通信原理第6章
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
樊昌信通信原理第6章 数字基带 (7版)电子教案
信道 噪声
引言
接收 滤波器
抽样 基带脉冲
判决器
输出
同步 提取
抽样判决器： 作用：对接收滤波器的输出波形进行抽样判决, 目的：确定发送信码序列，再生基带信号。
同步提取： 提取用于抽样的位定时脉冲。
基带传输系统各点波形：
引言
输入信号
a 1
0
11
0
0
11
t
码型变换 b
传输波形 c
信道输出 d
sn (t)
g1 (t g（2 t
nTB )， nTB），
以概率P出现 以(1 P)出现
稳态波v(t) 和 交变波u(t)
v(t)：随机序列s(t)的统计平均分量，每个码元统计平均
波形相同：
v(t) [Pg1(t nTB ) (1 P)g2 (t nTB )] vn (t)
(f)
0
t
-E
00
00
01
01
10
11
11
六种基本信号波形
（a）单极性波形 —— 特点：极性单一、有直流分量和低频分量。 —— 应用：设备内部和数字调制器中。
1011001 +E
(a)
0
TB
(c) +E
（b0 ）双极性波形
1011001
(b) +E
0 -E
(d) +E
0
-E
(e)—+E —1 优0 点1：无1 直0流分0 量1 （等概(f) ）、01抗0扰0 能力较强01 。00
—0 — 应用：V.24、RS-23t 2C接口标准和数10 字调制器中。
通信原理讲义-第六章 数字信号的载波传输1二进制调制
数字信号的调制可以看成特殊调制信号 的模拟调制，类似模拟调制的情况，数 字调制也是用调制信号调制载波的三个 参数：振幅、频率、相位。 相应地称为：幅度键控、频率键控、相 位键控。
6.1 二进制数字调制
二进制数字调制是指调制信号为二进制 基带信号，这种调制信号仅有两种电平， 表示为“1”和“0”： 二进制数字调制又分为： 二进制幅度键控 二进制频率键控 二进制相位键控
数字基 带信号 二进制幅度键控s2ASK(t)
载波Acoswct
二进制幅度键控解调（非相干）
带通 滤波器
1 0.5 0 -0.5 -1 0 1 0.5 0 -0.5 -1 0 1 0.5 0 -0.5 -1 0 100 200 300 400 500 600 100 200 300 400 500 600 100 200 300 400 500 600
1 A1 0 0 0 1 ……
由调频理论，调制后信号的瞬时频率 w(t)=w0+KFMf(t) 而对单极性二元基带信号只有两种电平： f(t)=0或1， 故：w1= w0+KFM w2= w0。
二进制频率键控调制后的时域波形
1
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
二进制差分相位键控的调制方法
二元单 极性码 输入 相对码 差分编码 二进制差分相位 键控DPSK输出
Acos(wct)
载波发生器
差分编码原理：
后一位与新生成的前一位码做模2和得到新生成的码
绝对码：1 0 0 1 0 1 1 0 相对码：1 1 1 0 0 1 0 0
二进制差分相位键控的解调（相干）
通信原理与技术第6 章模拟信号的数字化
第6 章模拟信号的数字化本章教学要求：1、掌握低通型抽样定理、PCM 基本工作原理。
掌握均匀量化原理、非均匀量化原理（A 律13折线）和编码理论。
2、理解时分复用和多路数字电话系统原理。
3、了解PCM 抗噪声性能、DM 和DPCM 系统原理。
§6.1 引言一、什么是模拟信号数字化？就是把模拟信号变换为数字信号的过程，即模数转化。
这是本章欲解决的中心问题。
二、为什么要进行模数转换？由于数字通信的诸多优点，数字通信系统日臻完善。
致使许多模拟信源的信号也想搭乘数字通信的快车；先将模拟信号转化为数字信号，借数字通信方式（基带或频带传输系统）得到高效可靠的传输，然后再变回模拟信号。
三、怎样进行数字化？就目前通信中使用最多的模数转换方法—脉冲编码调制（PCM）为典型，它包含三大步骤：1.抽样（§2 和§3）；2.量化（§4）；3.编码（§5）1.抽样：每隔一个相等的时间间隙，采集连续信号的一个样值。
2.量化：将量值连续分布的样值，归并到有限个取值范围内。
3.编码：用二进制数字代码，表达这有限个值域（量化区）。
2、解调3、抽样定理从频谱图清楚地看到，能用低通滤波器完整地分割出一个F（ω）的关键条件是ωs≥2ωm，或f s≥2f m。
这里2f m 是基带信号最大频率，2f m 叫做奈奎斯特抽样频率。
抽样定理告诉我们，只要抽样频率不小于2f m，从理想抽样序列就可无失真地恢复原信号。
二、带通抽样带通信号的带宽B=f H-f L，且B<<f H，抽样频率f s 应满足f s=2B(1+K/N)=2f H/N 式中，K=f H/B-N，N 为不超过f H/B 的最大整数。
由于0≤K<1，所以f s在2B～4B 之间。
当f H >> B 即N >>1 时f S =2B。
当f S > 2B(1+R/N) 时可能出现频谱混叠现象（这一点是与基带信号不同的）例：f H= 5MHz，f L = 4MHz，f S =2MHz 或3MHz 时，求M S(f)§6.3 脉冲幅度调制（PAM）理想抽样采用的单位冲击序列，实际中是不存在的，实际抽样时采用的是具有一定脉宽和有限高度的窄脉冲序列来近似。
通信原理第6章 模拟信号的数字传输
可见：量化电平增加一倍，即编码位数每增加一位， 量化信噪比提高6分贝。
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第6章 模拟信号的数字传输
11
6.1.2 量化
对于正弦信号，大信号出现概率大，故量化信噪比近
似为
Sq Nq
dB
6k
2
(dB）
对于语音信号，小信号出现概率大，故量化信噪比近 似为
取样定理描述：一个频带限制在 0 ~ f H内的连续信
号
m(t ) ，如果取样速率
fs
2
f
，则可以由离散样值
H
序列ms (t)无失真地重建原模拟信号 m(t) 。
取样定理证明：
ms (t) m(t) Ts (t)
M s ( f ) M ( f ) Ts ( f )
Ts ( f )
第６章 模拟信号的数字传输
1、数字通信有许多优点:
抗干扰能力强，远距离传输时可消除噪声积累 差错可控，利用信道编码可使误码率降低。 易于和各种数字终端接口中； 易于集成化，使通信设备小型化和微型化 易于加密处理等。
2、实际中有待传输的许多信号是模拟信号
语音信号； 图像信号； 温度、压力等传感器的输出信号。
于前一个时刻的值上升一个台阶；每收到一个代码 “0”就下降一个台阶。 编码和译码器
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第6章 模拟信号的数字传输
25
6.2.2 △Ｍ系统中的噪声
采用△Ｍ实现模拟信号数字传输的系统称为△Ｍ系统
△Ｍ系统中引起输出与输入不同的主要原因是：量化 误差和数字通信系统误码引起的误码噪声。
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第6章 模拟信号的数字传输
通信原理第六章题库总合
填空题1. PSK是用码元载波的(相位)来传输信息，DSP是用前后码元载波的（相位差）来传输信息，它可克服PSK的相位模糊缺点。
2.采用相干解调方式时，相同误码率条件下，2ASK,2FSK,2PSK系统所需信噪比数量关系为（2ASK>2FSK>2PSK）3.MSK信号时包络恒定，（相位连接），（带宽最小）并且严格正交的2FSK信号。
4二进制调制中，载波的幅度，频率或相位有（2）种变化，，相应的调制方式有（2ASK,2FSK,2PSK/2DPSK）5对正弦载波的振幅，频率或相位进行键控，便可获得（振幅键控）（频移键控）（相位键控）三种基本的数字调制方式。
6在误码率Pe相同的条件下，对信噪比r的要求：2ASK比2FSK高（3）dB,2FSK 比2PSK高（3）dB,2ASK比2PSK高（6）dB。
7 如果理想MPSK数字调制传输系统的带宽为12KHz,则该系统无码间串扰最大信息传输速率为（12㏒2Mkb/s）8模拟调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是（连续变化的），而键控法产生的2FSK信号的相位在相邻码元之间（不一定连续）9. 2ASK信号中的调制信号s(t)是（单极性）非归零数字基带信号，而在2PSK 中的调制信号s(t)是（双极性）非归零数字基带信号。
10数字带通传输系统的最高频带利用率是（1）Baud/Hz,8PSK的系统的信息传输速率为1500b/s,其无码间干扰传输的最小带宽为（500）Hz.11 二进制数字调戏系统，当码元速率相同时，（2FSK）系统带宽最宽，抗噪声性能方面，（OOK）最差。
12对于2DSK、2ASK、2FSK通信系统，按可靠性好坏，排列次序为（2DPSK、2ASK、2FSK），按有效性好坏，排列次序为（2DPSK（2ASK）、2FSK）13在2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK通信系统中，可靠性最好的是（2PSK），有效性最好的是（2ASK、2PSK）14设信息速率为2.048Mbit/s,则2DPSK信号带宽为（4.096Mbit/s,），QPSK信号的带宽为（2.048Mbit/s,）。
通信原理第六章ppt课件
§6.2 抽样定理
• 如果想把时间连续的模拟信号变成0/1数字 串，必须先抽样
• 但是，很显然，抽样以后
• 的信号，与原来的信号是
• 不同的
• 能否从抽样信号中恢复原
t
• 信号呢？如果能，有什么条件？
:
§6.2.1 低通信号抽样定理
可以看作下面两 个信号的乘积
t
1
t
t
:
m(t)
t
T (t)
t
➢ 对 Y 的均匀量化，等效为对 X 的非均匀量化。
EY
0 EX
:
三. 编码
➢ 编码就是将量化后的多进制数字信号变换成 二进制数字代码〔逆过程为译码），这是一 种一一对应的变换关系，实为 M 进制与二 进制的转换。
➢ 要求：M ≤ 2N 或N ≥ log2M〔取整数） ➢ N 为二进制码组的码位数。
Hale Waihona Puke 2048 x1 1 8 1 16 1
32 16 8
4
11
128 64
1
第7段的
2
量化间隔 32
1
第 8段的量 2化 0 4 1间 8 0 2隔 64 4 16
16 32
第1、 2段的量化间隔
64
128
1 128
1 第3段的
1
64 量化间隔 232
1
第4段的量化间隔 4
16
可见最小11 1分 6 28辨 210:率 ,4计 8为 1为 个
m(t) 样 ms(t) 化 msq(t) 码 {an} 信道 {an} 码 msq(t) 通 m0(t)
A/D
D/A
➢ 编码——译码为一对变换关系；
➢ 抽样——低通为一对变换关系；
通信原理(陈启兴版) 第6章作业和思考题参考答案
6-1 设发送的二进制信息为1011001，试分别画出OOK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形示意图，并总结其时间波形上各有什么特点。
解 OOK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形示意图如图6-18所示。
tttt图6-18 信号波形图6-2 设某OOK 系统的码元传输速率为1000B ，载波信号为A cos(4π×106t )。
(1)每个码元中包含多少个载波周期？ (2)求OOK 信号的第一零点带宽。
解：(1) 由题意知66410210()2c f Hz ππ⨯==⨯1000()B R B =故每个码元包含2000个载波周期。
(2) OOK 信号的第一零点带宽为222000()B sB R Hz T === 6-3 设某2FSK 传输系统的码元速率为1000B ，已调信号的载频分别为1000Hz 和2000Hz 。
发送数字信息为1011010B 。
(1)试画出一种2FSK 信号调制器原理框图，并画出2FSK 信号的时域波形图； (2)试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的解调解调器？ (3)试画出2FSK 信号的功率谱密度示意图。
解：(1) 2FSK 信号可以采用模拟调频的方式产生，也可以采用数字键控的方式产生。
数字键控方式的调制器原理框图如图6-19所示。
图6-19键控法产生2FSK 信号的原理图由题意知，码元传输速率R B =1000B ，若设“1”码对应的载波频率为f 1=1000Hz ，“0”码对应的载波频率为f 1=2000Hz ，则在2FSK 信号的时间波形中，每个“1”码元时间内共有1个周期的载波，每个“0”码元时间内有2个周期的载波。
2FSK 信号的时间波形如图6-20所示。
【注：实际中键控法的波形一般不连续。
】t2FSK图6-20 2FSK 信号的时间波形(2) 由于2FSK 信号的频谱有较大的重叠，若采用非相干解调是上下支路有较大串扰，使解调性能下降。
通信原理第六章 答案
通信原理辅导及习题解析（第六版）第6章数字基带传输系统本章知识结构及内容小结[本章知识结构]图6－1 第6章知识结构框图[知识要点与考点]1．数字基带信号（1）数字基带信号波形基本的数字基带信号波形有单、双极性不归零波形，单、双极性归零波形、差分波形与多电平波形。
（2）数字基带信号的数学表达式 ①()()nsn s t a g t nT ∞=-∞=-∑式中，()s t 为单极性时，n a 取0或＋1；()s t 为双极性时，n a 取＋1或－1。
()g t 可取矩形 ②()()nn s t s t ∞=-∞=∑（3）数字基带信号的功率谱密度[]212212()(1)()()()(1)()()s s s s s s m P f f P P G f G f f PG mf P G mf f mf δ∞=-∞=--++--∑① 二进制数字基带信号的功率谱密度可能包含连续谱与离散谱。
其中，连续谱总是存在，根据连续谱确定信号带宽；在双极性等概信号时，离散谱不存在，根据离散谱确定直流分量与定时分量； ② 二进制不归零基带信号的带宽为s f （1/s s f T =）；二进制归零基带信号的带宽为1/τ。
2．常用传输码型常用传输码型有三电平码（AMI 码、HDB3码）与二电平码（双相码、差分双相码、密勒码、CMI 码、块编码）。
其中，AMI 码与HDB3码需要重点掌握。
（1）AMI 码将消息码的“1”(传号)交替地变换为“+1”和“－1”，而“0”(空号)保持不变。
（2）HDB3码 ① 编码规则：当连0数目不超过3个时，同AMI 码；连0数目超过3时，将每4个连“0”化作一小节，定义为B00V ；V 与前一个相邻的非0脉冲极性相同，相邻的V 码之间极性交替。
V 的取值为+1或-1；B 的取值可选0、+1或-1；V 码后面的传号码极性也要交替。
② 译码规则：寻找破坏脉冲V 码，即寻找两个相邻的同极性码，后一个码为V 码；V 码与其之前的3个码一起为4个连0码；将所有-1变成+1后便得到原消息代码。
通信原理樊昌信版第6章数字基带传输系统3
6.5.2 二进制单极性基带系统
f0 ( x )
f1( x )
－A 0 A
f0 ( x )
x
f1 ( x )
13
1、最佳判决门限
2 A P(0) n vd ln 2 A P(1)
（6.5-12）
A 当P(1)=P(0)=1/2时 v 2 2、误码率（设V*d=A/2）
d
眼图可以用来指示接收滤波器的调整，以减 小码间串扰，改善系统性能。
23
眼图的模型
最佳抽样时刻：“眼睛”张开最大的时刻； 判决门限电平：眼图中央的横轴位置对应于判 决门限电平； 对定时误差的灵敏度：眼图斜边的斜率决定了 系统对抽样定时误差的灵敏程度，斜率越大， 对定时误差越灵敏，即要求定时准确；
6.7.1部分响应系统
• 研究问题：基带传输中的有效性问题 • 研究目的：如何设计频带利用率高又可实 现的基带传输系统 • 研究方法：放宽对无码间串扰的要求以提 高有效性
30
问题的提出 由奈奎斯特第一准则知，基带系统的总特性 设计成理想低通特性, 能达到理论上的极限传 输速率，达到最高的频带利用率(2B/Hz)。理 想低通传输特性实现困难，且h(t)的尾巴振荡 幅度大、收敛慢，而对定时要求十分严格。 余弦滚降特性所需的频带加宽了，降低了系 统的频带利用率。 问题：能否找到频带利用率为2B/Hz，满足 “尾巴”衰减大、收敛快，又可实际实现的传 输特性？
34
•讨论g(t)的波形特点
4 cos t / TS g t 2 2 1 4t / TS Ts kTs g (0) 4 , g 1, g 0, k 3 , 5 , 2 2
除了在相邻的取样时刻 t=Ts/2 处 g(t)=1 外， 其余的取样时刻上，g(t) 具有等间隔零点。 g(t)波形的拖尾幅度与t 2成反比，说明g(t)波 形拖尾的衰减速度加快了。
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
copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组
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）
(完整版)通信原理答案第六章
《通信原理》习题参考答案第六章6-1. 设发送数字信息为011011100010，试分别画出OOK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形示意图。
解：6-4. 假设在某2DPSK 系统中，载波频率为2400Hz ，码元速率为1200B ，已知相对码序列为1100010111：（1）试画出2DPSK 信号波形（注：相位偏移可自行假设）；ϕ∆ （2）若采用差分相干解调法接收该信号时，试画出解调系统的各点波形；（3）若发送信息符号0和1的概率分别为0.6和0.4，试求2DPSK 信号的功率谱密度。
解：（1）载波频率为码元速率的2倍0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0OOK2FSK2PSK2DPSK2DPSK1 1 0 0 0 1 0 1 1 1（2）相干解调系统的原理框图如下：1 1 0 0 0 1 0 1 1 1abcdef（3） ，其中：)]2400()2400([41)]()([41-++=-++=f P f P f f P f f P P s s c s c s E∑+∞∞---++--=)()(])1([)()()1(2212221s s ss s mf f mf G a P Paf f G a a P P f P δ∑+∞∞--+=)()(04.0)1(196.022s s s mf f m Sa f f Sa f δππ)(04.0)()1200/(sin 115222f f f δππ+=∴⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=2222)2400()2400(1200sin )2400()2400(1200sin 2.29f f f f P E ππ)]2400()2400([01.0-+++f f δδ6-5. 设载频为1800Hz ，码元速率为1200B ，发送数字信息为011010：（1）若相位偏差代表“0”、代表“1”，试画出这时的︒=∆0ϕ︒=∆180ϕ2DPSK 信号波形；（2）又若代表“0”、代表“1”，则这时的2DPSK 信号︒=∆270ϕ︒=∆90ϕ的波形又如何？（注：在画以上波形时，幅度可自行假设。
通信原理第7版第6章PPT课件樊昌信版
— 改善系统性能的两个措施
课件制作：曹丽娜
引言
数字基带信号 － 未经调制的数字信号，它所占据的频谱是
从零频或很低频率开始的。
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，常用于传输距离不太远的情况。
数字带通传输系统 －包括调制和解调过程的传输系统
研究数字基带传输系统的意义：
近程数据通信系统中广泛采用
P(1 P)，以概率 2 P(1 P)
E
（aman） P2 (1 P)2 (1 P)2 P2 2P(1 P)( P 1) P 0
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
2
E[ U T ( f ) ]
Pu ( f ) lim
N (2 N 1)T
0
错
误
码
元
课件制作：曹丽娜
§6.1
数字基带信号
及其
频谱特性
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§6.1.1 数字基带信号
几种基本的基带信号波形
单个
序列
六种基本信号波形
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
归零
/ Ts 1
基带传输方式也有迅速发展的趋势
基带传输中包含带通传输的许多基本问题
任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等效为一
个基带传输系统来研究。
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
引言
基带传输系统组成：
基带脉冲
输入
发送
滤波器
信道
通信原理第7版第6章PPT课件(樊昌信版)
系统的传递函数
描述线性时不变系统的数 学模型，表示输入和输出 之间的关系。
03
CATALOGUE
模拟调制系统
调制的定义与分类
调制的定义
调制是一种将低频信号加载到高 频载波上的技术，以便通过信道 传输。
调制的分类
调制可以分为模拟调制和数字调 制两大类。模拟调制是指用连续 变化的模拟信号去调制载波的幅 度、频率或相位。
章节概述
本章将介绍数字调制的基本原理和技术，包括振幅调制、频 率调制和相位调制等。
通过学习本章，学生将能够了解数字调制的基本概念、原理 和技术，掌握数字调制系统的性能分析和设计方法，为进一 步学习通信系统的其他相关内容打下基础。
02
CATALOGUE
信号与系统
信号的分类与特性
01
02
ห้องสมุดไป่ตู้
03
周期信号
线性调制系统（AM、FM）
AM（调幅）调制
AM调制是通过改变载波的幅度来传 递信息的一种调制方式。在AM调制 中，低频信息信号叠加在载波上，并 通过信道传输。
FM（调频）调制
FM调制是通过改变载波的频率来传递 信息的一种调制方式。在FM调制中， 低频信息信号用来控制载波的频率变 化，从而实现信息的传输。
有效性
衡量通信系统传输有效信息的 能力，通常用传输速率或频谱
效率来表示。
可靠性
衡量通信系统传输信息的可靠 程度，通常用误码率（BER） 或信噪比（SNR）来表示。
实时性
衡量通信系统传输实时信号的 能力，通常用延迟时间来表示
。
安全性
衡量通信系统保护信息传输安 全的能力，通常用加密和认证
技术来表示。
误码率（BER）计算
通信原理(第六版)第6章 教程
即可得到随机序列s(t)的功率谱密度，即
Ps ( f ) = Pu ( f ) + Pv ( f ) = f S P (1 − P ) G1 ( f ) − G2 ( f )
+
m = −∞
2
∑
∞
f S [ PG1 (mf S ) + (1 − P )G2 (mf S )] δ ( f − mf S )
设一个二进制的随机脉冲序列如下图所示：
9
第6章 数字基带传输系统
图中 Ts － 码元宽度 g1(t)和g2(t) － 分别表示消息码“0”和“1”，为任意波形。 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，则该序列可表示为
s (t ) =
−∞
N
=
n=− N
∑a∫
n
∞
−∞
[ g1 (t − nTS ) − g 2 (t − nTS )]e − j 2π f t dt
=
其中
G1 ( f ) =
n=− N
a n e − j 2 π f nTs [G1 ( f ) − G 2 ( f )] ∑
∞
N
∫
−∞ ∞
g1 (t ) e − j 2πft dt
N
的统计平均值仅在m = n时存在，故有
E[ U T ( f ) ] =
2 n =− N
∑
N
E[a ] G1 ( f ) − G2 ( f ) = (2 N + 1) P (1 − P ) G1 ( f ) − G2 ( f )
2 n 2
2
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第6章 数字基带传输系统
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或者 把第5章中数字基带信号的基带脉冲g(t)换 成频带脉冲
6.2.1 二进制启闭键控(OOK)
OOK传输“1”“0”信息的方法是：用一个 开关打开（ON）或关闭（OFF）载波的发射
OOK等价于：
用单极性NRZ码b(t)对载波fc进行DSB调制
b t
sOOK t Ab t cos 2 f ct
恢复载波的相位不确定关系称为相位模糊。
为了解决此问题，采取的措施之一是利用差分
移相键控(DPSK)调制方案。
6.2.5 差分移相键控(DPSK)
1.DPSK信号的产生
图6.2.30 DPSK信号的产生
DPSK的特点是利用在当前比特的载波相位θn 与前一比特的载波相位θn-1的相位差(θn-θn-1) 来传递当前的绝对码{bn}。
OOK还等价于：
将单极性2PAM信号的脉冲变成频带脉冲
sOOK t
其中g t gT t cos 2 f ct
（此处需要假设fc是Rb=1/Tb的整倍数）
n
a g t nT ,
n b
an 0, 1
2. OOK信号的功率谱密度
《通信原理》
第6章
北京邮电大学
txyl@
第六章 数字信号的频带传输
6.1 引言
6.2 二进制数字信号正弦型载波调制 6.3 四相移相键控 6.4 M进制数字调制 6.5 恒包络连续相位调制
6.1 引言
可以把数字调制看成是
把第4章中的m(t)变成第5章中的数字基带 信号
6.2.4 2PSK的载波同步
1.平方环法
图6.2.27 平方环法提取载波
2.科斯塔斯(COSTAS)环法
图6.2.23 利用COSTAS环从2PSK信号中提取载波
3.恢复载波的相位模糊问题
在2PSK相干解调时，利用上述两种方法所恢
复的载波有可能与接收的2PSK信号的载波同
频同相，也可能会发生同频反相的情况，这种
图6.4.4信号波形的产生及系数的恢复
6.4.4 M进制振幅键控(MASK)
1.MASK信号的产生及其功率谱密度
图6.4.8 MASK信号的产生框图
MASK信号的平均功率谱密度是将MPAM基带
信号的平均功率谱密度搬移到载频上
A2 Pb ( f f c ) Pb ( f f c ) Ps ( f ) 4
Eb 2 Eb 1 Pb erfc Q 2 N0 N0
在理想限带及加性白高斯噪声干扰的信道 条件下，2PSK的最佳频带传输系统框图
平均误比特率计算公式
Eb 2 Eb 1 Pb erfc( ) Q( ) 2 N0 N0
(1)在加性白噪干扰下正交2FSK的最佳接收
最佳接收中的解调是利用带通型匹配滤波器或相
关解调器，如下图所示。
图6.2.14 在加性白噪信道条件下2FSK的最佳接收
上支路匹配滤波器的冲激响应为
h1(t)=s1(Tb-t)
下支路匹配滤波器冲激响应为
h2(t)=s2(Tb-t)
条件概率密度函数
由于QPSK信号是由两正交载波的2PSK线性 叠加而成，所以QPSK信号的平均功率谱密度
是同相支路及正交支路2PSK信号平均功率谱
密度的线性叠加。
QPSK功率谱为
在给定信息速率为Rb条件下，2PSK及QPSK双边功率谱密度
3.QPSK信号的解调及其平均误比特率
(1) 在加性白高斯噪声信道条件下QPSK最佳接收
2. DPSK信号的平均功率谱密度
DPSK信号的平均功率谱密度与2PSK信号的平均
功率谱密度是相同的。
3. DPSK信号的解调
图6.2.26 DPSK解调的两种方案
4. DPSK解调的平均误比特率
绝对移相键控系统的Pb很小时，DPSK的平均误
比特率近似等于2倍的2PSK的平均误比特率。
在实际应用中，经常用DPSK代替2PSK，因为
MPAM基带信号的平均功率谱密度
a 2 Pb ( f ) GT ( f ) TS
2
MASK信号平均功率谱密度的特点是：主瓣宽 度仅与M进制符号速率Rs=1/Ts有关，由于 Rs=Rb/K,所以MASK信号的功率谱主瓣宽度为 2Rs=2Rb/K。
2.MASK信号的正交展开及其矢量表示
MASK信号表示式
DPSK不受恢复载波的相位模糊对相干解调的影 响。
6.3.1 四相移相键控(QPSK) 1.QPSK信号的产生
四相移相键控(QPSK)信号的正弦载波有4个可 能的离散相位状态，每个载波相位携带2个二
进制符号，其信号表示式为
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公式6.3.2
图6.3.2 产生QPSK信号的正交调制原理图
2. QPSK信号的平均功率谱密度
OOK信号的非相干解调
图6.2.9 OOK信号的非相干解调
6.2.2 二进制移频键控(2FSK)
用二进制数字基带信号去控制正弦载波的 载频称为二进制移频键控(2FSK)。此时， 对应于传号与空号的载波频率分别为f1及f2。
1. 相位不连续的2FSK信号
2. 相位连续的2FSK信号
图6.2.16 利用VCO做调频器产生连续相位2FSK信号
图6.2.4 利用带通型匹配滤波器进行解调的最佳接收
带通匹配滤波器的传递函数表示为
ATb jfTb sin c( f f c )Tb sin c( f f c )T e H( f ) 2
条件概率密度函数
图6.2.5 条件概率密度函数p(y|s1)及p(y|s2)
6.3.3 偏移四相移相键控(OQPSK) 1.OQPSK调制
产生OQPSK信号的框图
2.OQPSK信号的平均功率谱密度
OQPSK的功率谱与QPSK的相同。
3.OQPSK的最佳解调及其误比特率
图6.3.13 OQPSK最佳接收框图
OQPSK最佳接收的平均误比特率与QPSK的相同
6.4 M进制数字调制
Y的条件概率密度函数
( y Eb ) 1 p( y | s1 ) exp[ ] N0 Eb N0 Eb
2
( y Eb )2 1 p( y | s2 ) exp[ ] N 0 Eb N0 Eb
图6.2.20 条件概率密度函数 p(y|s1)及p(y|s2)
2PSK最佳接收的平均误比特率为
最佳门限
最佳接收的平均误比特率公式
另一种解调方法：
先按DSB解出b(t)，再按5.3节的方法检测数据
图中的低通滤波器可以换成匹配滤波器
在理想限带及加性白噪 干扰信道条件下的最佳接收
ห้องสมุดไป่ตู้
频带信道的理想现限带特性是指在信道频 带内幅频特性是恒定的、相频特性是线性
相移，但信道的频带
在理想限带及加性白噪干扰信道条件下OOK信号 的最佳频带传输系统：将图5.5.1调制到频带
sFSK (t ) A cos[ct 2 K f
jct b ( ) d ] Re[ v ( t ) e ]
t
复包络
3. 2FSK两个信号波形之间的互相关系数
2FSK中s1(t)与s2(t)两信号波形之间的互相关系数
2FSK的两信号之间的互相关系数是两载频的频率 间隔 (f１-f２=2Δf)的函数。在ρ１２=0时，表示s1(t) 与s2(t)正交，此时的两载频的最小频率间隔为
si (t ) ai gT (t )cos ct i 1, 2,..., M , 0 t Tb
si (t ) si f1 (t ) i 1, 2,..., M
归一化正交基函数为
f i (t ) 2 / Eg gT (t ) cos 2 f ct 0 t Tb
(2) 2FSK信号的非相干解调
FSK信号的非相干解调方案有两个：一是
由鉴频器对它进行解调，常用锁相环作鉴
频器；另一是用包络检波方案.
图6.2.16 2FSK信号的非相干解调
6.2.3 二进制移相键控(2PSK或BPSK)
1.2PSK信号的产生及其功率谱密度
图6.2.17 2PSK信号的产生框图
1.正交矢量空间 正交矢量空间可用下式表示
V vi ei
i 1 N
2.正交信号空间
定义：若信号波形是实信号，两信号波形的互相
关系数为
mk
sm .sk Em . Ek
两信号波形或两信号矢量之间的距离
dkm | sm sk |
3.M进制线性数字调制信号波形的矢量表示
OOK信号： 波形表示式为
一维矢量表示式为
si [si ]
si 2 / Eg ai i 1, 2,..., M
MASK的各信号波形或信号矢量之间的欧氏距离
d min 2 / Eg | m n |
3.MASK的最佳接收及其误码率
在加性白高斯噪声信道条件下，接收信号为
平均误比特率计算公式
Eb 2 Eb 1 Pb erfc( ) Q( ) 2 N0 N0
图6.3.5 QPSK信号的最佳接收框图
（2） 在理想限带及加性白高斯噪声干扰的信道条 件下QPSK最佳接收
最佳平均误比特率计算公式
Eb 2 Eb 1 Pb erfc( ) Q( ) 2 N0 N0
在实际的频带传输系统中，由于信道的频率资