第5章数字信号的频带传输系统介绍
第5章-数字信号的频带传输系统说课讲解
第波5形章 数字信号频带传输系统
相对码与绝对码的关系：
an表示绝对码、 bn表示相对码
bn anbn1
第5章 数字信号频带传输系统
cos ct
开关电路
0° e2DPSK (t)
180°移 相
码 变 换 s(t)
bn anbn1
2DPSK信号产生原理图
第5章 数字信号频带传输系统
e2D PS K (t)
在二进制情况下，1对应于载波频率f1， 0对应于载波频率f2。
第5章 数字信号频带传输系统
2FSK信号在形式上如同两个不同频率交替发送的
2ASK信号相叠加，因此已调信号的时域表达式为：
e 2 F S K ( t) [ a n g ( t n T s ) ] c o s1 t [ a n g ( t n T s ) ] c o s2 t
(2) 2ASK信号的解调 方法有两种： 相干解调（同步检测法） 非相干解调（包络检波法）
第5章 数字信号频带传输系统
e2Ask(t)
sAM (t)
2ASK信号的非相干解
调
线性包络检波器
BPF
LED
LPF m0 (t)
AM信号的非相干解调
第5章 数字信号频带传输系统
a
b
e2Ask(t)
c
d
1
1
0
在2ASK中，载波幅度随着调制信号1和0的 取值而在两个状态之间变化。
第5章 数字信号频带传输系统
令二进制数字基带信号为：
s(t)
ang(tnT s),an1 0
概率为P 概率为1-P
n
则 e2ASK(t)s(t)cosct
为双边带调幅信号的时域表达式
高级通信原理第5章数字信号频带传输.ppt
接收信号波形中所有的信息。本节将描述基于观测向量 r 的 最佳判决准则。
假定在连续信号间隔内的发送信号中不存在记忆。设计 一个信号检测器，它根据每个信号间隔中的观测向量
r r1, r2 ,rN 对该间隔内的发送信号作出判决，并使正确
➢ 最大相关度量准则
最佳AWGN接收机的实现形式
如果所有信 号具有相同 的能量？
注意：
1、要求先验等概； 2、与所有发送信号进行相 关，而不是基函数的相关。
例 5－1－3 研究二进制 PAM 信号，其中两个可能的信号
点为 s1 s2 b ， b 表示为每比特能量。
先验概率 Ps1 p, P s2 1 p 。
1
N0 N
2
exp
N k 1
rk
smk N0
2
,
m 1,2,..M
ln p r sm
1 2
N
lnN0
1 N0
N
rk
k 1
smk 2
N
ln p r sm 最大，等价于“欧式距离 Dr,sm rk smk 2 ”最小。
k 1
距离度量：
N
N
N
D r,sm rn2 2 rnsmn sm2n
的 P(sm ) pr | sm 所对应的 sm ”作为判决输出，即
sˆ arg sm max P(sm ) pr | sm
“最小的错误概率”准则：选择“最大的 P(sm ) pr | sm 所对应
的 sm ”作为判决输出，即
sˆ arg sm max P(sm ) pr | sm
根据贝叶斯公式，后验概率
响应，当发送信号为 s1t 时匹配滤波器解调器的
第5章 数字信号的频带传输
于是 2ASK信号的带宽为
B2ASK
2Bg
2 Tb
2 fb
(5-7)
因为系统的传码率RB=1/Tb(Baud)，故2ASK系统的频带利用率为
1
B
Tb 2
fb 2 fb
1 (Baud / Hz) 2
(5-8)
Tb
第5章 数字信号的频带传输
这意味着用2ASK方式传送码元速率为RB的数字信号时， 要求该系统的带宽至少为2RB(Hz)。
图 5- 4 2ASK信号的功率谱
第5章 数字信号的频带传输
由图5- 4
(1) 因为2ASK信号的功率谱密度Po(f)是相应的单极性数字 基带信号功率谱密度Ps(f)形状不变地平移至±fc处形成的，所 以2ASK信号的功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。 它 的连续谱取决于数字基带信号基本脉冲的频谱G(f)；它的离散 谱是位于±fc处一对频域冲击函数，这意味着2ASK信号中存 在着可作载频同步的载波频率fc的成分。
exp(
v2
2 n 2
)
（5-10） （5-11）
第5章 数字信号的频带传输
实际上，Pe就是图 5-7中两块阴影面积之和的一半。x=A/2直 线左边的阴影面积等于Pe1，其值的一半表示漏报概率；x=A/2 直线右边的阴影面积等于Pe0，其值的一半表示虚报概率。采 用包络检波的接收系统，通常是工作在大信噪比的情况下，
第5章 数字信号的频带传输
5.2.2 2ASK信号的功率谱及带宽
若用G(f)表示二进制序列中一个宽度为Tb、高度为 1 的门 函数g(t)所对应的频谱函数，Ps(f)为s(t)的功率谱密度，Po(f)为 已调信号e(t)的功率谱密度，则有
Po (
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:
第五章数字信号的基带传输(1)
第五章 数字信号的基带传输5.错误!未定义书签。
设一数字传输系统传送八进制码元，速率为2400波特，则这时的系统信息速率为多少？ 解：22log 2400log 87200bps b s R R M ==⨯=5. 错误!未定义书签。
已知：信息代码 1 1 1 0 0 1 0 1 (1)写出相对码： 1 (2)画出相对码的波形图（单极性矩形不归零码）。
解：(1)写出相对码：1 0 1 0 0 0 1 1 0 (2)画出相对码的波形图（单极性矩形不归零码）。
5.错误!未定义书签。
独立随机二进制序列的“0”、“1”分别由波形()1s t 及()2s t 表示，已知“0”、“1”等概出现，比特间隔为b T 。
（1）若()1s t 如图(a )所示，()()21s t s t =-，求此数字信号的功率谱密度，并画出图形；（2）若()1s t 如图(b )所示，()20s t =，求此数字信号的功率谱密度，并画出图形。
解：(1)此时这个数字信号可表示为PAM 信号()()nbn s t a g t nT ∞=-∞=-∑其中序列{}n a 以独立等概方式取值于1±，[]0a n m E a ==，221a E a σ⎡⎤==⎣⎦；()()1g t s t =，其傅氏变换是()()sinc b b G f T fT =所以()s t 的功率谱密度为()()()222sinc as b b bP f G f T fT T σ==。
（2）此时这个数字信号可表示为()()nbn s t a g t nT ∞=-∞=-∑其中序列{}n a 以独立等概方式取值于()0,1；()()1g t s t =，其傅氏变换是()sinc 22b b T T G f f ⎛⎫=⎪⎝⎭由于1122n n a b =+，其中n b 以独立等概方式取值于1±，所以 ()()()1122n b b n n s t b g t nT g t nT ∞∞=-∞=-∞=-+-∑∑()()12n b n u t b g t nT ∞=-∞=-∑一项的功率谱密度是()()22sinc 4162b b u bG f T T P f f T ⎛⎫==⎪⎝⎭()()12b n v t g t nT ∞=-∞=-∑是周期信号，可展成傅氏级数：()()212bmj t T b m n m v t g t nT c e π∞∞=-∞=-∞=-=∑∑其中()()222222111221212sin 21102240other 2b b bbbb mmj t j t T T T T m b T T n bb b b b b b bc g t nT e dt g t edtT T m k T m m T m G m T T T m mT πππππ∞----=-∞=-=⎧±=±⎪⎛⎫⨯⎪⎪⎛⎫⎪⎝⎭====⎨⎪⎛⎫⎝⎭⎪⨯ ⎪⎪⎝⎭⎪⎩∑⎰⎰所以()()12b n v t g t nT ∞=-∞=-∑的功率谱密度是()()()222111214421v nn k b b n k P f c f f f T T k δδδπ∞∞=-∞=-∞⎛⎫⎛⎫-=-=+- ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭∑∑于是()s t 的功率谱密度为：()()()22211121sinc 1624421b b s k b T T k P f f f f T k δδπ∞=-∞⎛⎫-⎛⎫=++- ⎪ ⎪⎝⎭-⎝⎭∑5. 错误!未定义书签。
通信原理第5章
(2)
三、实际抽样 ------自然抽样
自然抽样的特点
平顶抽样：
5.2 脉冲编码调制（PCM）
脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，它是一种用一组二进 制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。 由于这种通信方式抗干扰能力强，它在光纤通信、数字微波通 信、卫星通信中均获得了极为广泛的应用。 PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码方式。首 先，在发送端进行波形编码(主要包括抽样、量化和编码三个过 程)，把模拟信号变换为二进制码组。编码后的PCM码组的数 字传输方式可以是直接的基带传输，也可以是对微波、光波等 载波调制后的调制传输。在接收端，二进制码组经译码后还原 为量化后的样值脉冲序列，然后经低通滤波器滤除高频分量， 便可得到重建信号 x(t ) 。
1 Ts= 是最大允许抽样间隔，它被称为奈奎斯特间隔，相对 2 fH 应的最低抽样速率fs=2fH称为奈奎斯特速率。
混叠现象
信号的重建
该式是重建信号的时域表达式， 称为内插公式。 它说 明以奈奎斯特速率抽样的带限信号x(t)可以由其样值利用内
插公式重建。这等效为将抽样后信号通过一个冲激响应为
际标准中取μ=255。另外，需要指出的是μ律压缩特性曲线 是以原点奇对称的， 图中只画出了正向部分。
2、A律压扩特性
Ax 1 ln A ,0 x 1 / A z 1 ln( Ax) ,1 / A x 1 1 ln A
• • •
x——压缩器归一化输入电压 z——压缩器归一化输出电压 μ ——压缩器参数
量化的物理过程
q7
x q x q x (t)
q
信号的实际值
6
量化误差
6
信号的量化值
通信原理第5章数字基带传输系统
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
《数字通信原理(第三版)》教材课后习题答案
《数字通信原理》习题解答第1章 概述1-1 模拟信号和数字信号的特点分别是什么?答：模拟信号的特点是幅度连续；数字信号的特点幅度离散。
1-2 数字通信系统的构成模型中信源编码和信源解码的作用是什么?画出话音信号的基带传输系统模型。
答：信源编码的作用把模拟信号变换成数字信号，即完成模/数变换的任务。
信源解码的作用把数字信号还原为模拟信号，即完成数/模变换的任务。
话音信号的基带传输系统模型为1-3 数字通信的特点有哪些? 答：数字通信的特点是：（1）抗干扰性强，无噪声积累； （2）便于加密处理；（3）采用时分复用实现多路通信； （4）设备便于集成化、微型化； （5）占用信道频带较宽。
1-4 为什么说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累?答：对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限的离散值(通常取二个幅值)，在传输过程中受到噪声干扰，当信噪比还没有恶化到一定程度时，即在适当的距离，采用再生的方法，再生成已消除噪声干扰的原发送信号，所以说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累。
1-5 设数字信号码元时间长度为1s μ，如采用四电平传输，求信息传输速率及符号速率。
答：符号速率为 Bd N 66101011===-码元时间信息传输速率为s Mbit s bit M N R /2/1024log 10log 6262=⨯=⋅==1-6 接上例，若传输过程中2秒误1个比特，求误码率。
答：76105.210221)()(-⨯=⨯⨯==N n P e 传输总码元发生误码个数1-7 假设数字通信系统的频带宽度为kHz 1024，可传输s kbit /2048的比特率，试问其频带利用率为多少Hz s bit //? 答：频带利用率为Hz s bit Hz s bit //2101024102048)//33=⨯⨯==（频带宽度信息传输速率η1-8数字通信技术的发展趋势是什么？答：数字通信技术目前正向着以下几个方向发展：小型化、智能化，数字处理技术的开发应用，用户数字化和高速大容量等。
第五章数字信号的基带传输
第五章 数字信号的基带传输基带传输系统频带传输系统（调制传输系统）数字基带信号：没有经过调制的原始数字信号。
（如各种二进制码PCM 码，M ∆码等）数字调制信号：数字基带信号对载波进行调制形成的带通信号。
5.1、基带信号的码型一、数字基带信号的码型设计原则：1． 对传输频带低端受限的信道，线路传输的码型的频谱中应该不含有直流分量；2．信号的抗噪声能力强；3．便于从信号中提取位定时信息；4．尽量减少基带信号频谱中的高频分量，节省传输频带、减小串扰； 5．编译码设备应尽量简单。
二、数字基带信号的常用码型。
1、单极性不归零码NRZ （Non Return Zero ）脉冲宽度τ等于码元宽度T特点：（1）有直流，零频附近的低频分量一般信道难传输。
（2）收端判决门限与信号功率有关，不方便。
（3）要求传输线一端接地。
（4）不能用滤波法直接提取位定时信号。
2、双极性非归零码（BNRZ ）T =τ，有正负电平特点：不能用滤波直接提取位定时信号。
⎩⎨⎧数字通信系统3、单极性归零码（RZ）τ<T特点：（1）可用滤波法提取位同步信号（2）NRZ的缺点都存在4、双极性归零码（BRZ）特点：（1）整流后可用滤波提取位同步信号（2）NRZ的缺点都不存在5、差分码电平跳变表1，电平不变表0 称传号差分码电平跳变表0，电平不变表1 称空号差分码特点：反映相邻代码的码元变化。
6、传号交替反转码（AMI）τ）归零码表0用零电平表示，1交替地用+1和-1半占空（T5.0=示。
优点：（1）“0”、“1”不等概时也无直流（2）零频附近低频分量小（3）整流后即为RZ码。
缺点：连0码多时，AMI整流后的RZ码连零也多，不利于提取高质量的位同步信号（位同频道抖动大）应用：μ律一、二、三次群接口码型：AMI加随机化。
7、三阶高密度双极性码()3HDBHDB3码编码步骤如下。
①取代变换：将信码中4个连0码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻的V码中间有奇数个1码时用000V代替4个连0码，有偶数个1码时用B00V代替4个连0码。
第5章 数字信号的基带传输系统
HDB3码： －1000 －V ＋1000 ＋V －1 ＋1 －B00 －V ＋1 —1
虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码比较简单。从上述 原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非“0”符号同极性（包括
B符号在内），故从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，
从而断定V符号及其前面的3个符号必是连“0”符号，然后恢复4个
一、单极性不归0二进制脉冲序列的功率谱密度数字 基带信号单个波形的频谱：
（设“1”、“0”码等概率出现，码元宽度）。
19
天津电子信息职业技术学院
20
天津电子信息职业技术学院
二、单极性归零二进制码序列的功率谱密度：
g1(t)
g2 (t )
A
Ts 2 Ts
2Ts 3Ts t
(a) 单极性归0二进制序列
6
天津电子信息职业技术学院
占空比指的是脉冲宽度τ与码元宽度Tb之比τ/Tb。单极性RZ码 的占空比为50％。
4．双极性归零（RZ）码 双极性归零码的构成原理与单极性归零码相同，如图5-1d）。 每一个码元被分成两个相等的间隔，“1”码是在前一个间隔为正 电平而后一个间隔回到零电平，而“0”码则是在前一个间隔内为 负电平而后一个间隔回到零电平。
1
1…
AMI码： ＋100 —1 ＋1000 －1 ＋1 －1 …
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（ ）。
基带数字信号的传输
第5章 基带数字信号的传输
2. 三阶高密度双极性(HDB3)码
HDB3码就是一系列高密度双极性码(HDB1、
HDB2、HDB3等)中最重要的一种。其编码原理是 这样的：先把消息变成AMI码，然后检查AMI的 连“0”情况，当无3个以上连“0”串时，则这时的 AMI码就是HDB3码。当出现4个或4个以上连“0”
第5章 基带数字信号的传输
图5.7（b）很重要，它表示窄脉冲传输经过矩形的信 道时，接收端出现形的波形，每隔一定时间出现零点。 这个波形图重要性在于它表明；如果每隔时间(常称奈 氏时段)发数据脉冲，不管发0码或者1码，只要准确在 按照这种间隔时间依次发脉冲。就不会发生码间干扰 （即符号间干扰），因为这一位码（符号）的接收波 形峰值正是前后码（符号）的零点。 不过，应该注意，如图5.8 所示，这种矩形频谱所产生 的形时间响应，第一个零点以后的尾巴振荡较为剧烈， 振荡幅度较大。这意味着，发送端发出脉冲的间隔时 间必须很准确，接收端取样判决时间必须很准确，低 通滤波特性载止频率必须很稳定，就是说。要求的三 个条件都很严格。稍差一点就可能引起码间干扰。这 也是矩形频谱的缺点。
归零码 移位 寄存器 全宽码 Tb 归零码
定时信号
定时信号 1 0 1 1 0 全宽码
图5.3归零码变换为全宽码的方框和过程
第5章 基带数字信号的传输
如欲调整归零码的每一脉冲宽度，就是说，从 较窄的归零码变换为较宽的归零码，可使用双 稳触发器。窄归零码和定时信号都加到双稳触 发器的两个输入端，定时信号与窄归零码的间 隔预先算好。恰等于较宽的归零码的脉冲宽度， 那么双稳触发器输出就得到需要的宽归零码。 这种变换的方框图和过程如图5.4。
1 2 fc
第5章 SDH同步数字传输网络(hu).
同步状态字节
空闲字节
S1（b5~b8）
M1
S1的后4 bit表示同步质量等级
未正式定义
5.2 SDH的复用映射
同步复用映射方法是SDH具有特色的内容之一。
分为两步： 1）将PDH通过映射定位复用成STM-1 2）N个STM-1通过字节间插复用成STM-N。
5.2.1 SDH的复用映射结构
2.048 Mbit/s
下面举例说明我国 PDH 系列一次群 2.048 Mbit/s 速率复 用为STM-1的过程。步骤如图5-4所示。
图5-4 2.048 Mbit/s支路信号复用映射过程
图5-4中的复用过程为：先将标称速率为2.048 Mbit/sPDH一次群支路信号装进入C-12经适配处理，加 上VC-n POH构成VC-12后，其速率为2.240 Mbit/s。VC12加上TU-12-PTR，以指明VC-12相对TU-12的相位， 经速率调准和相位对准后的TU-12速率变为2.304 Mbit/s。 经同步复接，即间插组成TUG-2（3×2.304 Mbit/s）， 又经7个TUG-2单字节间插组成TUG-3（加上塞入字节 使速率达到49.536 Mbit/s），再由3个TUG-3经字节间插 加上高阶POH和塞入字节后构成VC-4净负荷，速率为 150.336 Mbit/s。最后加上AU-4PTR的576 kbit/s的指针 信号组成了AU-4，速率为150.912 Mbit/s。单个AUG直 接接入加上4.608 Mbit/s的段开销组成STM-1（标称速率 为155.520 Mbit/s）的帧结构。
SDH网的主要特点
（1）有标准光接口； （2）同步字节复用(复接)； （3）强大的网络管理功能； （4）有世界统一的数字信号速率和帧结构标准； (5）SDH与PDH网络具有完全的兼容性。
第五章 数字信号的频带传输
4、数字信号的载波调制的分类
（1）幅度键控（ASK） （Amplitude-Shift Keying） 用正弦波的幅度来传递信号。 （2）频移键控（FSK） （ Frequency-Shift Keying ）
用正弦波的频率来传递信号。 （3）相移键控（PSK） （ Phase-Shift Keying ） 用正弦波的相位来传递信号。 也可分为： (1)线性调制（如ASK） (2)非线性调制（如FSK，PSK）
1
0
1
1
0
y(t )
1
0
1
1
0
cos （ ct ）
cos ct
载波
z(t ) x(t )
cp
输出
正常工作波形图
反向工作波形图
29
结论：在2PSK中存在“倒π”现象或“反相工作”现 象 ，所谓“倒π”现象是指当本地载波相位不确定 性造成解调后的数字信号可能极性完全相反，形成 “1”和“0”的倒置的现象。
开关电路 K
s2 FSK (t )
载波
~f2
s(t)
17
三、解调方法
2FSK信号常用的解调方法有包络检波 法和相干检测法、过零点检测法等。 1、包络检波法
输入 带通滤 波器(f1) 包络 检波器 抽样 判决器 带通滤 波器(f2) 包络 检波器 输出
18
1
0
0
1
1
0
s2 FSK (t )
f1
带通滤波器f1
低通 滤波器
抽样 判决器
数据输出
非相干（差分）解调器框图
37
a
b
c
d
e
0
1
1
1
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。
第五章有线电视的传输系统
派生特性
符号
含义
P
屏蔽
Z
综合
随着新技术和新材料的应用，新型电缆代号可能会超出表中所列含义。 有线电视系统中使用的射频同轴电缆，芯线绝缘外径分为4.80mm、 7.25mm、9.00mm、11.50mm、13.00mm、15.00mm和17.30mm等几种，我 国用5、7、9、12、13、15和17等数字来表示
微波最早被用来传送电话、电报、传真和电视节目，并通过微波中 继站构成了覆盖全国大部分地区的微波传输网络。最初的微波电视信号 采用调频方式，占用频带宽，一般仅传送1～2个频道信号。
为了能够收看到距离较远、套数更多的电视节目，在20世纪60年代 末国外开始将微波技术应用于有线电视系统，国内的有线电视微波系统 在近几年也得到了迅速的发展。与同轴电缆和光缆传输相比较，微波传 输具有以下一些优点： 1）微波传输适用于地形较复杂（如需跨过河流、山谷）以及建筑物和 街道的分布使铺设电缆光缆较为困难的地区。另外，利用微波可跳过面 积较大的无居民区，以避免铺设没有收入的传输线路，造成不必要的浪 费。 2）由于不需要铺设大量的有线传输媒质，微波传输的建造费用少，建 网时间短，维护方便。而在50km视距范围内，微波传输是相当稳定的。 因此，在传输距离较远时，微波传输具有较高的性能价格比。
（3）抗干扰性能强 由于光纤的基本成分是石英，为非导体，它不受 电磁场干扰，雷电、高压电也不会侵入而产生触电或毁坏设备等事故。 同时，光纤抗化学腐蚀能力强，安全可靠。
（4）保真度高 光纤传输通常不需要中继站（或中继站极少），不会 引入非线性失真，使信号传输质量大大提高。同时，光纤中传输的信 号不易泄漏，保密性好。
2.光纤及光缆
光纤是由导光材料制成的纤维丝，基本结构包括纤 芯和包层两部分。纤芯由高折射率的柔软玻璃丝制成， 是光波的传输介质；包层材料的折射率比纤芯稍低一些， 它与纤芯共同构成光波导，形成对传输光波的约束作用。 光在光纤中发生全反射，光就会在芯线内来回反射，曲 折向前传播。
通信原理(陈启兴版)第5章课后习题答案
第5章 数字基带传输系统5.1 学习指导 5.1.1 要点本章的要点主要有数字基带传输系统结构及各部件功能；基带信号常用波形及其频谱特性；基带传输常用码型的编译及其特点；码间串扰和奈奎斯特第一准则；理想低通传输特性和奈奎斯特带宽；升余弦滚将特性；第一类部分响应系统；无码间串扰基带系统的抗噪声性能；眼图和均衡的概念。
1.数字基带传输系统数字基带传输系统：不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，其基本结构如图5-1所示。
主要有发送滤波器、信道、接收滤波器、同步提取电路以及抽样判决器组成。
发送滤波器用于产生适合于信道中传输的基带信号波形。
信道是基带信号传输媒质（通常为有线信道）。
加性n (t )是均值为零的高斯白噪声。
接收滤波器的功能接收有用信号，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。
同步提取即从接收信号中提取用来抽样的定位脉冲。
抽样判决器用来对对接收滤波器的输出波形进行抽样、判决和再生（恢复基带信号）。
图5 - 1 数字基带传输系统的原理方框图2.数字基带信号及其频谱特性(1) 数字基带信号数字基带信号用不同的电平或脉冲来表示不同的消息代码。
数字基带信号的单个脉冲有矩形脉冲、余弦脉冲、升余弦脉冲、高斯脉冲等等形式。
常用的基本信号波形有：单极性与双极性波形、不归零码与归零码波形、差分波形、多电平波形等。
数字基带信号通常是一个随机的脉冲序列。
若其各码元波形相同而电平取值不同，则可表示为()()nsn s t a g t nT ∞=-∞=-∑ (5-1)式(5-1)中，a n 是第n 个码元所对应的电平值（随机量）；T s 为码元持续时间；g (t )为某种脉冲波形。
一般情况下，数字基带信号可表示为()()nn s t s t ∞=-∞=∑ (5-2)(2) 基带信号的频谱特性数字基带信号s (t )的频谱特性可以用功率谱密度来描述。
设二进制随机信号为()()nn s t s t ∞=-∞=∑ (5-3)其中()()()12,0()11=S n S g t nT s t g t nT -⎧⎪=⎨-⎪⎩对应“”，以概率P 出现，对应“”，以概率P 出现 则s (t )的功率谱密度为212()(1)()()s S P f f P P G f G f =--+212[()(1)()]()S S S S m f PG mf P G mf f mf δ∞=-∞+--∑(5-4)式(5-4)中，f s =1/T s 为码元速率；G 1(f )和G 2(f )分别是g 1(t )和g 2(t )的傅里叶变换。
数字基带信号、基带传输以及频带传输及结构
码元间数隔字基带信号、基带传输以及频带
传输和结构
(4) 双极性归零码（BRZ）
它是双极性码的归零形式；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。
1010011 0
数字基带信号、基带传输以及频带 传输和结构
(5) 差分码
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；
E 1 1 00 11 00 0 0 1 1 11
E
由于差分码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，而相应地称前面的单极性或双极性 码为绝对码。
数字基带信号、基带传输以及频带 传输和结构
(6) 多进制码
这种波形的一个脉冲可以代表多个二进制符号，在 码元速率一定时可以提高信息速率，故在高速数 字传输系统中得到广泛应用；
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
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； 什么是数字频带传输？
－数字基带信号经过载波调制，把频谱搬移到 高载波处在带通型信道中的传输； 也称为调制或 载波传输；
数字基带信号、基带传输以及频带 传输和结构
数字基带通信系统模型
t
g1 t 2Tb 2
2 g1 t 2Tb
随机脉冲序列示意图
g1(t )－“0”码，出现概率为p g2(t )－“1”码 ，出现概率为1-p
Tb－码元间隔 f b－码元速率
数字基带信号、基带传输以及频带 传输和结构
二进制随机序列功率谱密度
g1(t )~G1(f )
g2(t) ~G2(f )
成的近程数据通信系统广泛采用了这种传输方 式； 2 数字基带传输中包含频带传输的许多基本问 题，也就是说，基带传输系统的许多问题也是 频带传输系统必须考虑的问题； 3 任何一个采用线性调制的频带传输系统可等 效为基带传输系统来研究；
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进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移
，将数字基带信号变换成适合信道传输的数
字频带信号进行传输，这种传输方式称为数
字信号的频带传输，或调制传输、载波传输
。
第5章 数字信号的频带传输系统
5.1 引言 5.2 二进制数字调制原理
5.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能 5.4 二进制数字调制系统的性能比较 5.5 多进制数字调制系统
原因
1、带通型信道比低通型信道带宽大得多，可以 采用频分复用技术传输多路信号；
2、若要利用无线电信道，必须把低频信号“变”
成高频信号。
2ASK产生的方法有两种：模拟法、键控法。
开关电路 e2 AS K(t) cos ct e2 AS K(t)
s(t)
乘法器 cos ct (a)
s(t) (b)
第四章 小结
1、数字基带信号的波形与码型(AMI、HDB3) ▲ 2、码间干扰的概念、无码间干扰的时域和频 域条件 3、部分响应系统的特点、相关编码的过程 4、无码间干扰基带传输系统的抗噪声性能 5、眼图的作用 6、有限长时域均衡器（峰值畸变、均方畸变）
第5章 数字信号频带传输系统
数字基带信号的功率谱一般处于从零开始到 某一频率（0～6MHz）低频段，因而在很多 实际通信信道（如无线信道）中都不能直接
第5章 数字信号频带传输系统
2ASK信号的功率谱(P129-131)(同AM)
Pf ( f )
PASK ( f )
f
0
f0
0
f0 2 fs
f
2 B = 2 fs = Ts
第5章 数字信号频带传输系统
B
C
第5章 数字信号频带传输系统
ABD
练习：P169 5-3 作业：P169 5-2
问题
为什么一定要在带通型信道中传输数字信号呢？
三种形式是： 振幅键控ASK、移频键控FSK、移相键控PSK。
(a)振幅键控 (b)移频键控 (c)移相键控
第5章 数字信号频带传输系统
注意
模拟调制是对载波信号的参量进行连续调制。
数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征 所传输的信息。
第5章 数字信号频带传输系统
5.2 二进制数字调制原理
1、二进制振幅键控2ASK（通断键控OOK）
为双边带调幅信号的时域表达式
说明
2ASK（OOK）信号是双边带调幅信号。
第5章 数字信号频带传输系统
e2 ASK (t ) an g (t nTs ) cos ct n
g(t)为持续时间为Ts的矩形脉冲，an为二进制 数字信息，它的取值服从下述关系：
1, an 0,
出现概率为P 出现概率为1-P
第5章 数字信号频带传输系统
1 s(t) Tb 载波信号 t 0 1 1 0 0 1
t
2 ASK信号 t
二进制振幅键控(2ASK)信号时间波形
第5章 数字信号频带传输系统
（1) 2ASK信号的产生与解调 产生的方法有两种：模拟法、键控法。
开关电路 e2 AS K(t) cos ct e2 AS K(t)
第5章 数字信号频带传输系统
5.1 引 言
数字信号有两种传输方式： 基带传输与频带传输
已讨论的问题
数字基带传输系统
然而，实际通信中，不少信道都不能直
接传送基带信号。
第5章 数字信号频带传输系统
问题
为什么一定要在带通型信道中传输数字信号呢？
原因
1、带通型信道比低通型信道带宽大得多，可以 采用频分复用技术传输多路信号； 2、若要利用无线电信道，必须把低频信号“变” 成高频信号。
2ASK调制器原理框图
数字键控方法
2ASK信号的功率谱 p130
Pf ( f )
PASK ( f )
f
0
f0
0
f0 2 fs
f
B 2A SK
2 = 2 fs = Ts
第5章 数字信号频带传输系统
2、二进制移频键控（2FSK）
移频键控：用数字基带信号控制正弦载波的频 率，使载波频率按基带信号规律变化。
2FSK：利用载波的频率变化来传递数字信息的。
在二进制情况下，1对应于载波频率f1，
0对应于载波频率f2。
第5章 数字信号频带传输系统
2FSK信号在形式上如同两个不同频率交替发送的
2ASK信号相叠加，因此已调信号的时域表达式为：
e2 FSK (t ) [ an g (t nTs )]cos 1t [ an g (t nTs )]cos 2t
第5章 数字信号频带传输系统
已讨论过的问题
以正弦波作为载波的模拟调制系统。
现在讨论的问题
以正弦波作为载波的数字调制系统。
• 数字调制也有调幅、调频、调相三种形式。
•二进制振幅键控（2ASK）、二进制移频键控（2FSK）、 二进制移相键控（2PSK）或二进制差分移相键控（2DPSK）
第5章 数字信号频带传输系统
cos c t
AM信号的相干解调（同步解调）
第5章 数字信号频带传输系统
Z(t)
e2Ask(t)
2ASK信号的相干解调
z (t ) e2 ASK (t ) cos c t s(t ) cos2 ct 1 cos 2c t s(t ) 2 cos2ct s(t ) s(t ) 经LPF后 2 2
s(t)
乘法器 cos ct (a)
s(t)
模拟法
(b) 数字键控方法
2ASK调制器原理框图
通断键控OOK
第5章 数字信号频带传输系统
(2) 2ASK信号的解调
方法有两种： 相干解调（同步检测法）
非相干解调（包络检波法）
第5章 数字信号频带传输系统
e2Ask(t)
2ASK信号的非相干解 调
线性包络检波器
振幅键控：正弦载波的幅度随数字基带信号而变 化的数字调制。 在2ASK中，载波幅度随着调制信号1和0的 取值而在两个状态之间变化。
第5章 数字信号频带传输系统
令二进制数字基带信号为：
n
s(t ) an g (t nTs ), an
则
0 1
概率为P 概率为1-P
e2 ASK (t ) s(t )cos ct
s AM (t )
BPF
LED
LPF
m0 (t )
AM信号的非相干解调
第5章 数字信号频带传输系统
e2Ask(t)
1
a
b
c
d
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
a
b
c
d
2ASK信号的非相干解 调
第5章 数字信号频带传输系统
e2Ask(t)
2ASK信号的相干解调
s AM (t )
BPF
z (t )
LPF
m0 (t )