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数字信号基带传输

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通信原理 第6章_数字信号的基带传输

通信原理 第6章_数字信号的基带传输

功率谱密度为：
T P(f) S
Sa2
fT
(S
)
S
4
2
0．6 0．4 0．25 0．2
0
2．0
单极性不归零
1．5
P= 0．5
1．0
0．5
0．4 0．8 1．2 1．6 2．0 f/fb
0
双极性不归零 P= 0．5
0．4 0．8 1．2 1．6 2．0 f/fb
0．12
0．08 0．0625
0．04
单极性归零 0．0507 半占空P= 0．5
1
Sa2 (m
)
(
f
16
2
16 m
2
mfs )
TS Sa2 (fTS ) 1 ( f ) 1 Sa2 (m ) ( f
16
2 16
16 m奇数
2
mfs )
4、双极性归零码
∵ g1(t)= Gτ(t)， g2(t)= － Gτ(t)，τ=TS /2，
∴
，G2(f)=－ G1(f)
且当信源等概 p=1/2时，单双极性归零码的
差分码或相对码（Differential encoding）： 差分码又称为相对码，特征是：不用电平的绝对值 而用电平的相对变化传0、1符号。
原始代码 1 1 0 1 0 0 1
传号差分码
“1变0不变”，
TS
空号差分码
“0变1不变”
TS
多电平波形
0 0 0 1 0 1 10 0 0 1 1 11
Ts Ts
习题6-1
设二进制符号序列为110010001110，试以 矩形脉冲为例，分别画出相应的单极性波 形，双极性波形，单极性归零波形，双极 性归零波形，二进制差分波形及八电平波 形。

数字信号的基带传输

数字信号的基带传输
H(ω) A 0 B ω A 0
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 )

6-数字信号的基带传输-3

6-数字信号的基带传输-3

x(t)
y(t)
信道
C( ω)
n(t)
接收滤波器
+
成型网络
R( ω)
判决 {an}
S(t)
基带传输模型
数字基带传输模型
z {an}为发送滤波器的输入符号序列，二进制时符号an的取 值为0、+1、-1，此序列对应的基带信号x(t)：
∞
∑ x(t) = anδ (t − nTs ) n=−∞
z 此信号激励发送滤波器产生信号y(t)：
(3)传输二进制码元时，求信息频带利用率ηb。
解 (1)将该系统的传递函数H(f)以2f0为间隔切割，然后分段 沿f轴平移到[-f0，f0]区间内进行叠加，如图6-19(b)所示。 叠加后的传输特性为
H
(
f
)
=
⎪⎧1， f ≤ ⎪⎩⎨0 ，其它
f
0
由于叠加后的传输特性符合等效理想低通特性，所以该系
统能够实现无码间串扰的传输。
z 则接收滤波器的输出信号S(t)：
∞
∑ S(t) = ans(t − nT ) + nR (t) n=−∞
式中，s(t)与S(ω)互为傅里叶变换对；
∫ s(t) = 1 ∞ S(ω)e jωtdω
2π −∞
nR(t)为n(t)通过接收滤波器后的波形 S(t)送入抽样判决电路，进行抽样判决。
数字基带传输模型
z 抽样判决器：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。 z 同步提取：用同步提取电路从接收信号中提取定时脉冲
基带系统各点波形：
(a)
(b) (c)
(d )
(e) (f)
(g)
输入信号 t 码型变换后

第五章数字信号的基带传输

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

第5章 数字信号的基带传输系统
双极性RZ码的优点：发送端不必按固定频率发送信号，而接 收端也不必提取同步信息。因为双极性RZ码在传输线上分别用正 脉冲和负脉冲表示，且相邻脉冲间必有零电平区域存在，因此， 在接收端根据接收波形归于零电平便可知道1比特信息已接收完毕， 从而为下一比特信息的接收做了准备，所以在发送端不必按固定 频率发送信号。相当于正负脉冲前沿起启动信号的作用，后沿起 终止信号的作用，故能够经常保持正确的比特同步，
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 …

第5章数字信号的基带传输

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

数字信号的基带传输

数字信号的基带传输

，图
5 - 4（c）画出了
ut ut
下面我们根据式(5.2 - 5)和式(5.2 - 8)， 分别求出稳
态波 V t 和交变波 ut 的功率谱，然后根据式(5.2 -
6)的关系，将两者的功率谱合并起来就可得到随机基
带脉冲序列 S t 的频谱特性。
1. V的功t 率谱密度
Pv f
由于 是以 为周期的周期信号，
另一种比较简单的方法是以随机过程功率谱的原始定义为出发点，求出数字随机序列的 功率谱公式。
设二进制的随机脉冲序列如图 5 - 4（a）所示，其中，假设
表示“0”码， 表示“1”码。 和 在实际中可以是任意的脉冲，但为了便于在
图上g1区分t ，这里我们把
g画2成宽t 度为Ts的方波，把 g1 画t 成宽度g为2 Tst的三角波。
g
t
A t
2
0 t 其它值
T 22
T
22
其频谱为：G
A
Sa
2
4 2
2 4
此双极性信号的功率谱密度为：
PS
1 TS
G 2
1 TS
A2
2
Sa2
2
A2TS 4
Sa2
TS
4
近似带宽可视为：
BS
4
TS
2 2 1 TS
TS 2
8 4
TS
TS
4 8
TS
TS
(2) 若 g t 为单极性信号，则：
数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数， 所以只能用功率谱来描述它 的频谱特性。方法有二：
1：由随机过程的相关函数去求随机 过程的功率(或能量)谱密度就是一种典型 的分析广义平稳随机过程的方法。但这 种计算方法比较复杂。

数字信号的基带传输

数字信号的基带传输

(c) 当 AMI 中出现长连“ 0”时， AMI码中长时间无电平 跳变，致使定时信号难以提取。 为了克服这个缺点，提出了HDB3码。
2.三阶高密度双极性码（HDB3码） HDB3码是一种AMI码的改进型，又称四连“0”取代码， 在 AMI 码中，如果连续较长的一段序列为“ 0” 码，则在接 收端会因为长时间无变化波形的控制而丢失同步信号。 为了克服传输波形中出现长连“ 0” 的情况，而设计了 AMI码的改进码型 HDB3码。HDB3码就是码型中最长连“0” 数不超过3个的高密度双极性码。 (1) 构成规则 在消息的二进制代码序列中， ①当连“0”码个数不大于 3时，HDB3编码规律与AMI码相 同，即“1”码变为“+1”、“－1”交替脉冲；
(2) 特点 (a)不存在直流分量。 (b)具有频繁出现的电平跳变，有利于接收端提取位定时 信号。 (c) 具有内检错能力 ，这是因为“ 1” 码相当于“ 00” 或 “11”两位码组，而“0”码相当于“01”码组，在正常情况下， 序列中无“10”码组出现，且无“00”或“11”码组连续出现， 这种相关性可用来检测因干扰而产生的部分错码。 三种常见传输码型的应用场合是：对于程控数字交换系 统中数字用户线上所传送的基本速率 (2B+D)数字信号码型， 选用 AMI 码、 HDB3 码。在数字中继线或光纤传输系统的接 口上，一般采用HDB3或CMI接口码型，
δt
∞，t =０
０，t≠0
单位冲激函数及其频谱如图4.8所示。
图4.8 单位冲激函数及其频谱
二、信道限带传输对信号波形的影响
任一信道的频带宽度都是有限的。当无限带宽的信号通 过有限带宽的信道时，必然会使信号的频谱受到一定损失， 结果使到达接收端的信号波形发生变化。

第5章 数字信号基带传输.

第5章 数字信号基带传输.

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。

HDB 3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。

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(1)

第5章数字信号的基带传输••••5.1引言5.2数字基带信号波形及其功率谱密度¾数字PAM信号是以脉冲载波的幅度携带数字信息。

5.2.1 数字脉冲幅度调制(PAM)¾MPAM 信号的时域表示式可写为：　()()1,2,...,0i i T ss t ag t i M t T ==≤≤MPAM 信号波形也可表示为另一形式：()()n T s n s t a g t nT ∞=−∞=−∑5.2.2 常用的数字PAM信号波形(码型)1. 单极性不归零码(NRZ)2. 双极性不归零码3. 单极性归零码(RZ)4. 双极性归零码5. 差分码(相对码)6. 多电平的PAM信号波形(MPAM)第5章数字信号的基带传输2 双极性不归零码{}:1110010n b 10n A a A +⎧=⎨−⎩12b t rect T ⎛⎞−⎜⎟⎝⎠0t()T g t 1b T3 单极性归零码(RZ)t()T g t 12b T 1()2T t g t rect τ⎛⎞=−⎜⎟⎝⎠{}:1110010n b②差分译码1n n na b b −=⊕习题5.2（p186)已知信息代码1 1 1 0 0 1 0 1（1）写出相对码（初始值为1）；（2）画出相对码的波形图（单极性矩形不归零码）5.2.3 数字PAM 信号的功率谱密度计算¾如何求PA Ｍ信号的功率谱密度–证明随机过程的平稳性–对于循环平稳过程求其平均自相关函数–通过平均自相关函数求功率谱密度()()n T s n s t a g t nT ∞=−∞=−∑2(1/)22(1/)()()s ssj f T mT a s a m j fmT j ma m P f T R m eR m eeπππ∞−+=−∞∞−−=−∞+==∑∑∵∴P a (f )是f 的周期函数，周期为1/T s 。

其傅氏级数形式为=12()()sj fmT a a m R m eP f π∞−=−∞==∑2()()sj fmT a am P f R m eπ∞−=−∞=∑1/221/2()()sssT j fmT a s a T R m T P f edfπ−=∫系数为[][]{}()()()n n m n n n m n m Cov a a E a E a a E a +++=−⋅−2[][]()[][][]an n m a n n m n n m E a E a R m E a a E a E a σ+++⎧+==⎨⎩设广义平稳随机序列{a n } 是实的且互不相关22200a aam m mm σ⎧+==⎨≠⎩20[][][]0an n m n n m m E a a E a E a m σ++⎧==−=⎨≠⎩例5.2.10二进制信息序列{b n }的取值为＋1或－1，m b =0，方差为1，各符号之间互不相关，序列a n =b n +b n-1(算术加）。

《数字信号基带传输》课件

《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。

第4章数字基带信号及其传输

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

信号的传输方式

信号的传输方式

信号的传输方式
信号的传送方式主要有以下三种：
1基带传输：直接在信道上传输基带信号，这种信号可以是数字信号或者是模拟信号。

基带信号的基本频带可以从直流成分到数兆赫兹，但当其频带较宽时，传输线路上的电容电感等因素会对信号波形产生较大衰减，因此传输距离通常不会超过2km。

如果需要更长的传输距离，可能需要加入中继器来放大信号。

2频带传输：将基带信号转换为频率表示的模拟信号来进行传输。

例如，当我们使用电话线进行远程数据通信时，会先将数字信号转换成音频信号再进行传输。

在接收端，这些音频信号会被再次解调回数字信号。

3宽带传输：将信道分成多个子信道，分别传送音视频和数字信号，这种方式的传输介质具有较宽的频带宽度，通常在300~400MHz左右。

系统设计时会将这个频带分割成若干个子频带，并采用“多路复用”技术。

此外，信息还可以通过有线方式和无线方式进行传播，其中有线方式包括电缆和光缆，而无线方式则是利用电磁波。

数字信号的基带传输 (2)

数字信号的基带传输 (2)
缺点: a. 具有非零的直流分量 应用 : 机内码，近距离接口码
21
b. 无在线检错能力

双极性信号
在正逻辑中: 二进制 “1”——〉+AV 二进制 “0”——〉 - A V
优点: a. 如果0、1等概，则无直流分量
b. 抗干扰能力比单极性信号强 缺点: a.需要两种电源 b. 无在线检错能力
应用 : 机内码，近距离接口码
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
（1）齐次性
若 x(t ) T y(t )
则x(t ) T y(t )
（2）可叠加性
y1 t T x1 t ,
y2 t T x2 t
yt T x1 (t ) x2 (t ) T x1 (t ) T x2 (t )
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 )
Y( t )
Y ( t ) kX( t t0 )
光纤, 无线
6
基带和频带传输模型
数字信号 码型生成器 数字信道 接收 滤波器 抽样判决器

数字 信号的基带传输

数字 信号的基带传输
信息的单位：比特
符号与信息
定义：
1比特信息等于“一个等概的二进制符号平均 携带的信息量”。
信息的度量与符号的概率相关 通常，对于一个M进制等概符号，每个符号平
均携带的信息量为log2M（比特）
符号速率与信息速率
符号速率Rs
单位：波特(Baud)，表示平均每秒钟符号产 生的个数
信息速率Rb
t
t kTs
dt
1 Ts
Ra
k
k
t
t
kTs
dt
1 Ts
Ra
k
k
kTs
Pa
f
Ra
e j2 f d 1
Ts
k
Rakຫໍສະໝຸດ kTse j2 f d
1
Ts
k
Ra
k
e j2 kTs
所以，PAM信号的功率谱密度为
Ps
f
1 Ts
k
Ra k e j2 fkTs G f 2
ang t nTs
n
g(t)
n
PAM信号的功率谱密度
假设信源产生的数字序列是平稳的，则根 据平稳信号经过线性系统其功率谱密度的 关系
Ps f Pa f G f 2
Ra
t,
t
E
n
an* t nTs
m
am t mTs
E an*am t nTs t mTs nm
• 其特征是有限集
• 数字符号发生的概率
• 不见得符号集中的每个符号是等概发生的。如英文书中字母“e” 出现的概率比“z”出现的概率大
• 数字符号前后之间的关系
数字信源
通常可以用一个随机数字序列来表示
如：二进制独立等概信源可表示成

数字基带信号的传输

数字基带信号的传输
影响因素
影响信噪比的因
04 数字基带信号的传输系统
传输系统的组成
调制器
将数字基带信号转换为适合传 输的调制信号。
解调器
将传输的调制信号还原为原始 的数字基带信号。
信号源
产生需要传输的数字基带信号， 可以是数据、图像、音频等。
信道
传输调制信号的媒介，可以是 光纤、无线电波、电缆等。
目的地
接收并处理还原后的数字基带 信号。
数字基带信号的传输
目录
CONTENTS
• 数字基带信号的概述 • 数字基带信号的调制与解调 • 数字基带信号的传输性能 • 数字基带信号的传输系统 • 数字基带信号的传输协议 • 数字基带信号的传输案例分析
01 数字基带信号的概述
定义与特点
定义
数字基带信号是指在基本频带内传输 的数字信号，不经过调制直接发送或 传输。
传输系统的性能指标
传输速率
单位时间内传输的数据量，通常以比特率表 示。
信噪比
信号与噪声之间的功率比，影响传输质量。
误码率
传输过程中出现错误的概率，是衡量数据传 输质量的重要指标。
带宽
信道能够传输信号的频率范围，影响传输速 率和抗干扰能力。
传输系统的优化方法
01
信道编码
通过增加冗余信息来提高数据传输 的可靠性。
HDLC协议概述
HDLC（High-Level Data Link Control） 是一种高级数据链路控制协议，用于在点 对点通信链路上进行可靠的数据传输。
• 同步传输
HDLC采用同步传输方式，数据在固定的 时间间隔内以固定的格式发送。
• 效率高
HDLC采用零比特插入技术，避免了比特 插入和删除的过程，提高了数据传输效率 。

通信原理 数字信号的基带传输

通信原理 数字信号的基带传输

2018年10月22日
20
2018年10月22日
21
二进制信息
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
AMI码
B+
B-
0
B+
0
0
0
V+
0
0
0
B-
0
0
B+
B-
0
0
V-
0
0
B+
HDB3码
B+
B-
0
B+
0
V+
B-
0
V-
B+
0
B-
0
0
B+
0
V+
B-
0
V-
B+
B-
B6ZS码
三元码波形
2018年10月22日
n


PG1 (nf s）＋（－ 1 P)G2 (nf s ) ( f nf s )
2
g (t )
是功率信号，将其截短成长度为 T (2N 1)T 的信号 g
s
T
(t )
gT (t )
扣除稳态分量后，剩余的交变分量为
2018年10月22日 18
6.1.3三元码
三元码 －用信号幅度的三种取值表示二进制码 －三元码被广泛地用作PCM的线路传输码型
2018年10月22日
19
6.1.3三元码（1）
传号交替反转码 ——常记作AMI码 ——二进制码0用0电平表示，二进制码1交替地用＋1 和－1的半占空归零码表示 ——AMI码中无直流分量，低频分量较小，能量集中 在 1/2码速处 ——利用传号交替反转规则可用作宏观检测

数字基带信号、基带传输以及频带传输及结构

数字基带信号、基带传输以及频带传输及结构
称为半占空码。
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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h(kTs )
1
2
n
ns
s
/
2
H
(
)e
jk
Ts
d
ns s / 2
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5.4.4 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(kTs )
1
2
n
H ()e d ns s / 2
ns s / 2 n
jkTs
令ω’=ω-nω，则ω=ω’+nω，dω=dω’，所以:
位同步脉冲
只需要对H(ω)作合理设计，在抽样判决器前就可以得到理想的波形
d (t) an (t nTs ) n
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5.4.3 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 nTs ) nR (t) n
2700 9
③ NBd 2 fN 5400 Bd
④ R N Bd log 2 4 10800 bit / s
⑤
10800 3.6bit / s / Hz
3000
例2：一形成滤波器幅度特性如下图所示。
①如果符合奈氏第一准则，其符号速率为多少？α为多少？ ②采用八电平传输时，传信速率为多少？ ③ 频带利用率η为多少 Bd / Hz ？
5.4.1 二进制传输基带传输系统
信道信号形成器即发送滤波器进行信号波形转换 接收滤波器完成抑制带外噪声、均衡信号波形等功能，使其输出波形 更有利于抽样判决 同步提取作用是通过特定方法提取同步信息，并产生同步控制信号 抽样判决器是在位同步脉冲的控制下对信号波形抽样，并按照特定码 型的判决规则恢复原始数字信号
1 k 0 h(kTs ) 0 k 0
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5.4.3 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:
1
h(kTs ) 2
H ()e jkTs d
对上式按照ωs=2π/Ts的长度用分段积分的形式表示为:
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5.3 数字基带信号的功率谱密度 1. 数字基带信号的一般表达式
数字信号的波形如下图所示，假设“1”用g1(t)表示， “0”用g2(t)表示
假设在一个码元周期Ts内“1”出现的概率为P，“0”出现的概率为1-P，
s(t) an g(t nTs ) n 上一页 返回 下一页
本节内容提要：
5.5 部分响应
5.5.1 第I类部分响应波形形成及系统组成
5.5.2 第IV类部分响应波形形成及系统组成
5.5.3 部分响应的推广
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5.5.1 第I类部分响应部分响应 1．第I类部分响应原理
第I类部分响应波形
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第I类部分响应波形的频谱
5.5.1 第I类部分响应部分响应
5.3 数字基带信号的功率谱密度
2. 信号对应的功率谱
Ps ( f ) fsP(1 P) |G1( f ) G2 ( f ) |2
| fs[PG1(nfs ) (1 P)G2 (nfs )]|2 ( f nfs ) n
fs=1/Ts，数值上等于码元速率RB G1(f)和G2(f)分别为g1(t)和g2(t)的傅氏变换 式中的第一项表示连续谱，由其可以确定信号的带宽 第二项是离散谱，由其可以判断信号有无直流分量以及是否包含 同步信息
a0
a1
a2
ห้องสมุดไป่ตู้a3
… t
0
Tb
2Tb
3Tb
4Tb
5Tb
位同步
…
t
脉冲
Tb
——传输速率为RB=1/Ts=fs Baud，信道带宽为B=fs/2 Hz，所以频带利 用率 RB 2 fH 2Baud/Hz
B fH
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5.4.4 无码间干扰的传输特性
3．实用传输特性
滚降特性
H(ω) 1
anh[t0 (k n)Ts ] nR (t0 kTs )
n ,nk
第一项对应第k个码元的样值
第三项nR(t0+kTs)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
5.2.1 常用基带信号
2.单极性不归零(RZ)码
编码规则：高电平表示1码，零电平表示0码； 电平的持续时 间τ比码元周期Tb小，其波形如下：
101101 判决电平
τ Tb
t
占空比：τ/Tb ，典型的取值是τ/Tb=50%
特点及应用：
具有单极性码的大多特点但带宽增大， 可以直接提取同步信息 一般用于设备内部和短距离通信中。
5.3 数字基带信号的功率谱密度
其中
g
(t
)
gg12((tt
nTs ) nTs )
以概率P出现
以概率1 P出现
an是第n个脉冲的相对幅度，其取值与所用码型有关， 对于单极性信号有： 1 “1”码元 an 0 “0”码元 对于双极性信号：
1 “1”码元 an 1 “0”码元
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5.4.4 无码间干扰的传输特性
升余弦特性
系统特性
Ts
H ()
T2s
1
sin
Ts
2
N
0
H(ω)
1
| | N (1 )
(1 )N | | (1 )N
| | (1 )N
α= 1 α= 0.5 α= 0
ω
-2ωN
-ωN
0
ωN
2ωN
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5.4.4 无码间干扰的传输特性
anh(t nTs ) nR (t) n
如果对第k个码元抽样，抽样时刻为t0+kTb，则所得的样值是：
y(t0 kTs ) anh[t0 (k n)Ts ] nR (t0 kTs ) n
改写上式，得：
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5.4.3 码间干扰及其数学分析
y(t0 kTs ) ak h(t0 )
h(t) t0 t0+Tb
h(t)
t t0
t0+Tb t0+2Tb
t
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5.4.3 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)Ts ] 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 ：
第五章 数字信号基带传输
内容简介 学习要求 学习目录 结束放映
0 1
0 100BASE-T
0 1 1 1 10
内容简介
——基带传输是数字或数据据通信中的基本传输方式，终端只要 经过简单的电平和码型变换后就可以在信道中直接传输，主要应 用在局域网等短距离的数据传输中。 ——本章主要介绍基带信号的特性，基带传输系统的组成，无码 间干扰传输系统的设计，以及部分响应 、时域均衡提高系统传输 性能的技术 。
数据传输
a0 a1 a2 a3 ... c0 c1 c2 c3
Tb
抽样
脉冲
Tb
...
样值ck
...
t
t
c0 a0 c1 a0 a1 ...
ck ak 1 ak ...
除第一个样值c0以外，其它样值中前一个码元对后一个码元都有码 间干扰 ，这种码间干扰可以按照下式消除
理想波形
失真后的波形
t
t
发送端波形：
t
0
Tb
2Tb
3Tb
接收端波形：
t
位同步脉冲：
t0
t0+Tb
信号样值
t t0+2Tb t0+3Tb
码间干扰
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5.4.3 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
冲激响应
h(t
)
Sa(t
/
Ts
)
1
cos(t / Ts ) 4 2t 2 2 / Ts2
h(t) α= 1
α= 0.5
α= 0
t
-2Tb
-Tb 0 Tb
2Tb
频带利用率
B (1 ) fH
(1 ) fs / 2
RB 2 fH B (1 ) fH
2 Baud/s
(1 )
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返回 结束
5.2.1 常用基带信号
1.单极性不归零(NRZ)码
编码规则：高电平表示1码，零电平表示0码；波形如下：
101101
判决电平
Tb
t
特点及应用：
发送能量大有利于提高收端信比 带宽窄但直流和低频成分大； 不能提取同步信息 判决电平不易稳定 一般用于设备内部和短距离通信中。
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5.4.2 多进制传输基带传输系统
多进制基带传输系统结构二进制系统相比较，区别实在于收发两端 加二进制和M进制的转换设备 和二进制相较，多进制数据传输系统具有以下特点： 在码元速率相同的条件下，多进制系统可以实现更高的信息速率 在信息速率相同的条件下，有利于提高传输可靠性 多进制系统需要维持多个判决电平，在相同信号功率输入时，抵抗噪 声干扰的能力较弱，所以此时其系统误码率比二进制大 多进制系统设备更复杂