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通信原理基本的数字频带传输

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通信原理(第六章 数字基带传输系统)图片公式

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。

数字通信原理-数字基带传输系统

数字通信原理-数字基带传输系统

信道信号 形成器
GT( )
信道 C( )
接收 滤波器
GR( )
同步 提取
抽样 判决器
信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号； 信道是允许基带信号通过的媒质； 接收滤波器是用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰的； 抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。
信道信号形成器
把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种 变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的，其目的是 与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和 抽样判决。
第五章
数字信号基带传输
第一节 数字基带传输系统
数字信号 传输方式
数字基带 传输方式
数字频带 传输方式
数字基带传输
• 数字基带传输：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，数字基带信号可以直接传输。直接 传输数字基带信号的方式即数字基带传输。
基带脉冲输入
信道
基带脉冲输出
干扰
数字基带传输系统示意图
数字信号频带传输
数字频带传输：大多数带通型信道，如各种无线信道和光纤信道， 数中传 输。包括调制和解调过程的传输方式称为数字频带传输。
基带脉冲输入
调制器
信道
基带脉冲输出
解调器
干扰
数字频带传输系统示意图
数字基带传输系统组成模型
n(t)
数字 基带信号
信道
• 信道是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道。 • 信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，甚至是随
机变化的，信道还会引入噪声。 • 在通信系统的分析中，常常把噪声n(t)等效，集中在信
道中引入。
接收滤波器
• 滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有 利于抽样判决。

频带传输技术

频带传输技术

频带传输技术
频带传输的定义
频带传输，有时也称宽带传输，是指将数字信号调制成音频信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。

我们将这种利用模拟信道传输数字信号的方法称为频带传输技术。

是利用模拟信号进行数据传输是一种比较普遍的通信方式。

频带传输将代表二进制数据的“1”和“0”信号，通过调制解调器变成具有一定频带范围的模拟信号进行传输。

典型的例子就是电话电路，其特性是带通型，一般频率范围为300～3400Hz，基带信号不能通过，所以要采取措施把基带信号调制解调到电话电路的频带范围内传输，频带传输可实现远距离的数据通信。

在实现远距离通信时，经常借助于电话线路，此时就需要利用频带传输方式。

采用频带传输时，调制解调器 Modem）是最典型的通信设备，要求在发送和接收端都要安装调制解调器。

通信原理实验2数字频带传输系统实验

通信原理实验2数字频带传输系统实验

实验2 数字频带传输系统实验一、实验目的掌握数字频带传输系统调制解调的仿真过程 掌握数字频带传输系统误码率仿真分析方法二、实验原理数字频带信号通常也称为数字调制信号，其信号频谱通常是带通型的，适合于在带通型信道中传输。

数字调制是将基带数字信号变换成适合带通型信道传输的一种信号处理方式，正如模拟通信一样，可以通过对基带信号的频谱搬移来适应信道特性，也可以采用频率调制、相位调制的方式来达到同样的目的。

1.调制过程 1）2ASK如果将二进制码元“0”对应信号0，“1”对应信号tf A c π2cos ，则2ASK 信号可以写成如下表达式：()()cos2T n s c n s t a g t nT A f tπ⎧⎫=-⎨⎬⎩⎭∑{}1,0∈n a ，()⎩⎨⎧≤≤=其他 0T t 01s t g 。

可以看到，上式是数字基带信号()()∑-=ns n nT t g a t m 经过DSB 调制后形成的信号。

其调制框图如图1所示：图1 2ASK 信号调制框图2ASK 信号的功率谱密度为：()()()][42c m c m s f f P f f P A f P ++-=2）2FSK将二进制码元“0”对应载波t f A 12cos π，“1”对应载波t f A 22cos π，则形成2FSK 信号，可以写成如下表达式：()()()()()12cos 2cos 2T n s n n s n nns t a g t nT A f t a g t nT A f t πϕπθ=-++-+∑∑当=n a 时，对应的传输信号频率为1f ；当1=n a 时，对应的传输信号频率为2f 。

上式中，n ϕ、n θ是两个频率波的初相。

2FSK 也可以写成另外的形式如下：()()cos 22T c n s n s t A f t h a g t nT ππ∞=-∞⎛⎫=+- ⎪⎝⎭∑其中，{}1,1-+∈n a ，()2/21f f f c +=，()⎩⎨⎧≤≤=其他 0T t 01s t g ，12f f h -=为频偏。

通信原理第4章 数字基带传输

通信原理第4章 数字基带传输
其功率谱示意图如图（b）中实线所示。
2020/1/25
第4章 数字基带传输
16
4.3 数字基带传输系统及码间干扰
数字基带传输系统模化为
其中

d(t) bk (t kTs )
k
H( f ) HT ( f )HC ( f )HR ( f )
h(t) F 1[H ( f )] H ( f )e j2 ft df
14
4.2 数字基带信号的功率谱分析
【例4-2】试分析下图a）所示双极性全占空矩形脉冲序列 的功率谱。设“１”、“0”等概。
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第4章 数字基带传输
15
4.2 数字基带信号的功率谱分析
AMI码数字基带信号如下图（a）所示，“1”、“0”等 概，则其功率谱表达式为 P( f ) A2Ts Sa2 ( fTs ) sin2 ( fTs )

y(t) bk h(t kTs ) nR (t) k
研究表明，影响系统正确接收的 因素有两个： ① 码间干扰（Inter-Symbol
Interference—ISI）
② 信道中的噪声
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第4章 数字基带传输
17
4.3 数字基带传输系统及码间干扰
2020/1/25
第4章 数字基带传输
1
第4章 数字基带传输
将输入数字信号 变换成适合信道 传输的信号
低通型 信道
滤除噪声和 校正信道引 起的失真
输入
a
码型
发送
变换 b 滤波器
信道
c
定时脉冲
噪声 n(t)
接收 d
滤波器
取样 判决

通信原理第5章数字基带传输系统

s(t)的短截。即
N
sT (t) sn (t)
n N
为了使频谱分析的物理概念清楚，推导过程简 化，将sT(t)分解成稳态波vT(t)和交变波uT(t)。
24
稳态波：是随机序列s(t)的统计平均分量，
取决于每个码元内出现g1(t)、 g2(t)的概率加 权平均，且每个码元统计平均波形相同，因
此可表示成：
13
2. 双极性不归零码波形（BNRZ）
脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码1、0。
特点：当0、 1符号等概出现时无直流分量（幅度相 等、极性相反的双极性波形） 。 接收端判决电平为 0，不受信道特性变化的影响，抗干扰能力较强。双 极性波形有利于在信道中传输。
E
10
-E
14
3. 单极性归零波形（RZ）
f
s
Pg1(t) (1 P)g2 (t) e jms d
f s PG1(m s ) (1 P)G2 (ms )
28
式中
G1(ms ) g1(t)e jmstdt
G2 (ms ) g2 (t)e jmstdt
29
把得到的Cm代回v(t)表达式得
v(t) f s PG1(m s ) (1 P)G2 (m s )e jmst
代码
10
0
Ts
12
此波型不宜传输。因为：
1）有直流分量，一般信道难于传输零频附近的 频率分量。 2）收端判决门限电平与信号功率有关，受信道特 性变化影响，不方便。 3）不能直接用来提取位同步信号，因NRZ连0序 列中不含有位同步信号频率成分。 4）要求传输线路有直流传输能力，即有一根需要 接地。
此波形只适用于计算机内部或极近传输。
信道匹配， 便于传输，减小码间串扰，利于同步提取

通信原理——数字基带传输系统3

－T O (a )

s s
系统带宽：
1 B 2Ts
华北水利水电学院信息工程系 王玲
无码间串扰的基带传输特性
冲激响应波形：
h(t)
-4T s
-3Ts -2Ts
-Ts
0
Ts
2Ts 3Ts
4T s
华北水利水电学院信息工程系 王玲
无码间串扰的基带传输特性
因而，通过分析，可以得到以下结论： (1)对于理想低通系统，若Tb=mTs，m∈N，则可实 现无码间干扰传输，则传码率RB=1/Tb=1/(mTs) ； (2)理想低通系统最大频带利用率为：
基带传输系统的抗噪声性能
二进制双极性基带系统 接收滤波器的输出是一混合波形，即 x(t)=s(t)+nR(t) s(t)：数字基带信号； nR(t) ：接收滤波器输出端噪声。 为了得到第k个码元，选取抽样时刻t=kTs，则抽样值：
1 ’ 时 A nR ( kTs ) 发 送 ‘ x( kTs ) 0’ 时 A nR ( kTs ) 发 送 ‘
s
0 (b)
1s 2T 4W1
t
华北水利水电学院信息工程系 王玲
无码间串扰的基带传输特性
滚降系统无码间串扰的传码率＝与之等效的理想低 通系统的无码间串扰的传码率；理想低通系统的截止 频率为滚降系统传输函数衰减到其最大值一半时对应 的频率点。
码元传输速率：RBMAX=1/Ts 频带利用率：ηmax＝RBmax/B=2/(1+α) 当 α ＝ 0 ，为理想低通特性，此时频带利用率最大， 2Bd/Hz； 当 α ＝ 1 ，称为升余弦特性，此时频带利用率最小， 1Bd/Hz。
t0 ＋ 2Ts
t
无码间串扰的基带传输特性

第7章数字信号传输


2 4
传输码型
–
HDB3码
例：
传输的HDB3码： -1000-1+1-1+100+1 -1000-1+1 0 0+10-1
恢复的二进码序列： 1000 0 1 1 0 0 0 0 100 0 0 0 0 0 0 0 1
《数字通信原理》 传输码型特性的分析比较
2 6
传输码型特性的分析比较
常见的传输码型：
●不归零码——连续谱第一个零点为 fB
1
归零码——连续谱第一个零点为 2 fB
不归零码：
fB
1 TB
1
归零码：
2 fB
2 TB
2
2
1
9
《数字通信原理》 传输码型–单极性码
1 1
主要内容
1 对基带传输码型的要求
2 单极性不归零码
3
单极性归零码
11
1 2
传输码型
–
单极性码
1、对基带传输码型的要求
➢传输码型的功率谱中应不含直流分量， 同时低频分量要尽量少； ➢传输码型的功率谱中高频分量应尽量少； ➢便于定时时钟的提取； ➢传输码型应具有一定的检测误码能力； ➢对信源统计依赖性最小； ➢要求码型变换设备简单、易于实现。
《数字通信原理》 传输码型–HDB3码
1 9
传输码型
–
HDB3码
常见的传输码型：
➢单极性不归零码（即NRZ码）
➢单极性归零码（即RZ码）
➢AMI码
➢HDB3码
➢CMI码
不适合基 带传输
2 0
传输码型
–
HDB3码
HDB3码 二进码序列：0000
V V+ (+1)

通信原理第8章数字信号的频带传输


分布的。发“1”、发“0”码时x(t)
f1(x) f0(x)
1
2π n
exp[
( x A)2
2
2 n
]
1
2π n
exp
x2
2
2 n
２ASK信号相干解调时概率分布曲线
当P(0)=P(1)=1/2 时，判决门限电平为A/2, 相干检测时
2ASK系统的误码率为
Pe P(1)P(0 /1) P(0)P(1/ 0)
Po ( f
)
1 16
[
(
f
fc) (
f
fc )]
1 16
Tb
[Sinc2Tb
(
f
fc ) Sinc2Tb ( f
fc )]
由此画出2ASK信号功率谱示意图。
2ASK信号的功率谱
由图
(1) 因为2ASK信号的功率谱密度Po(f)是相应的单极性数字 基带信号功率谱密度Ps(f)形状不变地平移至±fc处形成的，所 以2ASK信号的功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。 它 的连续谱取决于数字基带信号基本脉冲的频谱G(f)；它的离散 谱是位于±fc处一对频域冲击函数，这意味着2ASK信号中存 在着可作载频同步的载波频率fc的成分。
8.1 引 言
由于数字基带信号往往具有丰富的低频成分，而实际的通信信 道又具有带通特性，因此，必须用数字信号来调制某一较高频 率的载波，使已调信号能通过带限信道传输。
用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数 字信号的过程称为数字调制。
已调信号通过信道传输到接收端，在接收端通过解调器把频带 数字信号还原成数字基带信号，这种数字信号的反变换称为数 字解调。
ct
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ASK信号 PSK信号 FSK信号
2020/6/27
图5.0 二元ASK、FSK与PSK的信号波形
3/133
本章目录：
5.1 2ASK 5.2 2FSK 5.3 2PSK与2DPSK 5.4 QPSK与DQPSK 5.5 基本频带调制的讨论 5.6 *复包络、等效基带系统与无ISI传输
2020/6/27
最佳性能指标，用 于提供宏观指导
Pe
1 e /4 2
1 e(Eb / N0 )/2 2
Eb1
Tb A cos 2
0
fct 2
dt
A2 2
Tb 1 cos 4
0
fct dt
A2Tb 2
Eb0 0
, Eb
Eb1 Eb0 2
Hale Waihona Puke A2Tb 4• 小信噪比时，包络检波器抗噪性能急剧下降，系统无法 正常工作。存在门限效应。
2.5 109 N0
1)
当N0 11010 ,
Eb
N0
25 ,
Pe
1
e
25 2
2
1.86106
2) 当N0 3109 , Eb N0 0.83
Pe
1 e(Eb / N0 )/2 2
由门限效应可知，系统无法正常工作。（不再用公式计算）
2020/6/27
16/133
例5.2 考虑基带信号为矩形NRZ信号，2ASK系统的传输率为
5Mbps，接收BPF输出幅度为223.6mV；高斯噪声的功率谱密
度分别为 N0 3109 和 N0 11010 。求两种情况下包络检
波器输出的误码率。
解：取
B
Rb
5MHz
, 可得
2 n
N0 BBPF
N0 2Rb
A2
2
2 n
A2 2N0 2Rb
0.22362 4N0 5106
通信原理
第5章 基本的数字频带传输
2020/6/27
1/133
本章讲述数字通信的基本频带传输方法，同学们学习时应注意 数字调制与模拟调制的异同、几种数字调制之间的异同，有效 的提高对于新内容的理解。
主要内容有：
掌握：2ASK，2FSK，2PSK，2DPSK、QPSK信号的调制/解调 原理和技术方法，已调信号的波形特点、频谱与带宽。
数字载波系统模型：
调制信号 数字基带信号
mt 频带调制
已调带通信号
st
传输媒介 (信道)
nt
mˆ t 频带调制
数字基带信号
rt stnt
带通信号
2020/6/27
6/133
已调带通信号:
s(t) a(t) cos[2 fct (t)] xc (t) cos 2 fct xs (t) sin 2 fct
输出
定时信号
图 5.1.3 2ASK包络检波解调框图
r t s2ASK t ni t
yt Amt
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12/133
非相干解调
mt
sook t
A
t
1001
A
1
t
t
Acos 2 fct
t yt Amt
sook t A
t
t
1001
A
t
2020/6/27
13/133
• 大信噪比时，系统的误码率：
2ASK信号也可以表示为：
s2 ASK
t
A cos 0
2
fct
, ''传号'' , ''空号''
第n个码元
,n 1Tb t nTb
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✓ 2ASK信号的产生：
单极性不 归零信号
mt
s2ASK t
乘法器
Acos 2 fct
（a）乘积法
Acos 2 fct
载波产生
s2ASK t
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图5.1.1 2ASK（或OOK）信号的波形
ON-OFF Keying
通断键控 或启闭键控
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✓ 2ASK信号时域表示：
s2ASK t Amtcos 2 fct
其中: m t an gT t nTb
n
1 , 依概率 p
,
an
0 ,
依概率q
gT t 基带脉冲形状
Re[g(t)e j2 fct ]
g(t) a(t)e j (t) xc (t) jxs (t)
令： G f F g t , Pg f 是 g t的PSD
s(t) 的频谱: S f 1/ 2 G f fc G f fc
或功率谱: Ps f 1/4 Pg f fc Pg f fc
s2ASK t
mt
（b）开关法（键控法）
图5.1.2 2ASK调制框图
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2. 包络检波解调方法 解调方法简单易实现，成本低廉。
an 发送端
信道
m(t)
带宽B
s2ASK t
B=Rb 带宽2B n(t)
带宽2B
BPF
包络检波器
抽样判 决器
r (t )
y(t)
aˆn
4/133
数字通信系统简化模型
发送设备
信号处理
信 源
格 式 化
信
信
源 加道
编 密编
码
码
格 信式 宿化
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信号处理
信
信
源 解道
译 密译
码
码
接收设备
mt
基带信号
脉 冲
频
基带
带调
调制
制
发 st
射 机
噪声
信
道 nt
脉 冲 基 带 检
频 带 解 调
接 收 机
测
基带信号 mˆ t
r t
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7/133
5.1 2ASK
(2 Amplitude Shift Keying)
BASK
2020/6/27
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5.1.1 基本原理
BASK
2ASK或OOK (二进制幅移键控) ——键控（改变）正弦 载波的振幅来传输0或1符号。
1. 2ASK信号及其调制方法
an
mt
Acos 2 fct
理解：基本系统的误码性能分析，各系统基本带宽、频带 利用率与误码指标、系统特点对比，无ISI频带传输设计方法， 基本多进制调制与QAM原理。
了解：DQPSK、OQPSK与π/4-DQPSK信号，载波同步
2020/6/27
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数字频带传输技术——在带通信道上传输数字信号的方法。
单极性NRZ 双极性NRZ
大于10倍以上
Pe
1 2
e
/4
BPF的输出信噪比
定义信噪比：
A2
2
2 n
A2
(2N0BBPF )
A2 2
接收信号s(t)中“1”码对应码元的平均功率
fc
2020/6/27
Pni f BBPF
N0 2
f
fc
BBPF Rb 得最佳误码率
理论最小带宽
2 n
N0 BBPF
14/133
BBPF Rb ，得最佳误码率Pe
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例5.1 2ASK系统的传输率为5Mbps，接收BPF输出幅度为
223.6mV；高斯噪声的功率谱密度分别为 N0 11010
和 N0 3109 。求两种情况下包络检波器输出的误码率。
解：
Eb N0
A2Tb 4N0
A2 4 N0 Rb
0.22362 4N0 5106