数字基带传输系统的基本结构及功能

第一章绪论1-2何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量值仅可能取有限个值。

模拟信号：电信号的参量取值连续。

两者的根本区别是携带信号的参量是连续取值还是离散取值。

1-3何谓数字通信？数字通信偶哪些优缺点？答：利用数字信号来传输信息的通信系统为数字通信系统。

优点：抗干扰能力强，无噪声积累传输差错可控；便于现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、储存；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。

缺点：一般需要较大的传输带宽；系统设备较复杂。

1-4 数字通信系统的一般模型中各组成部分的主要功能是什么？答：信源编码：提高信息传输的有效性（通过数字压缩技术降低码速率），完成A/D转换。

信道编码/译码：增强数字信号的抗干扰能力。

加密与解密：认为扰乱数字序列，加上密码。

数字调制与解调：把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。

同步：使收发两端的信号在时间上保持步调一致。

1-5 按调制方式，通信系统如何分类？答：基带传输系统和带通传输系统。

1-6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：模拟通信系统和数字通信系统。

1-7 按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：FDM,TDM,CDM。

1-8 单工、半双工及全双工通信方式是按什么标准分类的？解释他们的工作方式。

答：按照消息传递的方向与时间关系分类。

单工通信：消息只能单向传输。

半双工：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。

全双工通信：通信双方可以同时收发消息。

1-9 按数字信号码元的排列顺序可分为哪两种通信方式？他们的适用场合及特点？答：分为并行传输和串行传输方式。

并行传输一般用于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间的数据传输。

串行传输使用与远距离数据的传输。

1-10 通信系统的主要性能指标是什么？答：有效性和可靠性。

1-11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：有效性：传输速率，频带利用率。

数字基带传输系统的基本结构
数字基带传输系统的基本结构包括以下几个部分：
1. 源端编码器：将源数据进行数字化编码，例如将模拟语音信号转换成数字格式。

2. 信道编码器：对源数据进行信道编码，以提高传输的可靠性和抗干扰能力，常用的编码方法包括冗余编码和差错纠正编码。

3. 信道调制器：将经过信道编码的数据进行调制，将数字信号转换为模拟信号，以适应信道传输的要求。

常用的调制方法包括振幅调制、频率调制和相位调制等。

4. 数字-模拟转换器：将调制后的数字信号转换为模拟信号，
以便在信道中传输。

5. 信道：是数字基带传输系统的传输介质，可以是电缆、光纤、无线信道等。

信道会引入噪声和干扰，对传输信号进行衰减和失真。

6. 模拟-数字转换器：将经过信道传输的模拟信号转换为数字
信号，以便进行下一步的处理。

7. 信道解调器：将经过模拟-数字转换器转换后的数字信号进
行解调，还原为调制前的数字信号。

8. 信道译码器：对经过解调的数字信号进行译码，以恢复原始
的信道编码数据。

9. 接收端解码器：对经过信道译码的数据进行解码，将数字信号转换为源数据的原始格式。

总的来说，数字基带传输系统的基本结构是通过源端编码、信道编码、信道调制与模拟-数字转换、信道传输、模拟-数字转换与信道解调、信道译码与接收端解码等步骤，实现源数据的可靠传输。

数字基带传输系统的基本结构数字基带传输系统是一种用于将数字信号传输的通信系统。

其基本结构包括信源、编码器、调制器、信道、解调器和解码器等组成。

本文将逐一介绍这些组成部分的功能和作用。

1. 信源信源是数字基带传输系统的起点，其作用是产生数字信号。

信源可以是各种数字信息，如文字、音频、视频等。

通过信源的输入，数字信号被生成并传输到下一个组成部分。

2. 编码器编码器是将输入的数字信号进行编码的部分。

编码的目的是将数字信号转换为适合传输的形式，并增加抗干扰能力。

编码器可以采用多种编码方式，如霍夫曼编码、差分编码等。

编码后的信号被传输到调制器。

3. 调制器调制器是将编码后的数字信号转换为模拟信号的部分。

在数字基带传输系统中，调制器采用调制技术将数字信号转换为模拟信号。

常用的调制方式有频移键控（FSK）、相移键控（PSK）和振幅键控（ASK）等。

调制后的信号被传输到信道。

4. 信道信道是数字基带传输系统中信号传输的媒介。

信道可以是有线的，如电缆和光纤，也可以是无线的，如无线电波。

在信道中，信号可能会受到各种干扰和噪声的影响，因此需要采取适当的技术来增强信号的可靠性和抗干扰能力。

5. 解调器解调器是将经过信道传输的模拟信号转换为数字信号的部分。

解调器采用解调技术将模拟信号转换为数字信号，并将其传输到解码器。

常见的解调方式包括相干解调和非相干解调等。

6. 解码器解码器是将解调后的数字信号还原为原始信号的部分。

解码器根据编码器的编码规则，对解调后的数字信号进行解码，将其转换为原始的数字信号。

解码后的信号可以用于恢复信源产生的原始信息。

数字基带传输系统的基本结构如上所述。

通过信源产生数字信号，经过编码器、调制器、信道、解调器和解码器等组成部分的处理，最终实现对数字信号的传输和还原。

这种传输系统在现代通信中得到广泛应用，提高了通信的可靠性和效率。

思考题作业题解答1–11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：衡量数字通信系统有效性的性能指标有：码元传输速率R B 、信息传输速率R b 、频带利用率η。

衡量数字通信系统可靠性的性能指标有：误码率P e 和误信（比特）率P b 。

1–12 何谓码元速率和信息速率？它们之间的关系如何？答：码元速率R B 是指单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud ，B ）。

信息速率R b 是指单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒（b/s 或bps ）。

码元速率和信息速率的关系： 或 其中 M 为M 进制（M ＝2 k ，k = 1, 2, 3, …）。

1–13 何谓误码率和误信率？它们之间的关系如何？答：误码率P e 是指错误接收的码元数在传输总码元数中所占的比例。

误信率P b 是指错误接收的比特数在传输总比特数中所占的比例。

在二进制中有：P e ＝P b 。

第1章 绪论（ 习题 ）1–4 一个由字母A 、B 、C 、D 组成的字，对于传输的每一个字母用二进制脉冲编码：00代替A ，01代替B ，10代替C ，11代替D ，每个脉冲宽度为5ms 。

(1) 不同的字母是等可能出现时，试计算传输的平均信息速率；(2) 若每个字母出现的可能性分别为P A ＝1/5，P B ＝1/4，P C ＝1/4，P D ＝3/10，试计算传输的平均信息速率。

解：(1) 平均每个字母携带的信息量，即熵为2（比特/符号）每个字母（符号）为两个脉冲，其宽度为2×5 ms ＝10－2（s ）则平均信息速率为：2（比特/符号）／10－2（秒/符号）＝200（b/s ）(2) 平均信息量为985.1310log 1034log 4125log 51)(222=⨯+⨯⨯+⨯=x H （比特/符号） 平均信息速率为：H (x )／10－2＝1.985／10－2＝198.5（b/s ）1–7 设一数字传输系统传送二进制码元的速率为2400 B ，试求该系统的信息速率。

第一章1.1 以无线广播和电视为例，说明图 1-1 模型中的信息源，受信者及信道包含的具体内容是什么？在无线电广播中，信息源包括的具体内容为从声音转换而成的原始电信号，收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换乘的声音；在电视系统中，信息源的具体内容为从影像转换而成的电信号。

收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换成的影像；二者信道中包括的具体内容分别是载有声音和影像的无线电波1.2 何谓数字信号，何谓模拟信号，两者的根本区别是什么？数字信号指电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号指电信号的参量可以取连续值。

他们的区别在于电信号参量的取值是连续的还是离散可数的。

1.3 何谓数字通信，数字通信有哪些优缺点？传输数字信号的通信系统统称为数字通信系统；优缺点： 1.抗干扰能力强；2.传输差错可以控制；3.便于加密处理，信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理比模拟通信容易的多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密，解密处理；4.便于存储、处理和交换；数字通信的信号形式和计算机所用的信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储，处理和交换，可使通信网的管理，维护实现自动化，智能化；5. 设备便于集成化、微机化。

数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。

设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小，功耗低；6. 便于构成综合数字网和综合业务数字网。

采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。

另外，电话业务和各种非话务业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网；缺点：占用信道频带较宽。

一路模拟电话的频带为 4KHZ 带宽，一路数字电话约占64KHZ。

1.4 数字通信系统的一般模型中的各组成部分的主要功能是什么？数字通行系统的模型见图1-4 所示。

通信原理辅导及习题解析（第六版）第6章数字基带传输系统本章知识结构及内容小结[本章知识结构]图6－1 第6章知识结构框图[知识要点与考点]1．数字基带信号（1）数字基带信号波形基本的数字基带信号波形有单、双极性不归零波形，单、双极性归零波形、差分波形与多电平波形。

（2）数字基带信号的数学表达式 ①()()nsn s t a g t nT ∞=-∞=-∑式中，()s t 为单极性时，n a 取0或＋1；()s t 为双极性时，n a 取＋1或－1。

()g t 可取矩形 ②()()nn s t s t ∞=-∞=∑（3）数字基带信号的功率谱密度[]212212()(1)()()()(1)()()s s s s s s m P f f P P G f G f f PG mf P G mf f mf δ∞=-∞=--++--∑① 二进制数字基带信号的功率谱密度可能包含连续谱与离散谱。

其中，连续谱总是存在，根据连续谱确定信号带宽；在双极性等概信号时，离散谱不存在，根据离散谱确定直流分量与定时分量；② 二进制不归零基带信号的带宽为s f （1/s s f T =）；二进制归零基带信号的带宽为1/τ。

2．常用传输码型常用传输码型有三电平码（AMI 码、HDB3码）与二电平码（双相码、差分双相码、密勒码、CMI 码、块编码）。

其中，AMI 码与HDB3码需要重点掌握。

（1）AMI 码将消息码的“1”(传号)交替地变换为“+1”和“－1”，而“0”(空号)保持不变。

（2）HDB3码 ① 编码规则：当连0数目不超过3个时，同AMI 码；连0数目超过3时，将每4个连“0”化作一小节，定义为B00V ；V 与前一个相邻的非0脉冲极性相同，相邻的V 码之间极性交替。

V 的取值为+1或-1；B 的取值可选0、+1或-1；V 码后面的传号码极性也要交替。

② 译码规则：寻找破坏脉冲V 码，即寻找两个相邻的同极性码，后一个码为V 码；V 码与其之前的3个码一起为4个连0码；将所有-1变成+1后便得到原消息代码。

第一章1-3 何谓数字通信数字通信有哪些优缺点数字通信即通过数字信号传输的通信。

数字通信具有以下特点：（1）传输的信号是离散式的或数字的；（2）强调已调参数与基带信号之间的一一对应；（3）抗干扰能力强，因为数字信号可以再生，从而消除噪声积累；（4）传输差错可以控制；（5）便于使用现代数字信号处理技术对数字信号进行处理；（6）便于加密，可靠性高；（7）便于实现各种信息的综合传输。

缺点：一般需要较大的传输带宽。

1-4数字通信系统的一般模型中各组成部分的主要功能是什么（1）信息源：把各种消息转换成原始电信号。

（2）信源编码：一是提高信息传输的有效性，二是完成模/数转换。

（3）加密：保证所传信息的安全。

（4）信道编码：增强数字信号的抗干扰能力。

（5）数字调制：把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。

（6）信道是用来将来自发送设备的信号传送到接收端。

（7）解调：在接收端可以采用相干解调或非相干解调还原数字基带信号。

（8）信道译码：接收端的信道译码器按相应的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。

（9）解密：在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息。

（10）信源译码：是信源编码的逆过程。

（11）受信者：是接受消息的目的地，其功能与信源相反，即把原始电信号还原成相应的消息。

1-5按调制方式，通信系统如何分类按调制方式，可将通信系统分为基带传输系统和带通传输（频带或调制）系统。

基带传输是将未经调制的信号直接传送，如音频室内电话；带通传输是对各种信号调制后传输的总称。

1-8单工,半双工及全双工通信方式是按什么标准分类的解释它们的工作方式并举例说明。

按消息传递的方向与时间关系来分类。

（1）单工通信，是指消息只能单方向传输的工作方式。

如：广播，遥控，无线寻呼等例子。

（2）半双工通信，指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。

数字基带传输系统的组成
数字基带传输系统由以下各组成部分：
1. 信源编码器：将要传输的信息进行数字化，采用数据压缩算法，减小数据量，以此提高传输效率。

常见的信源编码器包括哈夫曼编码器、游长栓编码器等。

2. 信道编码器：对数字化后的信息进行编码，以增强数据的可靠性，降低误码率。

常见的信道编码器包括卷积码、 Turbo码等。

3. 交织器：在信道编码后，还需要通过交织器实现信道编码对数据的扰乱，以避免出现连续误码。

交织器可以采用块交织、条带交织等方式。

4. 映射调制器：将数字信号转换成模拟信号，以在传输媒介上进行传输。

常见的映射调制器包括QPSK调制器，16QAM调制器等。

5. 误码纠正器：在传输过程中，使用纠错码来纠正传输中的误码，以提高传输数据的可靠性，降低误码率。

6. 解调器：将收到的信号转换为数字信号，以进行解码和解交织等操作。

7. 信道解码器：对接收到的信道编码信号进行解码，还原出原始数据。

常见的信道解码器包括卷积解码器、Turbo解码器等。

8. 信源解码器：对从信道解码器输出的数据进行解码，恢复为原始数据。

以上几个组成部分共同构成了数字基带传输系统，并且在实际的应用中，这些组成部分的配置和数量可能略有不同，但是其实质都是为了提高数字信号传输的稳定性和可靠性。

第5章 数字基带传输系统5.1 学习指导 5.1.1 要点本章的要点主要有数字基带传输系统结构及各部件功能；基带信号常用波形及其频谱特性；基带传输常用码型的编译及其特点；码间串扰和奈奎斯特第一准则；理想低通传输特性和奈奎斯特带宽；升余弦滚将特性；第一类部分响应系统；无码间串扰基带系统的抗噪声性能；眼图和均衡的概念。

1.数字基带传输系统数字基带传输系统：不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，其基本结构如图5-1所示。

主要有发送滤波器、信道、接收滤波器、同步提取电路以及抽样判决器组成。

发送滤波器用于产生适合于信道中传输的基带信号波形。

信道是基带信号传输媒质（通常为有线信道）。

加性n (t )是均值为零的高斯白噪声。

接收滤波器的功能接收有用信号，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。

同步提取即从接收信号中提取用来抽样的定位脉冲。

抽样判决器用来对对接收滤波器的输出波形进行抽样、判决和再生（恢复基带信号）。

图5 - 1 数字基带传输系统的原理方框图2.数字基带信号及其频谱特性(1) 数字基带信号数字基带信号用不同的电平或脉冲来表示不同的消息代码。

数字基带信号的单个脉冲有矩形脉冲、余弦脉冲、升余弦脉冲、高斯脉冲等等形式。

常用的基本信号波形有：单极性与双极性波形、不归零码与归零码波形、差分波形、多电平波形等。

数字基带信号通常是一个随机的脉冲序列。

若其各码元波形相同而电平取值不同，则可表示为()()nsn s t a g t nT ∞=-∞=-∑ (5-1)式(5-1)中，a n 是第n 个码元所对应的电平值（随机量）；T s 为码元持续时间；g (t )为某种脉冲波形。

一般情况下，数字基带信号可表示为()()nn s t s t ∞=-∞=∑ (5-2)(2) 基带信号的频谱特性数字基带信号s (t )的频谱特性可以用功率谱密度来描述。

设二进制随机信号为()()nn s t s t ∞=-∞=∑ (5-3)其中()()()12,0()11=S n S g t nT s t g t nT -⎧⎪=⎨-⎪⎩对应“”，以概率P 出现，对应“”，以概率P 出现 则s (t )的功率谱密度为212()(1)()()s S P f f P P G f G f =--+212[()(1)()]()S S S S m f PG mf P G mf f mf δ∞=-∞+--∑(5-4)式(5-4)中，f s =1/T s 为码元速率；G 1(f )和G 2(f )分别是g 1(t )和g 2(t )的傅里叶变换。

数字基带传输系统的组成数字基带传输系统是一种数字信号传输技术，它将数字信号直接传输到接收端，而不需要进行模拟信号转换。

数字基带传输系统由多个组成部分构成，下面将逐一介绍。

1. 发送端发送端是数字基带传输系统的核心部分，它负责将数字信号转换为电信号，并将其发送到接收端。

发送端通常由数字信号处理器、调制器、编码器和发射机等组成。

数字信号处理器用于对数字信号进行处理和调整，以便更好地适应传输通道。

调制器将数字信号转换为模拟信号，以便在传输过程中进行传输。

编码器将数字信号转换为二进制码，以便在传输过程中进行传输。

发射机将电信号发送到传输介质中。

2. 传输介质传输介质是数字基带传输系统的传输通道，它可以是电缆、光纤、无线电波等。

传输介质的选择取决于传输距离、传输速率、传输质量和成本等因素。

电缆和光纤通常用于短距离传输，而无线电波则适用于长距离传输。

3. 接收端接收端是数字基带传输系统的另一个核心部分，它负责接收传输介质中的电信号，并将其转换为数字信号。

接收端通常由接收机、解调器、解码器和数字信号处理器等组成。

接收机将电信号接收并放大，以便进行后续处理。

解调器将模拟信号转换为数字信号，以便进行解码和处理。

解码器将二进制码转换为数字信号，以便进行后续处理。

数字信号处理器用于对数字信号进行处理和调整，以便更好地适应接收端的要求。

4. 控制器控制器是数字基带传输系统的另一个重要组成部分，它负责控制整个系统的运行和管理。

控制器通常由微处理器、存储器和接口电路等组成。

微处理器用于控制系统的运行和管理，存储器用于存储系统的程序和数据，接口电路用于与其他设备进行通信和交互。

数字基带传输系统由发送端、传输介质、接收端和控制器等多个组成部分构成。

这些部分相互协作，共同完成数字信号的传输和处理，为现代通信技术的发展做出了重要贡献。