特第一准则：抽样点无失 真
从上图中
无论采用什么波形成形，如果经过接收滤波器 后抽样得到的信号与发送信号相同，则可以正 确地识别出发送的信息。
k
G f k / T T g 0 T
s s
s
抽样点无失真传输
满足时域条件
g 0 1, g mTs 0, m 0
或频域条件
k
G f k /T T
s
s
的g(t)即满足抽样点无失真传输条件。
注：这里g(t)是发送成形、信道、接收滤波器共同形 成的。
满足抽样点无失真的G(f)
G(f)是带限的，且带宽范围[-0.5fs,0.5fs] 则只有一种情况能满足，即理想低通
此时
Ts G f 0
1 f 2Ts else
符号速率为1/Ts，信号带宽为1/2Ts。 信道利用率＝符号速率/信号带宽＝2 (符号/Hz) 注：这里符号可以是多进制符号 1/2Ts是传输速率为1/Ts且满足抽样点无失真的最低 所需带宽
G( f ) T 2
T 1 1 cos f 2T
sin t / T cos t / T g t 2 2 2 t / T 1 4 t / T
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -1
-1
-1.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
B=2/Ts
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
B=4/Ts
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
基带传输系统
gT t
信源
基带码型 编码
n s
发送波形 成形
a g t nT
n T s n
a t nT
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1 0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2 -30
-20
-10
0
10
20
30
升余弦滚降成形
信号频宽 频带利用率
2 1 的几何意义
1 B (1 ) 2Ts
升余弦滚降系统可以看成是一个 0, w1 的低 通和一个 w1 w2 , w1 w2 的函数的叠加
抽样点无失真条件
g 0 1, g mTs 0, m 0
抽样点无失真传输－频域观点
由于
g t
G f e j 2 ft df
g nTs
G f e j 2 fnTs df G f e j 2 fnTs df
抽样点无失真传输
满足k ຫໍສະໝຸດ G f k /T T
s
s
的频谱G(f)的几何直观解释
2 G f G f 1 G f Ts T s
2 1 G f G f Ts Ts
1 fs Ts
w2 w1
双极性NRZ信号经过带限滤波器
可以看见：
由于NRZ是时宽有限信号，其频谱无限，因此 经过带限系统输出信号与原信号不同。
• 滤波器带宽越宽，输出信号与输入信号越接近。
B=0.5/Ts
2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
B=1/Ts
1.5
1
0.5
0
-0.5
• 即只需要研究在特定时刻的波形幅度值如何无失真 传输，而无需要求整个波形无失真。
选择发送成形波形gT(t)，使数字信号的频带 在允许的信道带宽内。
抽样点无失真传输
经过接收滤波器后 其中
n
r t an g t nTs
g t gT t c t gR t
抽样点无失真传输－频域观点
令
Hf
周期函数的傅氏级 数展开
k
G f k /T
s
n
H n e j 2 fnTs
1 2 Ts 1 2 Ts
H n Ts
H f e j 2 fnTs df Ts g nTs
因此
Hf
第十四讲 带限系统下的数字基带设计
Gwb@
带限与时限
带限：
频谱受限、时宽无限
时限
时宽受限、频谱无限
• 例如：双极性NRZ信号是时限信号
实际传输：带宽受限的情况
因此，时限信号经过带限信道，可能会引起信号的失 真、畸变，如下图示。 对于带限信道，必须设计带限基带信号以使信号能无 失真通过信道。
j 2 f k / Ts nTs
k
1 2 Ts 1 k / Ts 2 Ts k / Ts 1 2 Ts 1 2 Ts
k
G f k / Ts e
df
1 2 Ts 1 2 Ts k
G f k / Ts e j 2 fnTs df