《通信原理第六章》PPT课件
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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
通信原理第六章 数字信号的频带传输
通信原理ICommunication Theory安建伟北京科技大学通信工程系第六章 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第6章数字信号的频带传输6.1 引言1.数字信号的正弦型载波调制数字信号 d(t) 调制 频带信号 带通信道s ( t ) = A c o s ( 2 π ft + ϕ ) = F ( d ( t ))用数字基带信号去控制正弦型载波的某参量： ¾ 控制载波的幅度，称为振幅键控(ASK)； ¾ 控制载波的频率，称为频率键控(FSK)； ¾ 控制载波的相位，称为相位键控(PSK)。
3北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输2. 数字信号的分类 （1）二进制及M进制(M>2)； （2）按是否满足叠加原理分类： 线性调制及非线性调制； （3）按已调符号约束关系分类 无记忆调制及有记忆调制。
4北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输6.2 二进制数字信号的正弦载波调制1. 二进制通断键控（OOK或2ASK） 2. 二进制移频键控（2FSK） 3. 二进制移相键控（2PSK或BPSK） 4. 2PSK的载波同步 5. 差分移相键控（DPSK）5北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输 (OOK) 6.2.1 二进制通断键控二进制通断键控(OOK： On-Off Keying) 又名二进制振幅键(2ASK)，它是以单极性 不归零码序列来控制正弦载波的导通与关 闭。
即正弦载波的幅度随数字基带信号而 变化。
6北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输1. OOK信号的产生a) 模拟法n = −∞∑+∞a nδ ( t − nTb )b (t ) =a n = 0 或1脉冲成形 滤波器 冲激响应 g T ( t )n = −∞∑+∞a n g T ( t − nTb )sO O K (t ) A cos(2π f c t )b) 键控法载波 cosωct开关电路1 0KSOOK(t)b(t)7北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输¾时域表示b( t ) =n = −∞∑a∞ngT ( t − nTb )其中b(t)为单极性矩形不归零脉冲序列。
通信原理第六章
图6-28 调相法产生B方式4PSK信号
《通信原理课件》
《通信原理课件》
图6-29 相位选择法产生4PSK信号
《通信原理课件》
《通信原理课件》
图6-30 B方式4PSK信号相干解调原理框图
《通信原理课件》
《通信原理课件》
2、多进制的相对移相(MDPSK)
以四进制相对相移信号4DPSK为例进行讨论。
《通信原理课件》
a b c d e f
图6-11 2FSK信号的过零检测法
《通信原理课件》
6.2.3 二进制相移键控（2PSK）和 二进制差分移相键控（2DPSK）
相移键控是利用载波相位的变化来传递 数字信息，通常可以分为绝对相移键控 （2PSK）和相对相移键控（2DPSK）两 种方式，下面分别讨论。
波）和相干解调，分别如图6-9和图6-10 所示，其原理和2ASK解调时相同，只是这 里使用两套电路。
《通信原理课件》
图6-9 2FSK包络检波方框图
《通信原理课件》
图6-10 2FSK相干解调方框图
《通信原理课件》
2FSK另外一种常用而简便的解调方法是过零 检波解调法，其解调原理框图及各点时间波形如 图6-11（a）和（b）所示。其基本原理是：二 进制移频键控信号的过零点数随载波频率不同而 异，通过检测过零点数从而得到频率的变化。在 图6-11中，输入信号经过限幅后产生矩形波，经 微分、整流、脉冲波形成形后得到与频率变化相 关的矩形脉冲波，再经低通滤波器滤除高次谐波， 便恢复出与原数字信号对应的数字基带信号。
（a）模拟调频法
（b）键控法
图6-7 2FSK信号的产生
《通信原理课件》
3、2FSK信号的功率谱及带宽
《通信原理课件》
《通信原理课件》
《通信原理课件》
图6-29 相位选择法产生4PSK信号
《通信原理课件》
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图6-30 B方式4PSK信号相干解调原理框图
《通信原理课件》
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2、多进制的相对移相(MDPSK)
以四进制相对相移信号4DPSK为例进行讨论。
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a b c d e f
图6-11 2FSK信号的过零检测法
《通信原理课件》
6.2.3 二进制相移键控（2PSK）和 二进制差分移相键控（2DPSK）
相移键控是利用载波相位的变化来传递 数字信息，通常可以分为绝对相移键控 （2PSK）和相对相移键控（2DPSK）两 种方式，下面分别讨论。
波）和相干解调，分别如图6-9和图6-10 所示，其原理和2ASK解调时相同，只是这 里使用两套电路。
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图6-9 2FSK包络检波方框图
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图6-10 2FSK相干解调方框图
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2FSK另外一种常用而简便的解调方法是过零 检波解调法，其解调原理框图及各点时间波形如 图6-11（a）和（b）所示。其基本原理是：二 进制移频键控信号的过零点数随载波频率不同而 异，通过检测过零点数从而得到频率的变化。在 图6-11中，输入信号经过限幅后产生矩形波，经 微分、整流、脉冲波形成形后得到与频率变化相 关的矩形脉冲波，再经低通滤波器滤除高次谐波， 便恢复出与原数字信号对应的数字基带信号。
（a）模拟调频法
（b）键控法
图6-7 2FSK信号的产生
《通信原理课件》
3、2FSK信号的功率谱及带宽
《通信原理课件》
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。
2020/1/25
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3版)课件CH6
P2FSK ( f
)=
1 4Ps1(源自f+f1) + Ps1 ( f
−
f1
)
+
1 4
Ps2
(
f
+
f2 ) + Ps2 ( f
−
f2 )
P=1/2
P2FSK (
f
)
=
Tb
16
sin ( (f
f + f1)Tb + f1)Tb
2
+
sin ( f − f1)Tb ( f − f1)Tb
2
+
Tb
16
6.2 二进制数字调制原理
◼ 6.2.1 2ASK（Amplitude shift-keying) ◼ 6.2.2 2FSK(Frequency shift-keying) ◼ 6.2.3 2PSK(Phase shift-keying)
6.2.1 二进制振幅键控（2ASK）
s(t)
1
0
1
1
0
0
6.2.3 2PSK：功率谱
P2PSK ( f )
0
解决方法：二进制差分相位键控（2DPSK） differential
6.2.3 2PSK：2DPSK定义
（前后相邻码元相位差）=
0，
，
表示数字信息“0” 表示数字信息“1”
相对移相：以前后相邻 码元的载波相位的相对 变化来表示数字信息的
绝对码an与相对码bn间的关系为： bk=akbk−1
ak=bkbk−1
2
条件：1、0等概
P2ASK (
f
)
= Tb 16
sin ( (f
通信原理PPT
2
上式为双边的功率谱密度表示式。如果写成单边的，则有
PS ( f ) f S P(1 P) G1 ( f ) G2 ( f ) f s2 PG1 (0) (1 P)G2 (0) ( f )
2
2
2f
2 S
PG1 (m fS ) (1 P)G2 (m fS ) ( f m fS ) , f 0
序列s(t)的统计平均分量，它取决于每个码元内出现 g1(t)和
g2(t) 的概率加权平均，因此可表示成
v(t )
n
[ Pg (t nT ) (1 P) g
1 s
2
(t nTs )]
n
v
n
(t )
由于v(t)在每个码元内的统计平均波形相同，故v(t)是以Ts为 周期的周期信号。
5
第6章 数字基带传输系统
单极性归零(RZ)波形：信号电压在一个码元终止时刻前总要 回到零电平。通常，归零波形使用半占空码，即占空比为 50%。从单极性RZ波形可以直接提取定时信息 。 与归零波形相对应，上面的单极性波形和双极性波形属 于非归零(NRZ)波形，其占空比等于100％。 双极性归零波形：兼有双极性和归零波形的特点。使得接收 端很容易识别出每个码元的起止时刻，便于同步。
0
fs
3 fs
f
20
第6章 数字基带传输系统
从以上两例可以看出：
二进制基带信号的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数
G1(f)和G2(f) 。时间波形的占空比越小，占用频带越宽。
若以谱的第1个零点计算， NRZ( = Ts)基带信号的带宽为 BS = 1/ = fs ；RZ( = Ts / 2)基带信号的带宽为BS = 1/ =
通信原理第六章
设fH=(n+k)B，其中n为整数，0k<1，则
mn
fs
2 fH m
2B1
k n
2020年2月
西南交通大学电气工程学院
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6.2 脉冲编码调制
特例： 当fH=nB时，m=n，则 fs=2fH/m=2B。
2020年2月
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例：已知
6.2 脉冲编码调制
编码位数每增加一位，量化信噪比就增加6分贝。
2020年2月
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6.2 脉冲编码调制
说明： 1）以上结论是在假设信号抽样值在量化范围内等概 出现时得到的。 对正弦信号，取值较大的样值出现概率大，取值较 小的样值出现概率较小。 对语音信号，由于取值较小的样值出现概率大，而 取值大的样值出现概率反而小。 所以，对正弦信号和语音信理
一个频带限制在0~ fH范围内的模拟信号，若取样速 率大于等于2 fH，则可由样值序列无失真地重建原 始信号。否则取样信号将出现频谱混叠，不能从中 恢复原始信号。
fs=2fH为奈奎斯特速率，它是取样的最低速率； Ts=1/fs=1/(2fH)为奈奎斯特取样间隔，它是所允许的
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西南交通大学电气工程学院
64
2048
37
6.2 脉冲编码调制
➢编码 编码：将抽样量化后的离散信号电平值转换为二进 制码组来表示。 译码：将二进制码组再恢复为离散信号电平。
量化电平序号 编码 量化电平序号 编码
0
000
4
100
1
001
5
101
2
010
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；
§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
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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；
138_(精选)通信原理及System View仿真测试第6章 数字基带传输系统课件
第6章 数字基带传输系统
(1) 码型中应不含直流分量， 且低频分量尽量少。 (2) 码型中高频分量尽量少, 以便节省传输频带和减小串 扰。 所谓串扰， 是指同一电缆内不同线对之间的相互干扰。 基带信号的高频分量越大， 对邻近线产生的干扰越严重。 (3) 信号的抗噪声能力要强。 产生误码时， 在译码中产 生误码扩散的影响越小越好。 (4) 码型中应包含定时信息， 这样有利于提取位同步信 号。 (5) 编码方案要能适用于信源变化， 与信源的统计特性 无关。
第6章 数字基带传输系统
图6-3 双极性和单极性波形的SystemView仿真模型
第6章 数字基带传输系统
图6-4 双极性不归零和归零信号的波形
第6章 数字基带传输系统
图6-5 单极性不归零和归零信号的波形
第6章 数字基带传输系统
6.2 基带传输的常用码型
6.2.1 传输码的码型选择原则
传输码又称为线路码， 它的结构将取决于实际信道的 特性和系统工作的条件。 由于不同的码型具有不同的特性， 因此在设计适合于给定信道传输特性的码型时， 通常需要 遵循以下原则：
则
同理, 可以分析出RZ的功率谱为
第6章 数字基带传输系统
第6章 数字基带传输系统
例6-2 求双极性波形矩形脉冲序列的功率谱。 解： 对BNRZ， 设 则由式(6-5)和式(6-8)知， 其功率谱密度为
第6章 数字基带传输系统
当P=0.5时 Ps(f)=fs|G(f)|2 其中， G(f)是g(t)的傅里叶变换， 经计算
第6章 数字基带传输系统
图6-6 AMI码图形
第6章 数字基带传输系统
AMI码为三元码， 伪三进制。 其优点有： (1) “0”、 “1”不等概率出现时也无直流。 (2) 零频附近的低频分量小。 因此， 对具有变压器或 者其他交流耦合的传输信道来说， 不易受隔直特性的影响。 (3) 整流后即为RZ码。 (4) 若接收端收到的码元极性与发送端的完全相反， 也 能正确判决。 AMI码的缺点是， 连0码多时， AMI整流后的RZ码连0 也多， 不利于提取位同步信号。
通信原理-第6章 课件PPT
常用数据序列形式
=T
12
6.2.1
数字基带信号的基本码型
（3）有直流分量，将导致信号的失真与畸变；且由于直 流分量的存在，所以无法使用在交流耦合的线路和设备中；
（4）不能直接提取位同步定时信息； （5）抗噪性能差。接收单极性NRZ码的判决电平应取 “1”码电平的一半。由于信道衰减或特性随各种因素变化时， 接收波形的振幅和宽度容易变化，因而判决门限不能稳定在 最佳电平，使抗噪性能变坏；
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6.2.1
数字基带信号的基本码型
3．双极性不归零（Bip Polar Non-Return to Zero，BPNRZ） 码
在双极性不归零波形中，脉冲的正、负电平分别对应于二
进制代码“1”、或“0”。其波形如图（c）所示。用物理的正
电平表示“1”，用物理的负电平表示“0”，正负电平绝对值
《通课信程原名理称》课件
第1章 通信系统概述
第2章 信号分析 第3章 信道与噪声 第4章 模拟调制 第5章 模拟信号的数字传输 第6章 数字基带传输
第7章 数字调制 第8章 差错控制编码 第9章 同步原理
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1
2019/10/4
《通课信程原名理称》课件
第1章 通信系统概述
第2章 信号分析
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6.1
数字基带传输系统组成
4．取样判决和码元再生
在规定的时刻（由位定时信号控制）对接收滤 波器输出的信号进行取样，然后根据预先确定的判 决规则对取样值进行判决。码元再生将判决器判决 出的“1”码及“0”码变换成所需的数字基带信号 形式。
5．位定时提取
从接收滤波器输出的信号中提取用于控制取样 时刻的同频同相位定时信号。同频，即位定时的周 期等于码元周期（码元宽度），这样收发两端的码 元一一对应不会搞错。同相，就是位定时信号的脉 冲应对准接收信号的最佳取样判决时刻，使取样器 取到的样值最有利于正确的判决。
=T
12
6.2.1
数字基带信号的基本码型
（3）有直流分量，将导致信号的失真与畸变；且由于直 流分量的存在，所以无法使用在交流耦合的线路和设备中；
（4）不能直接提取位同步定时信息； （5）抗噪性能差。接收单极性NRZ码的判决电平应取 “1”码电平的一半。由于信道衰减或特性随各种因素变化时， 接收波形的振幅和宽度容易变化，因而判决门限不能稳定在 最佳电平，使抗噪性能变坏；
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6.2.1
数字基带信号的基本码型
3．双极性不归零（Bip Polar Non-Return to Zero，BPNRZ） 码
在双极性不归零波形中，脉冲的正、负电平分别对应于二
进制代码“1”、或“0”。其波形如图（c）所示。用物理的正
电平表示“1”，用物理的负电平表示“0”，正负电平绝对值
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第1章 通信系统概述
第2章 信号分析 第3章 信道与噪声 第4章 模拟调制 第5章 模拟信号的数字传输 第6章 数字基带传输
第7章 数字调制 第8章 差错控制编码 第9章 同步原理
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第1章 通信系统概述
第2章 信号分析
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6.1
数字基带传输系统组成
4．取样判决和码元再生
在规定的时刻（由位定时信号控制）对接收滤 波器输出的信号进行取样，然后根据预先确定的判 决规则对取样值进行判决。码元再生将判决器判决 出的“1”码及“0”码变换成所需的数字基带信号 形式。
5．位定时提取
从接收滤波器输出的信号中提取用于控制取样 时刻的同频同相位定时信号。同频，即位定时的周 期等于码元周期（码元宽度），这样收发两端的码 元一一对应不会搞错。同相，就是位定时信号的脉 冲应对准接收信号的最佳取样判决时刻，使取样器 取到的样值最有利于正确的判决。
通信原理 樊昌信 第6章ppt课件
➢ 原理：先将调制信号积分，然后对载波进行调相，即可
产生一个窄带调频(NBFM)信号，再经n次倍频器得到宽
带调频 (WBFM) 信。
➢ 方框图
mt
积 分
器
相 位 调
制
sNBFM t 倍 频 器
sWBFM t
A cos ct
.
7
➢ 间接法产生窄带调频信号 由窄带调频公式
t
s N B F M (t) A c o sc t [A K f m ()d]s inc t
.
9
调频信号的解调 1)非相干解调
sFM (t)A co ctsK f t m ()d
由于调频信号的瞬时频率正比于调制信号的幅度， 因而调频信号的解调器必须能产生正比于输入频率的 输出电压。
mo(t)Kfm(t)
.
10
s d ( t) A c K fm ( t)s ic tn K f t m () d
m(t) 积分器
/2
SNBFM (t )
载波 Acosct
.
8
倍频器可以用非线性器件实现，然后用带通滤波器
滤去不需要的频率分量。
平方律 so(t)asi2(t)
若 s i( t) A co c t s( t)
则 so(t)1 2a2 A 1co 2 c st2 (t)
经n次倍频后可以使调频信号的载频和调频指数增 为n倍。
.
21
非相干解调的门限效应
60 20
50
10
7
40
4
3
30
£½2
FM
dB
)FM /
S0 N0
(
20
10
0 0
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》第六版课件(全)
通常广泛使用的单位为比特，这时有
I
log2
1 P(x)
log2
P(x)
(b)
【例】 设一个二进制离散信源，以相等的概率发送数字
“0”或“1”，则信源每个输出的信息含量为
I (0)
I (1)
log 2
1 1/ 2
log 2
2
1
(b)
在工程应用中，习惯把一个二进制码元称作1比特
2021/8/18
I － 消息中所含的信息量， 则 P(x) 和 I 之间应该有如下关系：
➢ I 是 P(x) 的函数： I ＝I [P(x)] ➢ P(x) ，I ； P(x) ，I ；
P(x) = 1时，I ＝ 0； P(x) = 0时，I ＝ ；
➢
满足I[上P(述x1)3P条(x件2 )的]关 I系[P式(x如1)]下 I：[P(x2 )]
……………
后面讲述中，“通信”这一术语是指“电通信”， 包括光通信，因为光也是一种电磁波。
在电通信系统中，消息的传递是通过电信号来实 现的。
2021/8/18
第1章 绪论
1.2 通信系统的组成
1.2.1 通信系统的一般模型
信息源（简称信源）：把各种消息转换成原始电信 号，如麦克风。信源可分为模拟信源和数字信源。
(1.4 6)
2021/8/由18 于H(x)同热力学中的熵形式相似，故称它为信息源的熵
第1章 绪论
【例1】 一离散信源由“0”，“1”，“2”，“3”四个符 号组成，它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8， 且每个符号的出现都是独立的。试求某消息
2010201302130 01203210100321010023102002010312032100120210的 信息量。
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3
011
7
111
2020年11月
西南交通大学电气工程
38
学院
6.2 脉冲编码调制
常用的二进制编码（码型）
抽样值极性 负极性
正极性
自然码
折叠二进制码
0000
0111
0001
0110
0010
0101
0011
0100
0100
0011
0101
0010
0110
0001
0111
0000
1000
1000
1001
1024
2020年11月 1472
15西0南4交通大学电气工6程4
学院
2048
37
6.2 脉冲编码调制
➢编码 编码：将抽样量化后的离散信号电平值转换为二进 制码组来表示。 译码：将二进制码组再恢复为离散信号电平。
量化电平序号 编码 量化电平序号 编码
0
000
4
100
1
001
5
101
2
010
6
110
1001
1010
1010
1011
1011
1100
1100
1101
1101
1110
1110
12101120年11月 1111
量化级 ✓ 折叠码在传输过程中
0
1
的误码对小信号的影
M (f)
0
2 2.
5
f/kHz
fs=5 kH
z
0
2 2. 3
fs
7 7.5 f/kH
5
z
Ms(f )
fs=1 kHz
-2020年1-1月 321
0 西南1交通大2学电气工3程 学院
f/kH 17
z
6.2 脉冲编码调制
➢量 化
所谓量化，就是用预先规定的有限个电平来表示 取样值。这些预先规定的电平称为量化电平。相 邻两个量化电平之间的间隔称为量化台阶(或称为 量化间隔)。 量化的具体过程是：将取样值与各个量化电平比 较，用最接近于取样值的量化电平来表示此取样 值。
SNRdB 6k + 2 (dB)； SNRdB 6k -
9 (dB) 2020年11月
西南交通大学电气工程 学院
25
6.2 脉冲编码调制
2）实际应用中，信号峰值达不到量化器所设计的最
大值，此时Sq/Nq要下降。
SNRdB
Sq Nq
dB
10 lg
Sq Nq
10 lg Sq
10 lg Nq
PCM信号经数字通信系统传输到达接收端，接收端对 它们进行适当的分组，重建量化值，然后经低通滤
波器，便可得到重建信号m'(t)
2020年11月
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4
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6.2 脉冲编码调制
Ts
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5
学院
6.2 脉冲编码调制
➢取样（采样、抽样）
取样：将模拟信号与取样
2020年11月
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24
学院
6.2 脉冲编码调制
说明：
1）以上结论是在假设信号抽样值在量化范围内等概
出现时得到的。
对正弦信号，取值较大的样值出现概率大，取值较
小的样值出现概率较小。
对语音信号，由于取值较小的样值出现概率大，而
取值大的样值出现概率反而小。
所以，对正弦信号和语音信号， 应分别修正为
第6章 模拟信号的数字化传输
主要内容 ➢抽样的基本概念及抽样定理 ➢量化、均匀和非均匀量化及量化噪声分析 ➢PCM编码的方法及量化信噪比 ➢频分复用、时分复用与数字复接技术
2020年11月
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1
学院
6.1 引 言
模拟信号的数字传输系统 要想在数字通信系统上传输模拟信号，就必须将模拟 信号转换成数字信号，一般需经三个步骤： ① 把模拟信号数字化，即模数转换(A/D)； ② 进行数字方式传输； ③ 把数字信号还原为模拟信号，即数模转换(D/A)。
带通信号的低通取样
2020年11月
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6.2 脉冲编码调制
由图6.2.5 (1)可以用低通信号取样定理所规定的取样频率对带
通信号进行取样，所不同的是，恢复原带通信号m(t)
时要用带通滤波器(带通滤波器的传输特性如图6.2.5 频谱图中虚线所示)，而不是低通滤波器。由于带通
信号的最高频率fH通常很高，所以此时的取样速率fs ≥2fH非常高，实现起来相当困难，甚至无法实现。
m(t)
脉冲信号相乘。
Ts
ms (t) m(t)Ts (t)
(t)
M s ( f ) M ( f ) *Ts ( f )
1 Ts
M(f
n
nfs )
ms(t)
Ts：取样间隔；
m(t) ：模拟信号
fs =1/Ts ：取样频率。 Ts(t)：取样脉冲
2020年11月
m t( ) ： 西南交通大s学电气工程 取样信
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6.2 脉冲编码调制
非均匀量化
均匀量化
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29
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6.2 脉冲编码调制
实现的基本原理 非均匀量化可以采用“压缩+均匀量化”的方法来实 现。即先对要量化的取样值进行压缩处理，然后再对 处理后的样值进行均匀量化。 压缩器的作用是对小信号进行放大，对大信号不放大
(2)取样后的频谱图上有许多空隙没有充分利用，也
就是说，fs没有必要选得那样高，只要取样后的频谱
不出现重叠2并020年能11月用滤波器取西出南交原通大信学电号气工的程 频谱即可。14
学院
6.2 脉冲编码调制
带通取样定理
一个带通信号m(t)具有带宽B和最高频率fH，如果取 样频率fs=2fH/m， m是一个不超过fH/B的最大整数， 那么m(t)可以用取样值m(kTs)
期Ts时，可近似为周期冲激序列。
(2) 在实际应用中，接收端用于恢复原模拟信号的 低通滤波器不可能是理想的。为能较好地恢复信号，
要求发端取样器的取样频率fs>2fH（理论上fs=2fH就
可以了），否则会使信号失真。考虑到实际滤波器
的可实现特性，一般 fs=2.5fH~3fH。
2020年11月
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2020年11月
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30
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6.2 脉冲编码调制
压缩器的压缩特性
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31
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6.2 脉冲编码调制
放大小信号，压缩大信号
压缩器输入输出仿真波形
2020年11月
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学院
6.2 脉冲编码调制
对数压缩特性（A律压缩特性）
y
Ax
11
2020年11月
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18
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6.2 脉冲编码调制
2020年11月
Q=4：量化电平数
=1V：量化间隔 Q=4V：量化范围
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19
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6.2 脉冲编码调制
由图6.2.7 (1) 量化将取值连续的样值序列变成取值离散(只
有有限几种)的样值序列，所以量化将模拟信号
(2) 量化后的信号是对取样信号的近似。量化电平
0 -10 -20 -60 2020年11月
-30
-40Sq西-/南5d0交B通大学电气工程
学院
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6.2 脉冲编码调制
非均匀量化
非均匀量化的基本思想是：不等间隔地设置量化电 平，大信号时用大台阶，小信号时用小台阶。 这样，在保持量化电平数不变的情况下，提高了小 信号时的量化信噪比，扩大了量化器的动态范围。 当然，由于大信号时采用了较大的台阶，所以使大 信号时的量化信噪比有所下降。
定义为Sq/Nq，Sq代表量化信号功率； Nq代表量化噪 声功率。只要分别求出Sq和Nq，便能确定量化信噪比。
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6.2 脉冲编码调制
量化信号及功率
量化电平共有离散的 Q 个取值，即
1 , 3 , , Q 1
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2
设各量化电平等概，则取各量化电平的概率为1/Q。
SNRdBmax 6k 9
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6.2 脉冲编码调制
3）动态范围—— 达到一定量化信噪比（一般取为26dB）要求所
允许的输入信号功率的变化范围。
SNRdB
26
为扩大动态范围，可以增 加编码位数。但将使信息
速率 Rs = k fs 增大，提
高对系统带宽的要求。
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6.2 脉冲编码调制
2020年图116月.2.1 PCM系西统南交原通理大学框电气图工程
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6.2 脉冲编码调制
PCM包括取样、量化和编码三个步骤：取样是把在时
间上连续的模拟信号m(t)转换成一系列时间上离散
的取样值；量化是把幅度上连续的模拟信号转换成 幅度上离散的量化信号；编码是把时间离散且幅度 离散的量化信号用若干位二进制表示，由此得到的 二进制序列称为PCM信号。
2
x
f
(
x)dx
2
x
1
dx
0
2
2
功率(方差)为 Nq 2020年11月