第四节 基带传输系统的性能分析解析
无线通信工程第04讲-基带传输
基带传输系统通常用于短距离通 信，如局域网（LAN）或近距离 无线通信。
数据传输速率较高
由于采用低频信号，基带传输系 统可以实现较高的数据传输速率 ，适用于高速数据传输需求。
抗干扰能力较强
基带信号的频谱成分较为集中 ，对噪声和干扰的抑制能力较
强。
基带传输系统的应用场景
有线网络通信
无线网络通信
基带传输系统在有线电视网络中发挥着重要作用，它能够实现信号的稳定传输、减少噪声干扰、提高 信号覆盖范围和传输质量。此外，基带传输系统还支持多种业务，如电视直播、视频点播、宽带上网 等，为用户提供更加丰富的视听体验。
无线局域网中的基带传输系统
无线局域网中的基带传输系统通常采用WiFi（Wireless Fidelity，无线保真）技术，实现无线数据的传输。基带传输系 统将数据转换为适合无线传输的信号格式，并通过天线发送给 接入点或其他设备。
传输距离与覆盖范围越大，系统 的可用性和实用性越高。
提高传输距离与覆盖范围的方法 包括提高信号功率、采用定向天
线技术等。
05
基带传输系统的实际应用案例
有线电视网络中的基带传输系统
有线电视网络中的基带传输系统通常采用QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制） 技术，将电视信号调制到高频载波上，通过同轴电缆进行传输。这种系统具有较高的信号质量和可靠性， 广泛应用于城市和农村地区的有线电视服务。
信号的功率特性
基带信号的功率特性是指信号的平均 功率和峰值功率。平均功率表示信号 在一段时间内的平均能量，而峰值功 率则表示信号的最大瞬时功率。
信号的功率特性对于信号的传输质量 和接收机的性能具有重要影响。
基带传输
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基带传输的定义在数据通信中，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（1）基带传输基带传输是按照数字信号原有的波形（以脉冲形式）在信道上直接传输，它要求信道具有较宽的通频带。
基带传输不需要调制、解调，设备花费少，适用于较小范围的数据传输。
基带传输时，通常对数字信号进行一定的编码，数据编码常用三种方法：非归零码NRZ、曼彻斯特编码和差动曼彻斯特编码。
后两种编码不含直流分量，包含时钟脉冲，便于双方自同步，因此，得到了广泛的应用。
（2）频带传输频带传输是一种采用调制、解调技术的传输形式。
在发送端，采用调制手段，对数字信号进行某种变换，将代表数据的二进制“1”和“0”，变换成具有一定频带范围的模拟信号，以适应在模拟信道上传输；在接收端，通过解调手段进行相反变换，把模拟的调制信号复原为“1”或“0”。
实验三 数字基带传输系统与性能分析--学生
实验3 数字基带传输系统与性能分析实验报告一、实验目的1、掌握数字基带传输系统的误码率计算；2、熟悉升余弦传输特性的时域响应特征，观察不同信噪比下的眼图。
二、实验内容1、误码率的计算：画出A/σ和误码率之间的性能曲线；2、眼图的生成①基带信号采用矩形脉冲波形（选做）②基带信号采用滚降频谱特性的波形（必做）3、仿真码间干扰对误码率的影响（选做）三、实验步骤及结果1、误码率的计算随机产生610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。
(保存为图3-1) 注意：信噪比单位为dB，计算噪声功率时需要换算。
提示：Snr_A_sigma = 10.^(Snr_A_sigma_dB/20);误码率公式：ber_Theory = 1/2* erfc(sqrt(Snr_A_sigma.^2/2));clear all; clc;A = 1;%´¨ÏßÍ··ñ´ÅN = 10 ^ 6;%Çù»Ù³ÝÇù£¸a=A*sign(randn(1,N));%Òùɬ·Ó°¹Snr_A_sigma_dB = 0:12;%³áζ±Å²Ð0³º12Snr_A_sigma = 10 .^ (Snr_A_sigma_dB/20);%dBת¸¯Ëª³¤²¼³Á±ÅÓ³sigma = A./Snr_A_sigma;%ÑâÆñ³áζber = zeros(size(sigma));%±õǹ¸¯»ÔÒïberfor n = 1 : length(sigma)rk = a + sigma(n) * randn(1, N);%Éí¹ÐÑâÆñdec_a = sign(rk);%º÷ÍÍÂͱðber(n) = length(find(dec_a~=a)) / N;%Ëï¿â¿Ç²àÅâ»ÔÒïberendber_Theory = 1/2* erfc(sqrt(Snr_A_sigma.^2/2));%½í¿×Ëï¿â¿Çsemilogy(Snr_A_sigma_dB, ber, 'b-', Snr_A_sigma_dB, ber_Theory, 'k-*'); grid on;%×Ù×÷±ê˪log(y)xlabel('A/\sigma'); ylabel('ber');%·á×Ù×÷±êÀølegend('ber', 'ber\_Theory');%Ä÷·Ó¾ºÉõÌÛ£¬×¢ÇÊÃÞÀø±Ãtitle(' A/¥Ï·ÊËï¿â¿ÇÓ®¹Þ³ÁÍÑÁØÄòÌÛ');%±êÉÜ2、绘制眼图①设二进制数字基带信号{}1,1n a ∈-，波形()1,00,st T g t ≤<⎧=⎨⎩其他，分别通过带宽为()15/4s B T =和()11/2s B T =两个低通滤波器，画出输出信号的眼图(保存为图3-2)，并画出两个滤波器的频率响应。
第四节 基带传输系统的性能分析解析
发“1”时，收端接收到的信号A+nR(t)的一维概率密度函
数
f1(x)
1
2
exp
(x A)2
2 2
发“0”时，收端接收到的信号-A+nR(t)的一维概率密度函
数
f0(x)
1
2
exp
(x A)2
2 2
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4.4 基带传输系统性能分析
信道误码率公式
f0(x)
f1(x)
x
N
ki Sa[π(t iTb )/Tb ] i 1
其中k1,k2,…,kN是N个抽样函数的加权系数，一般取
±1、0、2，部分响应波形的谱函数为：
G()
Tb
N i 1
kie
j (i 1)Tb
0
| |
Tb
| |
Tb
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4.6.1 部分响应
2．部分响应系统分类
类别 部分响应波形
4.3.2 无码间干扰的传输特性
1. 无码间干扰传输的频域条件
传输特性H(ω)和单位冲激响应h(t)是一对傅氏变换对：
h(t) 1 H ()e jtd
2
当t=kTb时h:(k
Tb
)
1
2
H ()e jkTb d
对上式按照ωb=2π/Tb的长度用分段积分的形式表示为:
h(kTb )
1
2
n
4.3.1 码间干扰及其数学分析
经过上面分析，可以得出当h(t)满足下式时就可以消 除码间干扰
1 k n h[t0 (k n)Tb ] 0 k n
令k-n=k’，因为函数与自变量符号无关，所以把k’记 作k，并设传输时延t0=0得到式 ：
基于滚降系数下的基带传输系统性能分析
基于滚降系数下的基带传输系统性能分析作者：陈世华来源：《中国新通信》2014年第24期【摘要】随着我国社会的不断发展与进步，社会中的各行各业在进行生产和运营时对其所涉及到的通信系统的性能要求也越来越高，在这样的大时代背景下，使得以往传统的通信传输系统的设计方法已经不再能够满足当前通信系统快速发展的需求。
故本文将针对基于滚降系数下的数字基带传输系统的性能以及设计进行总结，继而对其设计后的基于滚降系数下的基带传输系统的性能进行分析，以期为今后的基带传输系统设计提供有效的理论参考依据。
【关键词】滚降系数基带传输系统性能分析前言：在当前所涉及的通信数字传输系统当中，无论是采用正常的基带传输还是通过后期调制后的带通传输，其在进行传输时的传输性能在一定程度上都需要取决于通信数字传输系统接收端在进行判断之前所进行接收的信号波形，但通信数字传输系统的接收端所接受的信号波形又是根据通信传输信息道的特性所决定，故通信数字传输系统的接收端在进行数据判决前的波形信号与通信信息发射机、通信传输信息道以及通信信息传输系统的接收机在判决之前的信息滤波网络有关。
一、数字基带传输系统模型概述目前，在数字通信传输系统中最为常见的就是数字基带传输统，其是由数字通信信息发送滤波、接收信息的传输信息道、信息接收滤波器以及数字通信系统数据抽样判决器所组成。
虽然数字基带传输系统在实际的应用过程中不如频带传输应用的那样广泛，但对其进行研究仍具有十分重要的意义[1]。
首先，因为在数字通信系统中的频带传输当中也会涉及到相关的基带传输的问题，也就是说，在设计数字通信基带传输系统时所涉及到的问题在设计数字通信系统频带传输时也都将面临的到。
其次，随着社会的不断发展以及数字通信技术的不断提高，当前的基带传输系统已经不仅仅只是应用在数字通信的低速信息数据传输过程当中，其同时还将应用于数字通信的高速率传输系统当中。
最后，在进行数字信息传输时，其中任何一个采用线性调制的数字信息频带传输系统，总是可以在经过不同的理念转换之后来等同于数字信息基带传输系统[2]。
4.6节无码间干扰基带传输系统性能的最佳化
−τ )dτ , 0
≤t
≤ Ts
∫ so (t)
=
s(t) ∗ h(t)
=
⎪ ⎨ ⎪
Ts t −Ts
s(τ )h(t
−τ )dτ ,Ts
≤t
≤
2Ts
s(t) r(t)
⎪0,
其他
⎩
∫⎧
⎪
t r(τ )h(t
0
−τ )dτ , 0 ≤ t
≤ Ts
∫ y(t)
=
r(t) ∗ h(t)
=
⎪ ⎨ ⎪
Ts t −Ts
s(t)
, 0 ≤ t ≤ Ts
t0
+
S( f )
噪声ni (t)
H ( f ) = kS * ( f )e− j2π ft0
傅里叶反变换
k =1
h(t) = ks(t0 − t)
该式说明了匹配滤波的冲激响应 h(t)与确定信号波形 s(t) 之间的关系。
8
H ( f ) = S * ( f )e− j2π ft0
r 其中
E为发送信号
o
= 2E 最大值
s(t)n的0 能量
∫ E = ∞ S( f ) 2 df −∞
以上结论说明，在噪声为加性高斯白噪声条件下，匹配 滤波器输出最大信噪比只取决于输入信号波形的能量与 噪声功率谱密度之比，而与输入信号波形的细节无关。
∫= ∞ s2 (t)dt
−∞
7
r(t) = s(t) + ni (t)
t0 t0 = Ts
s(t) = 0,
当t > t0 10
匹配滤波器设计总结
s(t)
S( f )
r(t) = s(t) + ni (t)
现代通信理论第四讲数字信号基带传输
2
(f mf b )
Px ( )
2 Px ( ) f b 2 S a (f )
0
1/
f
码元同步的实现： 1) 基带信号有离散谱－直接提取 2) 基带信号无离散谱－间接提取 单极性归零码有离散谱，可直接提取； 单极性不归零码无离散谱，可将其转换为归零码再进行提取； 双极性码无离散谱，转换为单极性归零码，就可以提取。 谱零点带宽为：
现代通信理论
第 四讲
数字信号的基带传输 及自适应均衡
概述
数字信号的传输方式有两种：基带传输和频带传输 ； 基带传输：不经过调制而直接传送的方式 ； 频带传输：使用调制解调器。
研究基带传输的目的 ： 1) 在频带传输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，基带传输方式也有迅速发展的趋 势。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。
g (t ) 1
G1 ( f ) G2 ( f ) G( f ) Sa ( / 2) Sa (f )
则：
Px ( ) f b p (1 p ) G1 (f ) G2 (f )
m 2
Tb 2 2
0
Tb
2 2
t
f b pG1 (mf b ) (1 p )G2 (mf b )
一、 数字基带传输系统的组成：
信 息 源 基带 码型 编码 信道 信号 形成
信道
数字基带传输系统
人工智能技术将在数字基带传输系统中得到广泛应用，以提高系统的 智能化水平和自适应性。
06
数字基带传输系统的应用 实例
有线电视网络
数字电视信号传输
数字基带传输系统用于将数字电视信号从信号源传输到接收设备， 确保图像和声音的质量和稳定性。
交互式服务
数字基带传输系统支持多种交互式服务，如互联网接入、语音通话 和视频会议等，提供更丰富的媒体内容。
无线宽带接入
数字基带传输系统支持无线宽带接入 服务，如WiFi和WiMAX，提供高速 数据传输和互联网接入。
工业自动化控制系统
1 2 3
传感器数据传输
数字基带传输系统用于将传感器数据从工业现场 传输到控制中心，实现实时监测和控制。
远程控制
数字基带传输系统支持远程控制功能，允许操作 员通过计算机或移动设备对工业设备进行远程操 作。
数字基带传输系统
目 录
• 数字基带传输系统概述 • 数字基带传输系统的组成 • 数字基带传输系统的性能指标 • 数字基带传输系统的关键技术 • 数字基带传输系统的优势与挑战 • 数字基带传输系统的应用实例
01
数字基带传输系统概述
定义与特点
定义
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基带信号的系 统。
噪声和失真影响
在长距离传输中，噪声和失真会对数字信号造成影响，导致误码率的 增加。
同步问题
在多路复用系统中，需要保证各个通道之间的同步，以确保数据的正 确传输。
网络安全问题
随着数字基带传输系统的广泛应用，网络安全问题也日益突出，需要 采取有效的安全措施来保护数据的安全。
未来发展方向
更高速度和更远距离的传输
第4章数字基带信号及其传输
T
B Rb 2
H ( )
1
h(t ) 2B
T
0
T
3T 2T T 0 T 2T 3T t
如果信号经传输后整个波形发生变化，但只要其特定点的抽
样值保持不变，那么用再次抽样的方法，仍然可以准确无误地恢
复原始信码。这就是奈奎斯特第一准则的本质。
h(t)
h(t)
h(t-Tb)
t 0
-Tb
B (1 )RB 2
频带利用率为(1～2) Baud/Hz。可以看出 越大，“尾部”
衰减越快，带宽越宽，频带利用率越低。
几种常用的无码间串扰传输特性
名称和传输特性H(f)
冲击响应h(t)
理想低通
余弦滚降 w1
H(f)
f
0 w1
H(f)
Sa(2W1t) Sa(2W1t)
1/2
2 WC
WC
SaWC (t td )
用代替（t- )
y( )
WC
Sa(WC )
y(τ)
0
τ
2π π
WC
WC
π 2π
WC
WC
Sa(WC ) －采样函数，LPF 输出具有很长的拖尾，幅度逐渐衰 减，有许多零点。第一个零点在 WC 处，以后各零点间
基带信号
H(ω )
x(t)
y(t)
采样 判决
输出
系统的总传输函数： H () H i ()H chH r ()
假定 H ()是个理想低通滤波器（LPF），则：
H ( )
k e jtd 0 ,
,
WC WC
试分析三种基带传输系统性能的优缺点
试分析三种基带传输系统性能的优缺点缺点：
更高的数据延迟：集成结构上，集成式的5G基带是和处理器一体封装的，而外挂式5G基带则是与处理器分成两颗芯片，在集成度上是差于集成基带的。
也正是因为集成基带集成的原因，处理延时上要比外挂基带快不少。
更差的功耗控制：外挂基带毕竟要多一颗芯片，也就意味着要为这个芯片额外供电，也要为这颗芯片进行散热控制。
占用更多的空间：外挂基带外挂基带，就是在一个外挂上，势必要占用更多的空间，就会挤压原本属于电池其他模组的空间。
更贵的价格：物料成本增加，会造成消费者承担更多的费用。
优点：
更高的性能：从目前推出的5G平台来看，采用外挂基带设计的5G平台普遍有比较高的性能释放。
更好的散热设计：因为采取外挂的原因，更方便厂商进行散热设计。
支持更全面的网络制式：为什么高通会采用外挂的形式，是因为目前的技术而已，还无法把支持所有5G频段的5G基带集成于芯片当中，主要是毫米波。
但对于国内用户来讲，缺少毫米波频段并无大碍。
集成基带势必是未来的趋势。
现在高通走回头路，也只是为了满足美俄两国的毫米波需求。
消费者也不会允许厂家拿自己的钱开玩
笑。
骁龙865用户有反应信号问题，现在看来，苹果极大可能是因为外挂基带问题导致的信号不好。
总而言之，目前推出的5G平台，在高性能、低功耗、小体积上都只能三选二，考虑未来移动手机的轻薄携带性，未来集成基带必然是趋势。
基带传输系统实验报告
基带传输系统实验报告基带传输系统实验报告引言在现代通信领域，基带传输系统扮演着至关重要的角色。
它是将数字信号转换为模拟信号并进行传输的关键技术。
本实验旨在通过设计和实现一个基带传输系统，深入了解其原理和性能。
一、实验背景基带传输系统是一种数字通信系统，它将数字信号直接传输到信道中，而不需要进行调制。
这种传输方式可以减少传输过程中的信号失真，提高系统的可靠性和性能。
在本实验中，我们将使用MATLAB软件来模拟和分析基带传输系统。
二、系统设计1. 信号生成首先，我们需要生成一个数字信号作为输入。
可以选择不同的信号源，如正弦信号、方波信号或随机信号。
在本实验中，我们选择了正弦信号作为输入信号。
2. 信号调制接下来，我们需要将生成的数字信号调制为模拟信号。
调制的方式有很多种，如幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。
在本实验中，我们选择了幅度调制。
3. 信号传输经过调制后的信号需要通过信道进行传输。
信道可以是有线传输介质，如电缆或光纤，也可以是无线传输介质，如无线电波。
在本实验中，我们使用MATLAB提供的信道模型进行模拟传输。
4. 信号解调接收端需要对传输过来的信号进行解调，将模拟信号转换为数字信号。
解调的方式与调制方式相对应。
在本实验中，我们使用幅度解调器对信号进行解调。
5. 信号恢复最后，我们需要对解调后的信号进行恢复，使其与原始输入信号尽可能接近。
这个过程通常包括滤波和采样。
在本实验中，我们使用低通滤波器对信号进行滤波，然后进行采样。
三、实验结果与分析通过实验，我们得到了基带传输系统的模拟结果。
通过对系统性能的分析，我们可以评估系统的可靠性和性能指标，如信噪比、误码率等。
1. 信号波形通过绘制输入信号、调制后的信号、传输后的信号和解调后的信号的波形图，我们可以直观地了解信号在各个环节中的变化情况。
波形图可以帮助我们判断系统是否存在信号失真或噪声干扰。
2. 信号频谱通过绘制输入信号、调制后的信号、传输后的信号和解调后的信号的频谱图，我们可以了解信号在频域上的特征。
数字基带传输系统仿真及性能分析
数字基带传输系统仿真及性能分析(总32页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除通信系统综合训练题目：数字基带传输系统仿真及性能分析—HDB3及循环码学院：大数据与信息工程学院专业：通信工程班级：通信学号：学生姓名：指导教师：2014 年 7 月 6 日摘要数字信号的基带传输是通信系统中的一个重要环节，对基带传输研究的意义在于现代通信系统中广义上的任一线性调制的频带传输系统均可等效为基带传输系统，即数字基带传输中本就包含了频带传输的一些基本问题。
同时，就数字基带传输自身而言，随着数字通信技术的发展也被越来越多的应用。
在基带传输理论学习过程中涉及到的信道编码、传输信道特性、接收滤波、抽样判决等环节存在较为抽象不易理解的问题，如果不经过实践环节，这些抽象的计算和变换难以较快的掌握。
MATLAB是一款功能强大的工程技术数值运算跨平台语言，利用它的通信工具箱和可视化仿真模型库Simulink可有效实现通信系统的仿真。
Simulink可对动态系统进行建模、仿真并对仿真结果进行分析，其可视化建模的特点尤其适合于通信系统仿真等工作。
关键词：数字基带传输系统；HDB3；循环码前言随着通信系统的规模和复杂度不断增加，传统的设计方法已经不能适应发展传的需要，通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视。
传统的通信仿真技术主要分为手工分析与电路试验2种，但耗时长方法比较繁杂，而通信系统的计算机模拟仿真技术是介于上述2种方法的一种系统设计方法，它可以让用户在很短的时间内建立整个通信系统模型，并对其进行模拟仿真]2[。
数字信号的传输方式按其在传输中对应的信号的不同可分为数字基带传输系统和数字频带传输系统。
不使用调制和解调而直接传输数字基带信号的系统称为数字基带传输系统。
虽然在实际使用的数字通信系统中基带传输不如频带传输那样广泛，但是，对于基带传输系统的研究仍然是十分有意义的。
《数字基带传输系统 》课件
误码率越低，表示数字基带传输系统的传输可靠性越高，传输质量越好。在实际应用中 ，通常使用不同的误码率标准来评估数字基带传输系统的性能，如无误码、无误码、低
误码等。
频谱利用率
要点一
总结词
频谱利用率是衡量数字基带传输系统频谱效率的重要指标 ，它表示在单位频谱带宽内传输的二进制位数。
要点二
详细描述
02 数字基带传输系统的基本原理
信号的调制与解调
调制
将低频信号转换为高频信号的过程， 以便于传输。调制方法包括调频、调 相和调幅等。
解调
将调制后的高频信号还原为原始的低 频信号。解调方法与调制方法相对应 ，包括相干解调和非相干解调等。
信号的同步技术
载波同步
使接收端的载波频率与发送端的载波频率一致， 以便正确解调信号。
频谱利用率越高，数字基带传输系统的频谱效率越高，能 够在有限的频谱资源内传输更多的信息。提高频谱利用率 是数字基带传输系统的重要研究方向之一，可以通过采用 先进的调制技术、多载波技术等方法来实现。
抗干扰能力
总结词
抗干扰能力是衡量数字基带传输系统在 存在噪声和干扰情况下传输性能的重要 指标。
VS
详细描述
将信息码元连续编码，形成卷积码序列，具有较 强的纠错能力。
扩频通信技术
直接序列扩频
将信息信号与扩频码进 行调制，实现频谱的扩 展。
跳频扩频
通过不断改变载波频率 实现频谱的扩展。
பைடு நூலகம்混合扩频
结合直接序列扩频和跳 频扩频的特点，实现频 谱的扩展。
04 数字基带传输系统的性能指标
传输速率
总结词
传输速率是衡量数字基带传输系统性能的重要指标之一，它表示单位时间内传输的二进制位数。
基带传输系统的极限传输速率
基带传输系统的极限传输速率一、引言在数字通信中，基带传输系统是用来传输未经调制的数字信号的系统。
这些信号可以是各种不同来源的数据，如计算机产生的数据、音频信号或视频信号。
基带传输系统的极限传输速率是衡量其性能的重要参数，它决定了系统能够有效地传输数据的速度。
本文将深入探讨基带传输系统的极限传输速率，并分析影响其速率的关键因素。
二、基带传输系统的基本原理基带传输系统通常包括信号源、发送滤波器、信道、接收滤波器和接收器等部分。
在发送端，原始的数字信号经过编码和调制后，通过发送滤波器将信号转换为适合信道传输的信号形式。
在接收端，接收滤波器接收到信号后，经过解码和解调处理，恢复出原始的数字信号。
三、极限传输速率的计算基带传输系统的极限传输速率是指在理想情况下，系统能够无错误地传输数据的最大速率。
这个速率的计算通常基于信道的带宽和信噪比（SNR）。
在香农定理中，给出了在加性白高斯噪声（AWGN）信道下，基带系统的极限传输速率公式为：C = W log2(1 + SNR) bps其中，C 是极限传输速率，W 是信道带宽，SNR 是信噪比，b 是比特，p 是噪声功率，s 是信号功率。
四、影响极限传输速率的因素1. 信道带宽：信道带宽决定了信号的频谱范围。
在一定带宽下，信息传输速率受限于可用频谱。
更宽的带宽意味着更高的信息传输速率。
2. 信噪比：信噪比反映了信号功率与噪声功率的比值。
在低信噪比条件下，系统容易受到噪声干扰，导致误码率增加，降低信息传输速率。
提高信噪比可以提高信息传输速率。
3. 信号质量：信号质量直接影响到信息的可读性和准确性。
信号质量差会导致接收端无法准确解码信息，从而降低信息传输速率。
因此，提高信号质量可以提高信息传输速率。
4. 编码方式：不同的编码方式对信息传输速率有不同的影响。
高效的编码方式可以在保证信息准确性的同时，尽可能地提高信息传输速率。
因此，选择合适的编码方式可以提高信息传输速率。
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4.3.1 码间干扰及其数学分析
假设信道噪声为加性噪声记作n(t),经过系统传输后输出
为nR(t),则 y(t) d (t) h(t) nR (t)
h(t) an (t nTb ) nR (t)
n
anh(t nTb ) nR (t)
n
如果对第k个码元抽样，抽样时刻为t0+kTb，则所得的样
第一项对应第k个码元的样值
第三项nR(t0+kTb)是抽样时刻噪声的样值 第二项是其它码元在第k个码元抽样时刻的样值，即码
间干扰
通过设计h(t)的波形（即设计系统的传输特性H(ω)）可以 实现无码间干扰的传输，典型波形如下图所示
h(t)
h(t)
t t0 t0+Tb
t
t0
t0+Tb t0+2Tb
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值是： y(t0 kTb ) anh[t0 (k n)Tb ] nR (t0 kTb ) n
改写上式，得：
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4.3.1 码间干扰及其数学分析
y(t0 kTb ) ak h(t0 )
anh[t0 (k n)Tb ] nR (t0 kTb )
n,n k
2
2 / Tb
h(t)
1 Tb
sin(t / Tb ) t / Tb
fbS a(t / Tb )
t -2Tb -Tb 0 Tb 2Tb
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4.3.2 无码间干扰的传输特性
奈奎斯特第一准则 ——当系统的传输特性在奈氏带宽内是理想低通特性时， 若发送端以其截至频率两倍的速率传输信号，接收端仍以 间隔Tb在码元峰值处抽样就可以消除码间干扰，此时可以 得到最大的频带利用率2Baud/Hz
nb
b
/
2
H
()e
jkTb
d
nb b / 2
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4.3.2 无码间干扰的传输特性
用Hn(ω)表示第n个区间内的H(ω) 则 :
h(kTb )
1
2
n
H ()e d nb b / 2
nb b / 2 n
jkTb
令ω’=ω-nωb，则ω=ω’+nωb，dω=dω’，所以:
h(kTb )
-π /Tb 0 π /Tb
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4.3.2 无码间干扰的传输特性
2．理想低通传输特性
当系统的传输特性在奈氏带宽内就是理想低通特性
H(ω)
ω -π /Tb 0 π /Tb
c
H () Heq() 0
| | / Tb | | / Tb
此时系统的单位冲激响应为
h(t) 1 H ()e jtd 1 /Tb e jtd
n
若Heq(ω)满足理想传输特性，即
H
eq
(
)
c
| | / Tb
0 | | / Tb
此时系统的冲激响应满足无码间干扰的时域条件，可实
现无码间干扰的传输
奈奎斯特带宽
fN =π/Tb(rad/s)=(π/Tb)/2π(HZ)=1/2Tb(HZ)
=fb/2(Hz)
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4.3.2 无码间干扰的传输特性
4.3.1 码间干扰及其数学分析
基带传输系统的简化模型
s(t) 理想抽样 d(t) H(ω) y(t) 抽样判决
(t nTb )
n
噪声
位同步脉冲
其中， H(ω)= GS (ω) GC (ω) GR (ω)
d (t) an (t nTb )
n
只需要对H(ω)作合理设计，在抽样判决器前就可以得到理
4.3.1 码间干扰及其数学分析
经过上面分析，可以得出当h(t)满足下式时就可以消 除码间干扰
1 k n h[t0 (k n)Tb ] 0 k n
令k-n=k’，因为函数与自变量符号无关，所以把k’记 作k，并设传输时延t0=0得到式 ：
1 k 0 h(kTb ) 0 k 0
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4.3.2 无码间干扰的传输特性
1. 无码间干扰传输的频域条件
传输特性H(ω)和单位冲激响应h(t)是一对傅氏变换对：
h(t) 1 H ()e jtd
2
当t=kTb时h:(k
Tb
)
1
2
H ()e jkTb d
对上式按照ωb=2π/Tb的长度用分段积分的形式表示为:
h(kTb )
1
2
n
-2ωN
-ωN
0
ω
ωN
2ωN
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4.3.2 无码间干扰的传输特性
冲激响应
h(t
)
Sa(
t
/
Tb
)
1
cos(t / Tb ) 4 2t 2 2 / Tb2
例如三角传输特性
H(ω) 1
H-1(ω)
1/2
H0(ω)
-3π /Tb -2π /Tb -π /Tb
0
π /Tb
H1(ω) ω
2π /Tb 3π /Tb
H-1(ω-2π /Tb)
1/2 ω
0 π /Tb
-π /Tb
H1(ω+2π /Tb)
H0(ω) 1
1/2
1/2
ω
0
-π /Tb 0
ω π /Tb
Heq(ω) 1
可以产生滚降
α=ωr /ωN为滚降系数，0≤α≤1，α=0时，就是理想低通特 性
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4.3.2 无码间干扰的传输特性
升余
1
sin
Tb
2
N
0
H(ω) 1
| | N (1 ) (1 )N | | (1 )N
| | (1 )N
α= 1 α= 0.5 α= 0
1
2
n
b
/
b
2 /2
H
n
(
'
nb
)e
j
'
k
Tb
e
j
2
nk
d
'
1
2
b / 2 b / 2
Hn
n
(
nb
)e
jkTb
d
1
2
H ( )e d b /2
b / 2 eq
jkTb
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4.3.2 无码间干扰的传输特性
基带传输系统的等效传输特性
Heq() Hn ( nb )
4.3.2 无码间干扰的传输特性
奈奎斯特第一准则
a0
a1
a2
a3
… t
0
Tb
2Tb
3Tb
4Tb
5Tb
位同步 脉冲
Tb
…
t
——传输速率为RB=1/Tb=fb Baud，信道带宽为B=fb/2 Hz， 所以频带利用率r=RB/B=2 Baud/Hz 。
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4.3.2 无码间干扰的传输特性
3．实用传输特性 滚降特性
H(ω) 1
H1(ω) 0.5
H(ω) 1
-ωN
ωN
ω -ωN-ωr -ωN+ωr ωN-ωr
-ωN
ωN
图中ωN=π/Tb，是奈氏带宽
ω ωN+ωr
-ωN-ωr
0.5
ω -ωN+ωr ωN-ωr ωN ωN+ωr
只要H1(ω)正负频域部分分别关于(ωN, 0)和(-ωN, 0)对称就