第5章 数字信号基带传输
数字信号的基带传输
B 2
H(ω)
0 -
ω0
0
B 2
ω
（a）低通滤波器
（b）带通滤波器
A H ( ) 0
0 B other
A H ( ) 0
B B 0 0 2 2 other
15
无失真系统是否为线性系统？
（1）是否具有齐次性？
幅度。
(4) 时隙（Slot）：一个时隙一个数据位逐个进行。 码元
5
基本概念
二、基带传输与频带传输
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。
基带传输：将数字基带信号通过基带信道(传递函数为低通型)传
输 —— 信号频谱不搬移，直接传送。
同轴电缆，双绞线 频带信号：数字基带信号经正弦波调制的带通信号 频带传输：将数字带通信号通过带通信道传输
振幅失真：
是信号各个频率分量的振幅值随频率发生了不同变化。
由传输设备和线路引起的衰损造成的
延迟失真：
是信号各频率分量的传播速度不一致所造成的失真。
12
基本概念
三、信号通过系统 3、无失真系统
如果信号通过系统后各个频率分量的振幅和延迟改变 都是相同的，则称信号不失真。能够使信号不失真的系 统称为不失真系统。
假定通过系统前的信号为X(t)，通过系统后的信号为Y(t)，
不失真系统只能导致信号如下改变：
Y (t ) kX (t t 0 )
13
系统对信号的作用如下：
输入信号
系统
输出信号
Y ( ) X ( ) H ( )
不失真系统信号输出：
X(t )
h(t )
第5章数字信号的基带传输
第5章 数字信号的基带传输习题解答1． 解：单极性归零码（半占空）波形图：双极性全占空码波形图：用全占空矩形表示的AMI 码波形图：在HDB 3码的编码时，由于第一位信息位可采用“+1”或“-1”，第一个特殊序列可采用“100V ”或“000V ”，所有同一信息序列的HDB 3码有四种形式。
（1）第一个特殊序列选用“100V ”，第一位信息采用“+1” 原信息序列：1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1破坏长连零：1 0 0 1 1 1 0 0 V 0 1 1 1 0 0 V 0 1 0 1 标上极性： +1 0 0 -1 +1 -1 0 0 -V 0 +1 -1 +1 0 0 +V 0 -1 0 +1 采用全占空矩形的波形图如下：（2）第一个特殊序列选用“100V ”，第一位信息采用“-1” 原信息序列：1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1破坏长连零：1 0 0 1 1 1 0 0 V 0 1 1 1 0 0 V 0 1 0 1 标上极性： -1 0 0 +1 -1 +1 0 0 +V 0 -1 +1 -1 0 0 -V 0 +1 0 -1 采用全占空矩形的波形图如下：0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1（3）第一个特殊序列采用“000V ”，第一位信息采用“+1” 原信息序列：1 0 0 11 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1破坏长连零：1 0 0 1 1 0 0 0 V 0 1 1 1 0 0 V 0 1 0 1 标上极性： +1 0 0 -1 +1 0 0 0 +V 0 -1 +1 -1 0 0 -V 0 +1 0 -1 采用全占空矩形的波形图如下：（4）第一个特殊序列采用“000V ”，第一信息采用“-1” 原信息序列：1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1破坏长连零：1 0 0 1 1 0 0 0 V 0 1 1 1 0 0 V 0 1 0 1 标上极性： -1 0 0 +1 -1 0 0 0 -V 0 +1 -1 +1 0 0 +V 0 -1 0 +1 采用全占空矩形的波形图如下：2． 解：上述波形图中有三处出现相邻脉冲同极性，两个同极性的脉冲中后一个脉冲是破坏脉冲“V ”，此破坏脉冲与其前面的三位脉冲组成一个特殊序列，此特殊序可能是“000V ”，也可能是“100V ”。
数字基带信号
数字信号基带传输
3. 双极性不归零信号 双极性是指用正、负两个极性来表示数据信号的“1”或“0”；在“1”和
“0”等概率出现的情况下双极性序列中不含有直流分量，对传输信道的直 流特性没有要求；如图4.1(c)所示。 4. 双极性归零信号
“1”码和“0”码在一个码元周期Tb内，高电位只维持一段时间就返回零 位；如图4.1(d)所示。这种波形的每一个码元最后都要回到零电位。由于 正负极性均归零，所以包含有比单极性归零波形更多的同步信息，无论是 连续的1还是连续的0，均可以方便地在接收端识别出来。 5. 伪三元信号
AMI码对应的基带信号是正负极性交替的脉冲序列，而0电位持不变的规律。 AMI码的优点是，由于+1与-1 交替， AMI码的功率谱中不含直流成分，高、低频 分量少，能量集中在频率为1/2码速处。此外，AMI码的编译码电路简单，便于利 用传号极性交替规律观察误码情况。鉴于这些优点，AMI码是CCITT建议采用的 传输码性之一。
AMI码的不足是，当原信码出现连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成 提取定时信号的困难。解决连“0”码问题的有效方法之一是采用HDB3码。
2. HDB3码 HDB3码的全称是3阶高密度双极性码，它是AMI码的一种改进型， 其目的是为
了保持AMI码的优点而克服其缺点， 使连“0”个数不超过3个。其编码规则如下：
数字信号基带传输
图4.1 常用数字序列电信号形式
数字信号基带传输
1.2 数字基带信号的常用码型
在实际的基带传输系统中，并不是所有代码的电波形都能在信道中传输。 例如，前面介绍的含有直流分量和较丰富低频分量的单极性基带波形就不适 宜在低频传输特性差的信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。又如， 当消息代码中包含长串的连续“1”或“0”符号时，非归零波形呈现出连续的固 定电平，因而无法获取定时信息。单极性归零码在传送连“0”时，存在同样 的问题。因此，对传输用的基带信号主要有下面几个方面的要求： (1) 线路传输码型的频谱应不含直流分量； (2)便于从线路内传输码型中提取定时信息； (3)线路传输码型具有一定的检错能力； (4)尽量减少基带信号频谱中的高频分量，以节省传输频带并减少串扰； (5)编码效率高。
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。
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）。
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20
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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
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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（ ）。
第5章数字信号的基带传输
(5.2 - 23)
Pu
(
f
)
lim
N
(2N
1)P(1 P) G1( f (2N 1)Ts
)
G2
(
f
)
2
fs P(1 P) G1( f ) G2 ( f ) 2
(5.2 - 24)
交变波的的功率谱Pu(f)是连续谱，它与g1(t)和g2(t)的 频谱以及出现概率P有关。根据连续谱可以确定随机
抽样判决器
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。而用来 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。
(a)基带信号； (b)码型变换后； (c) 对 (a) 进 行 了 码 型 及波形的变换，适合 在信道中传输的波形；
m
fs )
(5.2 - 28)
(1) g(t)为单极性不归零矩形脉冲
g
(t)
1,
0,
t Ts 2
其它
G(
f
)
Ts
s
in
f
f Ts Ts
Ts Sa(
f
Ts )
m 有直流分量
m 0 : G(m fs ) TsSa(m ) 0 离散谱均为零，因而无定时信号。
g2(t＋ 4Ts) g1(t＋ 3Ts) g1(t＋ 2Ts) g2(t＋Ts)
g (t) g1 (t)
g2(t－ 2Ts)
g2(t－Ts)
(a)
－Ts O Ts
t
2
2
v(t)
(b)
－Ts －Ts O Ts Ts
通信原理第5章数字信号的基带传输
影响因素
带宽效率受到多种因素的影响， 包括信号的频谱特性、传输通道
的带宽限制、多径干扰等。
提高方法
为了提高带宽效率，可以采用高 阶调制技术、多载波调制技术、 高效编码技术等措施，以提高数 字信号的传输速率和带宽利用率。
05 基带传输的未来发展与挑 战
高频谱效率的基带传输技术
高级编码调制技术
简化的信号处理算法
研究和发展简化的信号处理算法，降低基带传输的复杂度，提高 实时性和能效。
低复杂度调制解调技术
采用低复杂度的调制解调技术，如QPSK、16-QAM等，降低实现 难度和功耗。
硬件加速技术
利用硬件加速技术，如FPGA和ASIC，实现高速数字信号处理，降 低计算复杂度。
基带传输在物联网中的应用与挑战
基带传输的应用场景
有线局域网
基带传输在有线局域网中广泛应用， 如以太网（Ethernet）。
光纤通信
在光纤通信中，基带传输常用于短距 离、高速率的信号传输。
无线局域网（WLAN）
WLAN中的信号传输通常采用基带传 输方式。
数字电视信号传输
数字电视信号通常采用基带传输方式， 通过同轴电缆或光纤进行传输。
04 基带传输的性能指标
误码率
01
02
03
误码率
是指在传输过程中，错误 接收的码元与总传输码元 的比值，是衡量数字通信 系统可靠性的重要指标。
影响因素
误码率受到多种因素的影 响，包括信噪比、信号的 频谱特性、传输通道的畸 变、多径干扰等。
降低方法
为了降低误码率，可以采 用差分编码、信道编码、 均衡技术等措施，以提高 数字信号的抗干扰能力。
信噪比
信噪比
通信原理答案5
第五章 数字基带传输系统第六章\设随机二进制序列中的0和1分别由g （t ）和-g （t ）组成，它们的出现概率分别为P 及（1-P ）：求其功率谱密度及功率；解：（1）随机二进制序列的双边功率谱密度为P s (ω)=f s P(1-P)|G 1(f)-G 2(f)|2 + ∑|f s [PG 1(mf s ) + (1-P)G 2(mf s )]|2δ(f- mf s ) 由g 1(t)=-g 2(t)=g(t)得P s (ω)=4f s P(1-P)G 2(f) + f s (1-2P)2∑|G(mf s )|2δ(f- mf s )式中，G(f)是g （t ）的频谱函数，在功率谱密度P s (ω)中，第一部分是其连续谱部分，第二部分是其离散成分。
随机二进制序列的功率为 S=1/2л∫P s (ω)d ω=4f s P(1-P)∫G 2(f)df + ∑|f s (1-2P) G(mf s )|2∫δ(f- mf s )df =4f s P(1-P)∫G 2(f)df + f s P(1-P)2∑|G(mf s )|2 (2)当基带脉冲波形g(t)为⎪⎩⎪⎨⎧≤=t T t t g s 其他,02||,1)(g(t)的傅立叶变换G(f)为s ssfT fT T f G ππsin )(=因为0sin )(==ss ss sT f T f T f G ππ由题（1）中的结果知，此时的离散分量为0。
（3）⎪⎩⎪⎨⎧≤=t T t t g s 其他,04||,1)(g （t ）的傅立叶变换G （f ）为2/2/sin 2)(≠==πππss s s s s T T f T f T f G所以该二进制序列存在离散分量s sT f 1=1. 设某二进制数字基带信号的基本脉冲为三角形脉冲，如图所示。
图中s T 为码元间隔，数字信号“1”和“0”分别用g(t)的有无表示，且“1”和“0”出现的概率相等：（1） 求该数字基带信号的功率谱密度，并画出功率谱密度图；（2）能否从该数字基带信中提取码元同步所需的频率ss T f 1=的分量，若能，式计算该分量的功率。
《数字信号基带传输》课件
采样
将连续时间信号转换为离散时间序列。
编码
将量化信号编码为数字产生
基带信号可通过数学函数、数字信号处理等方法生 成。
描述
基带信号可以使用时域波形、频谱图、功率谱密度 等方式进行描述。
传输中的基带噪声和失真
1 噪声
传输过程中的噪声会引起信号的质量下降和误码率的增加。
《数字信号基带传输》 PPT课件
数字信号基带传输是将数字信号直接传输至接收端的一种通信方式。本课程 将探讨其原理、应用场景、噪声和失真、调制技术等内容。
什么是数字信号基带传输？
数字信号基带传输是将数字信号的原始形式直接传输至接收端，不进行模拟 信号的调制过程，具有高带宽利用率和抗干扰能力强的特点。
调相（PM）
将数字信息调制至载波的相位。
链路预算和误码率分析
链路预算
计算信号在传输中所能承受的衰减、噪声等因素。
误码率分析
评估信号在传输中的错误概率，确定合适的编码和 调制方案。
2 失真
信号在传输过程中可能遭受幅度、相位、频率等方面的失真。
信道编码技术
前向纠错编码
通过添加冗余来提高抗噪声和纠错能力，如海明码、RS码。
调制编码
将数字信息直接映射到模拟载波上，如PSK、QAM。
调制技术和调制方法
调幅（AM）
将数字信息调制至载波的振幅。
调频（FM）
将数字信息调制至载波的频率。
数字信号基带传输的应用场景
LAN网络
基带传输常用于局域网 （LAN）中，例如以太网。
数字音视频
基带传输可用于将数字音视 频信号传输至显示屏、音响 设备等。
计算机数据传输
基带传输可用于计算机之间 的数据传输，如USB、HDMI 接口。
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。
数字信号的基带传输.
习题集第五章数字信号的基带传输5-1 已知信息代码为110010110，试画出单极性不归零码、双极性不归零码、单极性归零码、差分码、双相码、CMI码和密勒码。
5-2已知信息代码为11000011000011，试画出其相应的差分码(参考码元为高电平)，AMI码和HDB3码。
解:5-3 已知二元信息代码为0110100001001100001分别画出AMI码和HDB3码。
5-4 设基带传输总特性H(ω)分别如题5-4所示，若要求以 波特的速率进行 数据传输,试检验各种H(ω)是否满足消除抽样点上码间串扰的条件?题5-4图解：（1）根据奈奎斯特定理，本系统适于传送 速率的信号，而待传的信号码元速率为2/T S 波特。
即R S <2/T S ，故不能满足消除码间串扰条件。
（2）本系统适宜传输R B =W C /π=3/T S速率的信号。
即RR >2/T S ，故此系统也不能消除码间串扰 （3）本系统适宜传输R B =W C /π 其中故 故此系统满足奈奎斯特定理，能消除码间串扰。
（4）本系统的 即R B <2/T S ,故此系统不能消除码间串扰。
(b)(a)(d)(c)ss c B T T w f R 1/2==<==πππSS C T T W ππ22/4==s s B T T R 2/2==ππss c T T w ππ==2/2ss B T T R 1/==ππ5-5 某一具有升余弦传输特性α=1的无码间串扰传输系统，试求: (1)该系统的最高无码间串扰的码元传输速率为多少?频带利用率为多少? (2)若输入信号由单位冲激函数改为宽度为T 的不归零脉冲,要保持输出波形不变,试求这时的传输特性表达式。
(3)若升余弦特性α=0.25；α=0.5时，试求传输PCM30/32路的数字电话(数码率为2048Kb/s)所需要的最小带宽?解：（1）若此系统的带宽为B 时 则其频带利用率为R B =1波特/H Z（2）只要系统的传函满足奈奎斯特带宽的要求冲激序列和脉冲宽度为T 的序列都能满足传输信号的要求。
04奈奎斯特三准则
马尔可夫信源
转移矩阵中每一行元素之和等于1
∑P
j =1
N
ij
S(t) =
∑a g(t − nT ) 是基带
∞
自相关函数
数字基带信号的自相关函数为
Rs (t +τ , t ) =
n=−∞ m=−∞
∑ ∑R(m− n)g(t +τ − mT )g(t − nT ) = R (t ,t ) = R (t,τ )
s s s 1 2 s
∞
∞
对于 Rs (t1, t2 ) 这种自相关函数是以 Ts 为周 期的周期函数。它满足：
5.1.2 一般情况下随机序列功率谱
上面讨论的数字基带信号中各码元波形相同而 取值不同的情况，对于有些情况，数字基带信 号各码元所取的波形不同。 数字信号：S(t) = ∑Sn (t − nTs )
n=∞ ∞
而对于 Sn (t − nTs ) 有n种不同的信号元（波 形）。 , 也就是说 Sn (t) ∈{gi (t); i =1 2,…, n}
数字信号的传输
通信的任务是准确迅速地传递信息。 信源信号经过信源编码之后成为离散的 二进制数字信号。我们用一些离散的波 形来代替这些数字信号。这些离散的信 号可以直接进行传输，或者调制到载波 上进行传输。这样就形成了两种最基本 的数字信号的传输方式：基带传输和频 带传输。
数字信号传输的基本方式
基带传输
离散谱分量
– 除了上面讲到的连续谱分量，还存在着离散
数字信号的基带传输
mB1C码
mB1C码是在m个信息码后插入一个C码，C码是其前I 位信息码的反码，实用的I=1或2。优点是最长的连码 数是m个，保证定时信号不会消失，缺点是0，1不平 衡，仍要先行扰码。
mB1H码
mB1H是在m个信息码后插入一个H码。H码作内务用， 包括帧同步码、奇偶校验码、联络电话用码。这种码 的最大连码数为10个，保证有足够的定时分量。通过 检测C比特可实现不中断业务的误码检测。通过插入 比特，可以使监测、公务联络、区间通信等辅助信号 和主信道信息一起传输。
回波抵消的原理
话路中的二/四线转换通常是由差分线圈来实现的，由 于差分线圈的不理想，对端衰减不能做到无穷大，这 样从本端发出的信号经本端差分线圈又被本端所接收， 构成了近端回波干扰。 在信道远端可能有多个二/四个转换器，由于同样的愿 意，对本端信号形成反射，构成远端回波。 由于远端回波远小于近端回波，故只考虑近端回波。 回波抵消器的作用就是模拟回波信道的特性，使其输 出端重建近端回波。用重建的回波信号去抵消信道产 生的回波，从而提高有用信号的相对强度。 实现回波抵消器的方法很多种，现在最常用的是采用 自适应滤波器来模拟回波信道，实现回波的重建。回 波抵消器估值的准确性将直接影响回波抵消的效果。
CMI码 一种1B2B码，用00或11表示输入码的传号1，用01表示二元码的 空号0。CMI码有双相码的优点，且不怕信道相位反转。 DMI码 也是一种1B2B码， mBnB码 m个二元码按一定规则变换为n个二元码， m<n。适当地选取m，n值，可减小线路传输速率的增高比例。 特性： (1)最长的连1和连0数为5。 (2)在0，1概率相等的独立随机码输入下，有0，1过渡的概率为0.59。 (3)运行数字和变化为7。 (4)平均误码繁殖为1.41 (5)可根据运行数字和是否超出范围来实现不中断通信的误码监测。
数字基带传输概述
低功耗化
随着物联网、智能家居等应用的普及， 对于设备的续航能力要求越来越高， 未来数字基带传输将致力于降低功耗， 延长设备使用寿命。
网络融合
未来数字基带传输将与无线网络、光 网络等技术进一步融合，形成更加高 效、智能的网络传输体系。
THANKS
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总结词
随着无线通信和有线通信的不断发展，无线与有线数字基带传输的融合技术成为新的发 展趋势。
详细描述
为了充分发挥无线通信和有线通信的优势，研究者开始研究无线与有线数字基带传输的 融合技术，如无线与有线的联合传输、无线与有线网络的协同优化等，以提高传输性能，
满足用户多样化的需求。
06
结论
数字基带传输的重要性和优势
噪声
指在传输过程中随机叠加在信号上 的任何不需要的信号，分为加性白 噪声和乘性噪声两类。
干扰
指由于其他信号或电磁波的干扰而 引起的信号失真或误码，分为同频 干扰、邻频干扰和互调干扰等类型。
03
数字基带传输的信号处理技术
信号调制解调技术
1 2
调频（FM） 通过改变信号的频率来传递信息，具有抗干扰能 力强、传输距离远的优点，但带宽利用率较低。
传输距离较近
由于基带信号的频谱能量主要集中在较低的频率范围，因此其传输距离 通常较近。为了实现较远距离的传输，通常需要采用中继转发的方式。
03
带宽利用率高
数字基带传输可以利用高效的信号编码和调制技术，如多进制调制、脉
冲整形等，提高信道带宽的利用率，实现高速率的数据传输。
数字基带传输的应用场景
有线通信系统
功率效率
总结词
功率效率是指在传输一定数据量时所消耗的能量，是评价数字基带传输系统能效的重要指标。
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第5章数字信号基带传输知识点：(1) 信号设计——码型、波形是数字编码传输的基础；(2) 随机数字波形序列的功率谱特性；(3) 数字基带信号传输系统构成及其主要知识；(4) 消除符号间干扰理论——Nyquist准则基本原理及实施技术；(5) 均衡的基本概念。
知识点层次：(1) 掌握主要码型如双极性不归零码、AMI、差分码等构成特点，理解其他码型特征；(2) 理解功率谱构成特征，掌握决定功率谱的主要参量；(3) 掌握奈氏第一准则及有关参数、关系，理解第二准则基本思想；(4) 了解均衡目的及主要做法；(5) 掌握并理解各典型例题及简答填空内容。
第五章数字信号基带传输返回本章讨论了三个问题：（1）发送信号的码型与波形选择及其功率谱特征；（2）符号间干扰及奈奎斯特准则——关于ISI的产生机理与消除ISI的基本原理；（3）作为消除ISI及其它噪声、干扰影响，进行的接收波形均衡，以及直观评价接收效果的方法（眼图）。
现分别总结如下：1.数字基带信号码型与波形设计（选择），首先应适于通信传输的基本要求，尽可能保证较高的可靠性及带宽利用率。
常用码型针对不同的要求，各有不同特点。
就二元信号来说，NRZ、AMI、CMI、差分码等各有优势，并有很好的功率谱特性。
HDB3码多用于PCM基群线路码型，以及A律PCM各次群。
从减少平均误差来看，自然码不如格雷码。
用什么形状的波形表示各种码型，也需考究。
通常为便于介绍原理，多利用方波，这样单符号能量似乎最大。
从减少ISI及适应限带信道特性系统来看，方波并不是最佳的。
另外，还应考虑二元或多元符号波形之间的正交性，以利较佳接收，如NRZ、AMI、CMI等，均具有正交性或变相正交，抗干扰能力强。
数字基带信号的传输系统，较多为收发同步模式。
便于收端提取同步，往往是选择码型的主要考虑之一。
2.数字基带信号作为随机信号采样，它具有具体的自相关函数及相互确定的功率谱。
它完全取决于三原则先验概率、码型波形形状及传输速率或码间间隔。
由于功率谱去瓣包含了信号90%以上能量，因此，可以方便地以静峰确定带宽。
良好的波形应当是其功率谱衰减收敛快，去瓣能量大。
3.奈奎斯特第一准则为消除ISI奠定了理论基础。
这一准则的目标及其可实施性必须理解清楚。
其要点是：1）广义信道的响应，抽样序列的频谱（在全频域）等于常数值，即可确保消除ISI。
准则指出了理想的上界——利用奈氏带宽，传输奈氏速率时（最大频带利用率），可理想地消除ISI。
2）可实现方案之一——利用滚降信道，应具备两个条件：滚降特性为“互补对称”，则需付出带宽代价。
全升余弦性能最佳，但，占用带宽最大（），一般地无论采取什么滚降方式的频响特性，只要满足互补对称条件，均视为“升余弦”系列成员。
3）实现消除ISI的第二个方案——奈奎斯特第二准则：相关编码部分响应。
所谓相关编码是利用相邻样本之间相关性，即如第Ⅰ类，利用双二进制码或其修正形式。
为避免误码扩散，此前先将自然码转为差分码。
所谓“部分响应”，是因为传输信号实际上已为三电平±2及0，伪三进制码，在接收判决时刻的抽样值，只是总响应的一“部分”，根据部分响应的几种类别不同，尚必须与其相邻的1个或几个样值综合确定判决值。
4.均衡的目的，除了因上述实施奈氏准则不够完备，而消除ISI残余外，尚可能补偿因其它传输干扰、加性噪声，以及接收机性能欠佳的影响。
均衡在很大程度上进一步“修正”接收波形，使之将ISI降至最低。
最常用的简单均衡方式为抽头－延迟线（线性）均衡，实际上是一个横向滤波器。
抽头数为，移存器数为个，均衡涉及调整的抽样点数自然要比输入它的被接收样本及前后的样本（抽样时刻干扰值）数目多个。
均衡器抽头应当自动或自适应调整，自适应算法以迫零和LMS算法为多用，抽头数越多，均衡效果越好，但延迟量与成本也随之加大。
第五章数字信号基带传输精选习题返回本章5.7.1 码型与功率谱5-2试画出序列的双极性码型：a）CMI码；b）差分码；c）密勒码；d）归零AMI码。
5-3 数字码采用双相码又称为分相码时，它用一个周期方波来代表“1”，而用它的反相波形表示“0”。
如题5-3图（）所示。
试求其功率谱。
题5-3图5-4试求码元间隔为的单极性归零（占空比）的连1序列的功率谱表达式。
5-8将二元序列经过的升余弦频谱响应的信道进行传输，并采用幅度为的双极性码。
设码元间隔为。
（1）按比例画出接收输出时间波形。
（2）指出收到信号的抽样点及过零点，并指出是否有码间干扰，为什么？5-9采用预编码-相关电平编码的第I类部分响应系统，输入比特流，已知系统传递函数为，在系统输出端对信号先进行整流后抽样判决。
（1）确定系统冲激响应。
（2）输入二元序列为，并分别由和表示传号和空号，试确定各时刻系统各点输出。
（3）试给出最佳判决门限值及恢复源码规则。
并说明本系统究竟采用接收整流是否有利？（4）说明该系统含否误码扩散？为什么？5-16若系统在、0、的响应值为、、，确定三抽头均衡系数与均值结果值。
5.7.2 误码性能5-18如果双极性码和单极性码的最大幅度V，若误码率皆为，试求噪声功率各是多少？5-19基带传输系统在接收判决再生前的加性噪声方差为，如果利用双极性码传输，在要求平均误码率不超过时，试确定所需的脉冲幅度。
如果加性干扰引起的误码率减小到每bit中误码1bit，且脉冲幅度为0.25V，求该种干扰的方差。
5-20设有一计算机产生单极性信号，其速率bit/s为了在具有W/Hz的噪声干扰信道中传输，且误码率每1秒不大于1bit。
在传输单极性脉冲信号时接收端的信噪比为30，试计算判决电平时的传输误码率。
5.1数字基带信号的特点由模拟信源转换而来的PCM信号，或离散信源产生的符号序列，以及数字数据源发出的代码，从广义角度，我们均称其为PCM编码。
这些序列的码组构成的码字各代表一个独立信息含义。
为了匹配信道特性达到较佳传输效果，尚待选用适当码型和波形来表示，它们既是每个码元符号的逻辑结构，又体现码序列内部的相关性，除增强传输信号匹配信道特性的能力外，还包括其它因素的考虑。
5.1.1 码型选择1.原始脉冲编码不适于信道传输一般PCM波形编码因存在以下可能的缺点，不宜直接用于传输：(1)含有丰富的直流分量或低频分量，信道难以满足传输要求；(2)接收时不便于提取同步信号；(3)由于限带和定时抖动，易产生码间干扰；(4)信号码型选择与波形形状直接影响传输的可靠性与信道带宽利用率。
2.选择码型的考虑发送信号设计中一个主要的问题是，确定信号的线路编码类型，基本考虑如下：(1)对直流或低频受限信道，线路编码应不含直流；(2)码型变换保证透明传输，唯一可译，可使两端用户方便发送并正确接收原编码序列，而无觉察中间环节的形式转换，即码型选择仅是传输的中间过程；(3)便于从接收码流中提取定时信号；(4)所选码型以及形成波形，应有较大能量，以提高自身抗噪声及干扰的能力；(5)码型具有一定检错能力；能减少误码扩散；(7)频谱收敛——功率谱主瓣窄，且滚降衰减速度快，以节省传输带宽，减少码间干扰；3.波形成形在选用了合适的码型之后，尚需考究用什么形状的波形来表示所选码型。
如，单极性码，是用方波还是半正弦形，还是其他形状波形，这叫做波形“成形”（Shape）。
不同波形占用带宽、频谱收敛快慢以及所持能量不同，将直接影响到传输效果。
这里所指“成形”是狭义的，本章下面节次奈氏（Nyquist）准则的思想是将发送、信道、接收三个环节视为一个广义信道，要求接收响应的波形有严格条件，旨在消除接收判决时的符号间干扰（ISI）。
5.1.2 常用码型及其特点1.几种基本的基带信号码型（1）单极性不归零码（NRZ-L）单极性不归零码（Unipolar Nonreturn-to-zero）的0、1码与基带信号的0电位及正电位对应，脉冲无间隔，只适于短距离传输。
缺点：含有直流(DC)分量；接收判决门限为接收电平一半，门限不稳，判决易错；不便直接从接收码序列中提取同步信号；传输时需信道一端接地（不平衡传输）。
（2）双极性码(Bi-NRZ)双极性码的0、1码与基带信号的负、正电位对应。
与单极性相比，双极性不归零码（Bipolar-NRZ）优点为：从统计平均看，1、0各半，不含直流分量；两种码元极性相反，接收判决电平为0，稳定性高；可在电缆等线路不接地传送（平衡传输）。
因此，Bi-NRZ码比较常用，更适于速度不高的比特流传输，将单极性转换为双极性也较简单。
缺点：不易从中直接提取同步信息；1、0不等概时仍有直流分量。
（3）单极性归零码(RZ-L)其脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到0电位。
这种码型除仍有单极性NRZ码缺点外，其优点是可直接提取同步信息，但由于存在直流分量，不宜直接传输，宜先将其转换为其它码型进行传输，接收时再转换为RZ-L。
（4）双极性归零码(Bi-RZ)这种码型的一个直观优点是当只要在接收码归零时，则认定传送完毕，便于经常维持位同步，收发无须定时，故称其为自同步方式，它得到广泛应用。
（5）差分码差分码也称为相对码，其0、1码反映相邻码元的相对变化。
它又分传号差分码与空号差分码（见下一章DPSK一节介绍）。
它利用码元间互相关，减少误码扩散，同时在连续多个误码时，接收误码反而减少。
2．传输码型许多数字基带信号不易于在信道中传输，需编制成适用于基带传输系统的码型，现介绍常用的几种传输码型。
（1）交替传号极性码(AMI)AMI码（Alternative Mark Inversed Encoding）又称双极方式码(Bipolar Encoding)、平衡对称码或传号交替反转码，它属于单极性码的变型，当遇0码时为0电平，当遇1码则交替转换极性，这样成为确保正负极性个数相等的“伪三进制”码。
优点：确保无直流，零频附近低频分量小，便于变量器耦合匹配；有一定检错能力.当发生１位误码时，可按AMI 规则发现错误，以ARQ纠错；接收后只要全波整流，则变为单极性码，如果它是AMI－RZ型，可直接提取同步。
缺点：码流中当连0过多时，同步不易提取。
（2）三阶高密度双极性码(HDB3)这种码型属于伪三进制码。
HDB3中“3阶”的含义是，这种码是限制“连0”个数不超过3位。
为减少连0数，有n=1，2，3)，一的做法采取“扰码”，按一定规则将多个连0分散，尽量使码序列随机化。
有效的办法是采用HDB n (n=3。
般多使用HDB3的优点为：无直流；低频成份少；频带较窄；可打破长连0，提取同步方便。
虽然HDB 3有些复杂，鉴于其明显优点，PCM 系统各次群，常采用其做接口码型标准（HDB 3构成见下例）。
（3）分相码（曼彻斯特码－Manchester ）分相码也称孪生二进制码，实现分相码很简单，可将宽度为bT 的码元按如下处理，当出现1码时用正负各占2b T 双极性码表示，0码用宽为2b T 的负正极性代替，这样确保无直流。