第10讲 基带传输：ISI、奈氏准则、眼图、部分相应系统分析

表示方法
数字信号可以通过多种方式表示，如二进制、八进制和十六进制等。其中，二 进制是最常用的表示方法，因为它具有简单、可靠和易于传输的优点。
数字信号的波形
波形种类
数字信号的波形有多种，如矩形波、三角波和正弦波等。这 些波形在数字通信和数字信号处理中有着广泛的应用。
波形参数
数字信号的波形参数包括幅度、频率和相位等，这些参数可 以用来描述波形的特征和变化规律。在数字信号传输和处理 过程中，波形参数的变化会对信号的质量和性能产生影响。
《数字信号基带传输》 PPT课件
CONTENTS
目录
• 引言 • 数字信号基础知识 • 基带传输系统概述 • 数字信号的基带传输 • 基带传输系统的性能分析 • 基带传输系统的实际应用案例
CHAPTER
01
引言
课程背景
数字信号基带传输是通信系统中的重 要组成部分，广泛应用于数字电视、 数字广播、数字音频等领域。
CHAPTER
02
数字信号基础知识
数字信号的定义与特点
定义
数字信号是一种离散的、不连续的信 号，它表示的是离散时间状态的变化 。
特点
数字信号具有离散性、不连续性和量 化性，这些特点使得数字信号在传输 和处理时具有更高的可靠性和抗干扰 能力。
数字信号的生成与表示
生成方式
数字信号可以通过各种方式生成，如抽样、量化和编码等。这些过程可以将连 续的模拟信号转换为离散的数字信号。
CHAPTER
06
基带传输系统的实际应用案例
基于基带传输的数字电视系统
数字电视系统概述
数字电视系统采用基带传输方式，将数字信号传输到接收端，实现 高质量的视频和音频播放。
数字电视系统的组成

2020/4/13
通信原理
数字信号的基带传输
5.
2020/4/13
通信原理
数字信号的基带传输
6. 交替极性码(AMI)
2020/4/13
通信原理
数字信号的基带传输
7. 三阶高密度双极性码(HDB3) 当信码序列中加入破坏脉冲以后，信码B和破坏脉冲V的正 负必须满足如下两个条件：
2020/4/13
T
T
2020/4/13
通信原理
数字信号的基带传输
数字基带信号的一般数学表达式
设二进制的随机脉冲序列如图 （a）所示。 其中，假设g1(t) 表示“0”码，g2(t) 表示“1”码。g1(t)和g2(t)在实 际中可以是任意的脉冲，但为了便于在图上区分，这里我们把g1(t) 画成宽度为Ts的方波，把g2(t)画成宽度为Ts的三角波。
(b)
(c)
图 4 - 5 CMI编/
2020/4/1(3a)CMI码编码器电路； (b通) C信M原理I码译码器电路； (c) 各点波形
数字信号的基带传输
3. 单片HDB3编译码器 近年来出现的HDB3编码器采用了CMOS型大规模集成电 路CD22103， 该器件可同时实现HDB3编、译码，误码检测及 AIS码检出等功能。主要特点有：
抽样判 恢复后的
决
数字基带信号
噪声
位同步提取
2020/4/13
通信原理
数字信号的基带传输
4.1 数字基带信号
4.1.1 数字基带信号的常用码型
传输码型的选择，主要考虑以下几点： (1) 码型中低频、 高频分量尽量少； (2) 码型中应包含定时信息， 以便定时提取； (3) 码型变换设备要简单可靠； (4) 码型具有一定检错能力，若传输码型有一定的规律性， 则就20可20/4根/13 据这一规律性来检测通传信原输理质量，

mod 2 bk bk 1 ak
ak Ck mod 2
2019/12/5
16
第6章 数字基带传输
上面更详细的推理如下：
（1）预编码（差分编码）： bk ak bk1
（2）转化为双极性：
bk' 2bk 1
（3）相关编码： Ck bk' bk' 1
（4）采样、量化：设仍为： Ck bk' bk' 1
2019/12/5
37
第6章 数字基带传输
定义峰值失真:
D
1 y0

yk
k
k 0
注：与课本不同， 均指绝对值。
即：所有抽样时刻上得到的码间干扰总的值(峰值)与 时刻 k 0 上的样值之比。
分析：若无ISI，则 yk 0(k 0), 则此时D=？？？ ，若有ISI，希望（ ） ，最小峰值畸变准则。
第6章 数字基带传输
Ck ak ak1
在接收端，若传输无差错，则k时刻的抽样值为（传输 延迟另外考虑）：
Ck' ak ak1
可以推出：
ak Ck ak1
2019/12/5
只要知道（ 即可求出（
），
）。
10
第6章 数字基带传输
由于 ak 1 根据 Ck ak ak1 Ck ？？？
第6章 数字基带传输
（1）最小峰值法（迫零调整法）
设均衡前的输入峰值失真：
1
D0
x0
xk
k
k 0
归一化：令 x0 1
则：

D0 xk
k k 0
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,最高频带利
设系统频带为W (赫), 则该系统无码间 干扰时的最高传输速率为2W (波特)
21
当H(ω)的定义区间超过
时,满足
奈奎斯特第一准则的H(ω)不只有单一的解.
22
将
圆滑处理(滚降),只要
对W1呈奇对称,则 一准则.
满足奈奎斯特第
滚降因数
23
按余弦滚降的 表示为
当α=1时, 带宽比α=0加宽一倍, 此时,频带利用率为1B/Hz 24
译码:V是表示破坏极性交替规律的传号,V是破坏点,译码时,找 到破坏点,断定V及前3个符号必是连0符号,从而恢复4个连0码, 再将-1变成+1,便得到消息代码.
13
5.3 基带脉冲传输与码间干扰
基带系统模型
d(t)
GT（ω）
C（ω） s(t)
发送滤波器 传输信道
发送滤波器输入
r(t)
+ GR（ω）
破坏极性交替
AMI码含有冗余信息，
规律
具有检错能力。
缺点 与信源统计特性有关，功率谱形状 随传号率（出现“1”的概率）而变化。
出现连“0”时，长时间不出现电平 跳变，定时提取困难。
11
归一化功率谱
P=0.5 P=0.4
HDB3 AMI
1
fT
能量集中在频率为1/2码速处,位定时频率(即码速频率)分量 为0,但只要将基带信号经全波整流变为二元归零码,即可得 12 位定时信号.
第k个接收 基本波形
17
码间干扰
随机干扰
5.4 无码间干扰的基带传输特性
基带传输特性
识别
h(t) 为系统
的冲激响应
18
当无码间干扰时, 对h(t)在kTs抽样,有:

奈氏准则的主要含义1. 奈氏准则啊，简单来说就是告诉你在通信中，信息传输速度是有个上限的呀！就好比你跑步，总不能一下子就飞起来吧。

比如在网络视频通话时，如果超过了奈氏准则规定的速度，那画面不就卡顿啦！2. 奈氏准则的主要含义呢，就是给信息传输划了个框框呀！它就像个紧箍咒，限制着数据传输的能力呢。

你想想，要是没有这个，那信息不就乱套啦？像下载文件的时候，如果不遵循奈氏准则，那文件可能就损坏啦！3. 嘿，奈氏准则的主要含义其实就是保证信息能准确无误传输的规则呀！这就好像交通规则一样，要是没有，那路上不就乱成一锅粥啦？比如无线传输时，不考虑奈氏准则，信号不就变得很差嘛！4. 奈氏准则的主要含义呀，你可以把它想象成一条线，不能轻易跨越的哟！就如同在比赛中，不能随便出界一样。

像音频传输中，如果突破了奈氏准则，那声音不就全是杂音啦！5. 哇塞，奈氏准则的主要含义就是让信息传输有序进行的准则呀！好比是一个指挥员，指挥着信息的流动呢。

你看，在数字信号传输时，不遵循奈氏准则，那信号不就乱了套啦！6. 奈氏准则的主要含义啊，就是给信息传输设了个门槛呀！这就跟进门要抬脚一样自然。

比如说在数据通信中，不按照奈氏准则来，那数据能准确到达吗？肯定不行呀！7. 嘿呀，奈氏准则的主要含义不就是保证信息传输质量的嘛！就好像是给信息穿上了保护衣。

要是在通信过程中忽略了奈氏准则，那通信质量不就大打折扣啦！8. 奈氏准则的主要含义呀，其实就是让信息传输不犯错的指南呢！就像航海中的灯塔指引方向一样。

想想看，如果在信号传输时违反了奈氏准则，那不是全乱套啦！9. 哎呀呀，奈氏准则的主要含义就是给信息传输定的规矩呀！没规矩不成方圆嘛。

比如在图像传输时，不考虑奈氏准则，那图像还能看清吗？10. 奈氏准则的主要含义哟，就是让信息传输合理进行的关键呀！这就跟建房子要有框架一样重要呢。

要是在数据传输中不重视奈氏准则，那后果可不堪设想呀！我的观点结论：奈氏准则对于信息传输真的太重要啦，我们必须要好好理解和遵循它呀！。

0
_E
双极性归零(RZ-L )
Ts：码元宽度；τ：脉冲宽度
不归零和归零信号的码元宽度相同，但脉
冲宽度τ不同，导致信号频谱不同。
占空比
脉冲 码元
宽 宽
度 度
Ts
归零信号的占空比通常为1/2，称为半占空
码；不归零信号的占空比为1。
差分波形 不是用码元的电平的高低来表示数字，而是用相邻
码元电平的变化来表示数字符号。 规则： “1” --- 相邻码元电平值 跳变 “0” --- 相邻码元电平值 保持不变
基带系统框图：
原生 基带 脉冲
信道信号 形成器
信 道
噪声源
接收 滤波器
抽样 判决器
再生 基带 脉冲
4.1 数字基带信号及其频谱特性
4.1.1 基带信号波形 (电气特征)单极性不归零(NRZ )
双极性不归零(NRZ -L)
E
10 010 11
10 010 11
0
Ts _E
τ
E
Ts
单极性归零(RZ )
原始波形
差分波形
1 0 010 11
多值波形 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1
Ts Ts
通信原理
知识点：
基带传输系统基本概念 及信号波形
基带信号定义：未经调制的数字信号。
基带传输系统：不使用载波调制解调而直接传送基带信号的通信 系统。
频带传输系统： 如果把调制解调部分看作是广义信道的一部分，则任何数字 传输系统均可等效为基带传输系统。所以本章所讨论的基带 信号传输的基本原则同样适用于频带传输。

见的传输码型有NRZ码、RZ码、AMI码、HDB3码及CMI码，其中最适合基带传输的码型是HDB3 码。另外，AMI码也是CCITT建议采用的基带传输码型，但其缺点是当长连"0"过多时对定时信号提取不利。CMI码 一般作为四次群的接口码型 。
基本准则
基本准则
1）奈奎斯特第一准则
基带传输波形基带传输系统的输入信号是由终端设备编码器产生的脉冲序列，为了使这种脉冲序列适合于信 道的传输，一般要经过码型变换器，码型变换器把二进制脉冲序列变为双极性码（AMI码或HDB3码），有时还要 进行波形变换，使信号在基带传输系统内减小码间干扰。当信号经过信道时，由于信道特性不理想及噪声的干扰， 使信号受到干扰而变形。在接收端为了减小噪声的影响，首先使信号进入接收滤波器，然后再经过均衡器，校正 由于信道特性（包括接收滤波器在内）不理想而产生的波形失真或码间串扰。最后在取样定时脉冲到来时，进行 判决以恢复基带数字码脉冲。
基本介绍
基本介绍
基带传输是一种不搬移基带信号频谱的传输方式。未对载波调制的待传信号称为基带信号，它所占的频带称 为基带，基带的高限频率与低限频率之比通常远大于1。
将基带信号的频谱搬移到较高的频带（用基带信号对载波进行调制）再传输，则称为通带传输。
选用基带传输或通带传输，与信道的适用频带有关。例如，计算机或脉码调制终端机输出的数字脉冲信号是 基带信号，可以利用电缆作基带传输，不必对载波进行调制和解调。与通带传输相比，基带传输的优点是设备较 简单；线路衰减小，有利于增加传输距离。对于不适合基带信号直接通过的信道（如无线信道），则可将脉冲信 号经数字调制后再传输。
数字基带信号
数字基带信号
数字基带信号就是消息代码的电波形，它是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。数字基带信号的波 形和码型很多，最常用的由矩形脉冲组成的基带信号有：单极性归零及不归零波形，双极性归零及不归零波形， 差分波形和多电平波形等 。

第五章 数字基带传输系统
5.1 引言 5.2 数字基带信号及其频谱特性 5.3 基带传输的常用码型 5.4 基带脉冲传输与码间干扰 5.5 无码间干扰的基带传输特性 5.6 部分响应系统
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数字基带传输系统眼图的产生与分析课程设计报告题目：数字基带传输系统眼图的产生与分析系别：电子信息与电气工程系专业：通信工程班级：学号：姓名：导师：2012年12 月6日目录摘要1课题意义 (1)2系统框图 (1)2.1一般的系统组成 (1)2.2本文所用的系统框图 (1)3模块设计及其实现 (2)3.1输入模块 (2)3.1.1数字基带信号的选择 (2)3.1.2 m序列的概念 (2)3.1.3 m序列的用途 (2)3.1.4 m序列产生原理 (2)3.1.5方案选择 (2)3.1.6设计实现 (3)3.2传输模块 (3)3.2.1传输系统选择 (4)3.2.2传输系统的设计 (4)3.2.3传输系统的实现 (5)3.3接收模块 (6)3.3.1示波器原理 (6)3.3.2眼图的产生原理 (6)3.3.3眼图与系统性能的关系 (6)4性能分析 (7)4.1数字基带信号波形 (7)4.2未经传输的源信号眼图 (8)4.3带基带传输模块 (8)5总结 (11)参考文献 (14)附录：系统电路图 (16)数字基带传输系统性能测试与分析摘要：本文以移位寄存器为核心，设计了一个用于分析系统传输性能好坏的电路系统。

它由数字信号发生器、伪随机信号发生器、模拟低通滤波器以及示波器组成。

数字信号和伪随机序列由移位寄存器产生，低通滤波器模拟传输信道。

经测试它能够反映出传输系统性能的好坏。

关键字：m序列加法器滤波器基带传输眼图系统性能1课题意义对于一个信号传输系统而言，最大的指标就是使信号能够无失真的传送到接收端，然而这是不可能做到的，信号在传输中必然存在失真，只有通过改良系统使失真达到可以接受的范围内才能用来传输信号，所以就必须有一个有效的的方法来判断传输系统的好坏。

通过本课题中产生的眼图来判断传输系统的好坏是一个有效的方法。

通过看到的眼图实际情况，可以了解传输系统的性能好坏，从而帮助设计人员设计出符合要求的传输系统。

02.08.2020
现代通信系统原理 4
第4章 数字基带传输系统
4.1 数字基带信号码型
4.1.1 数字基带信号的码型设计原则 数字基带信号：就是消息代码的电脉冲表示――电波形。 问题：在实际基带传输系统中，并非所有的原始数字基带信号 都能在信道中传输，例如：
●含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜在信道 中传输，因为它有可能造成信号严重畸变；
02.08.2020
ห้องสมุดไป่ตู้
现代通信系统原理 9
第4章 数字基带传输系统
3. 单极性归零（RZ）波形
归零：τ<Ts－－有电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到 零电位。
10100110
E
0 特点：
① 有直流分量。 ② 波形之间有间隔，码间干扰小。 ③ 可直接提取同步信息,但信号能量减小。是其它码型提 取同步信号需采用的一个过渡码型。 ④ 抗噪性能差。 ⑤ 需一端接地。
02.08.2020
现代通信系统原理 7
第4章 数字基带传输系统
4.1.2 数字基带信号的常用码型
1. 单极性非归零（NRZ）码
单极性：基带信号的 “0，正”电平分别
10100110
+E
与二进制符号“0，1”
一一对应。
0
非归零：τ＝Ts
主要特点：
（1）有直流分量，在有些信道中不易传输 ； （2）不能直接提取位同步信息； （3）抗噪性能差； （4）波形之间无间隔，易产生码间干扰； （5）传输时需一端接地。
02.08.2020
现代通信系统原理 10
第4章 数字基带传输系统
4. 双极性归零（RZ）波形
10100110
E
-E

1 1 01 0 0 1 0 A
(a )
O
－A
t / T0
A O
(b ) －A
t / T0
A
O
(c ) －A
t / T0
图 5 - 7双相码、 密勒码、 CMI (a) 双相码； (b) 密勒码； (c) CMI 码
5.2数字基带信号的频谱分析
– 随机信号，频谱特性用功率谱密度来描述。
– 必要性
1.2
NRZ
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2
Bipolar
带宽
B 1 Ts
fs
称谱零点带宽
Manc
归零码 不归零码
O
1 Ts
1
f
结论： 1.功率谱取决于单个脉冲波形频谱函数 2.占空比越小，频带愈宽 3.0、1等概的双极性码均无离散谱 4.单极性归零码中有位定时分量，可提取
1. 根据功率谱的特点(带宽等）设计传输信道以及 合理的传输方式
2. 是否含有定时信号，作为同步的基础。
22
数字基带信号的分解； 稳态波 交变波
n
n
v(t ) [Pg1(t nTs ) (1 P ) g 2 (t nTs )] vn (t )
n
n
稳态波 以 Ts为周期的周期函数
基带传输的基本特点
数字基带信号含有大量的低频分量以及 直流分量。
基带传输是频带传输的基础。设计传输 系统时，一个频带传输系统往往可以等 效成一个基带传输系统来考虑。
4
基带系统波形变换过程
基带传输系统常用的 波形
Unipolar NRZ
1 0 1 0 1 1 10 0
Polar NRZ

Ts
j ' kTs d ' e
0
j 2 n
另，若F(ω)是周期为ω 0的频率函数，则其傅里叶级数表示形式为：
F ( ) f n e
n j 2 n
0
fn
1
令：0
2 2 即F(ω)的周期为 T Ts s
0


Ts
2 2
0
F ( )e
0
mn mn
说明系统不存在无码间干扰。 则对冲激响应h(t)在kTs 时刻进行抽样，当满足下式时，码间干扰 为零： 1 k 0 h(kTs ) 0 k 0 其含义为： h(t)的值除t = 0时不为零，在其他所有抽样点上均为零
则：
1 h(kTs ) 2



H ( )e j kTs d
若以1/Ts速率输入数 据时，无码间干扰存 在，此速率就称为奈 奎斯特速率。系统的 带宽W =π/Ts称为奈奎 斯特带宽
二元信息序列
0
0
1
1
0
1
理想低通滤波器虽然可以避免码间干扰，但是现实中很难实现：
信号波形 1）传递函数有无限陡峭的过渡带，即截止频率要无限陡峭；
2）冲激响应的拖尾衰减震荡幅度较大，衰减太慢； 3）采样时刻要严格定时，如果过出现偏差就会引入码间干扰
n s

(t ) nw (t ) gR (t )
假设在t = mTs + t0点对第m个码元进行抽样，则得到的抽样值为：
y (mTs t0 )
n
a x(mT
n mn

s
t0 nTs ) (mTs t0 )
an x(t0 ) an x((m n)Ts t0 ) (mTs t0 )

精选ppt
6
2 双极性非归零码（BNRZ）
双极性波形：二进制符号0、 1分别与正、负电位相对应的波形
τ=Ts, 有正负电平。NRZ中提取位同步信号 应用：短距离传输。例如：RS232接口
3 单极性归零码（RZ）
单极性归零波形：电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到 零电位。τ< Ts (便于获取码元的起始时刻） 可用滤波法从RZ中提取位同步信号，NRZ码的缺点都存在。
号波形。 1 单极性非归零码 NRZ（Non Return Zero） 基带信号的0电位及正电位分别与二进制符号0及1一一对应。
代码
1
0E
TS
0
脉冲宽度τ等于码元宽度Ts.
此码型不宜传输，原因有
1）有直流，一般信道难于传输零频附近的频率分量。 2）收端判决门限与信号功率有关，不方便。 3）要求传输线有一根接地。 应用：机内码
A ng1(tn)T g s2(tn)T s
1p, 概率 p
An p, 概率 1p
精选ppt
17
例：
若 则
-Ts/2
1
g1(t)
t Ts/2
00
-Ts/2 s(t)
10 1
V(t)
u(t)
g2(t) t
Ts/2
1
t
t
t
V(t)为周期信号，具有离散谱。
U(t)为随机信号，具有连续谱。
精选ppt
18
即 Pv ( f ) fspG1(mfs ) (1 p)G2(mfs )2 ( f mfs )
稳态波的功率谱PV(f)是冲击强度取决与|Cm|2的离散线谱，根据离散 线谱可以确定随机序列是否包含直流分量（m=0)和定时分量(m=1)。

g1(t-nTs)-Pg1(t-nTs)-(1-P)g2(t-nTs)
= (1-P)［g1(t-nTs)-g2(t-nTs)］, 以概率P un(t)= g2(t-nTs)-Pg1(t-nTs)-(1-P)g2(t-nTs)
= - P［g1(t-nTs)-g2(t-nTs)］, 以概率(1-P)
或者写成
1. v(t)的功率谱密度Pv(f)
由于v(t)是以Ts为周期的周期信号，
v(t)=
［Pg1(t-nTs)+(1-P)g2(t-nTs)］
n
式中
v(t)=
Cmej2πmfst
n
(5.2 - 11)
Cm=
1 T
T1 / 2 v(t)e j2mfstdt
T2 / 2
(5.2 - 12)
由于在（-Ts/2，Ts/2）范围内（相当n=0）, v(t)=Pg1(t)+(1-
lim Pu(f)=
E[UT ( f ) 2 N (2N 1)TS
其中UT(f)是u(t)的截短函数uT(t)的频谱函数；E表示统计 平均；截取时间T是（2N+1）个码元的长度，
道匹配， 便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。
信道——是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道， 如市话电缆、架空明线等。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。另外信道还会进入噪声。 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——它的主要作用是滤除带外噪声，对信道特 性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。
一、基带传输系统研究的意义：
1、在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广泛采用了这 种传输方式；