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通信原理_第五章

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(通信原理课件)第五章

(通信原理课件)第五章
《通信原理课件》
2、HDB3码 HDB3码的全称是3阶高密度双极性码，它 是AMI码的一种改进型，其目的是为了保 持AMI码的优点而克服其缺点， 使连“0” 个数不超过3个。其编码规则如下： （1）当信码的连“0”个数不超过3时， 仍按AMI码的规则编码，即传号极性交替；
《通信原理课件》
（2）当连“0”个数超过3时，出现4 个或4个以上连“0串时，”则将每4个 连“0”小段的第4个“0”变换为非“0” 脉冲，用符号V表示，称之为破坏脉冲。 而原来的二进制码元序列中所有 的 “1”码 称为信码，用符号B表示。当信 码序列中加入破坏脉冲以后，信码B与 破坏脉冲 V 的正负极性必须满足如下 两个条件：
《通信原理课件》
交替使用。 4、双相码
双相码又称Manchester码，即曼彻斯 特码。它的特点是每个码元用两个连续 极性相反的脉冲来表示。
《通信原理课件》
5、密勒（Miller）码
密勒码又称延迟调制码，它是双相码 的一种变形。编码规则如下：“1”码用 “10”或“01”表示。“0”码分两种情形 处 理 ： 对 于 单 个 “ 0” 时 ， 用 “ 11” 或 “00”表示。要求在码元持续时间内不 出现跃变，且与相邻码元的边界处也不 跃变；对于连“0”时，用“00”与“11” 交替。要求在两个“0”码的边界处出现 跃变。
《通信原理课件》
6、CMI码 CMI 码是传号反转码的简称，其编
码规则为： “1”码交替用“00”和 “11”表示；“0”码用“01 ” 表示。 CMI 码的优点是没有直流分量，且有 频繁出现波形跳变，便于定时信息提 取，具有误码监测能力。
《通信原理课件》
5.2.2 基带波形的形成
在选择了合适的码型之后，尚需考虑 用什么形状的波形来表示所选择的码型。 上面介绍的各种常用码型都是以矩形脉 冲为基础的，我们知道矩形脉冲由于上 升和下降是突变的，其低频分量和高频 成分比较丰富，占用频带也比较宽。如 果信道带宽有限，采用以矩形脉冲为基 础的码型进行传输就不合适，而需要采 用更适合于信道传输的波形，

通信原理(第5章)

通信原理(第5章)

2、若m(t)的频带限于 w wc 则:
H m(t ) cos( wct ) m(t ) sin( wct ) H m(t ) sin( wct ) m(t ) cos( wct )
ˆ (t ) jM ( w) sgn( w) F m
ˆ ( w) 3、M
载波信号
频域表达式
SAM(ω) = πA0[δ(ω －ωc) +δ(ω +ωc )
6
5.1 幅度调制（线性调制）的原理
时域波形图
m(t) t A0 + m( t ) cosωct t t
当满足条件： |m(t)|max ≤ A0 时，其包络与调制信号的 波形相同，因此用包络检 波法可以容易地恢复原始 调制信号。
20
5.1 幅度调制（线性调制）的原理
一般情况下SSB信号的时域表达式 调制信号为任意信号时SSB信号的时域表达式为
1 1 ˆ (t )sin ct SSSB (t ) m(t ) cos ct m 2 2
式中，
m( ) ˆ (t ) m d t ˆ ( ) 1 m m(t )=- d t 1
1 = 2
1 2 Am
cos(ωc+ ωm)t + Am cos(ωc -ωm)t
1 -2 1 +2
上边带信号的时域表达式
Amcosωm t cosωc t Amcosωm t cosωc t
Amsinωm t sinωc t Amsinωm t sinωc t
下边带信号的时域表达式
SUSB(t) =
BDSB = 2 fH
② 功率：
PDSB
1 2 Ps m (t ) 2

通信原理第5章

通信原理第5章

(2)
三、实际抽样 ------自然抽样
自然抽样的特点
平顶抽样：
5.2 脉冲编码调制（PCM）
脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，它是一种用一组二进 制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。 由于这种通信方式抗干扰能力强，它在光纤通信、数字微波通 信、卫星通信中均获得了极为广泛的应用。 PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码方式。首 先，在发送端进行波形编码(主要包括抽样、量化和编码三个过 程)，把模拟信号变换为二进制码组。编码后的PCM码组的数 字传输方式可以是直接的基带传输，也可以是对微波、光波等 载波调制后的调制传输。在接收端，二进制码组经译码后还原 为量化后的样值脉冲序列，然后经低通滤波器滤除高频分量， 便可得到重建信号 x(t ) 。
1 Ts= 是最大允许抽样间隔，它被称为奈奎斯特间隔，相对 2 fH 应的最低抽样速率fs=2fH称为奈奎斯特速率。
混叠现象
信号的重建
该式是重建信号的时域表达式， 称为内插公式。 它说 明以奈奎斯特速率抽样的带限信号x(t)可以由其样值利用内
插公式重建。这等效为将抽样后信号通过一个冲激响应为
际标准中取μ=255。另外，需要指出的是μ律压缩特性曲线 是以原点奇对称的， 图中只画出了正向部分。
2、A律压扩特性
Ax 1 ln A ,0 x 1 / A z 1 ln( Ax) ,1 / A x 1 1 ln A
• • •
x——压缩器归一化输入电压 z——压缩器归一化输出电压 μ ——压缩器参数
量化的物理过程
q7
x q x q x (t)
q
信号的实际值
6
量化误差
6
信号的量化值

通信原理第5章数字基带传输系统

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

通信原理课件第五章

通信原理课件第五章
现时，电压不发生变化。 现时，电压不发生变化。
0 1
0
11 00源自01215.3 基带数字信号的波形 基带数字信号的波形 传号差分码： 出现时， 传号差分码：当“1”出现时，电压即发生跳变；当“0”出 出现时 电压即发生跳变； 出
现时，电压不发生变化。 现时，电压不发生变化。
1 0
1
0
0 1
1
1
0
22
0 1 0 1 1 0 0 0 1
12
5.3 基带数字信号的波形 优点： 优点：简单 缺点： 缺点： ① 有直流分量； 有直流分量； 信号不出现跳变，不能提取位定时信息; ② 信号不出现跳变，不能提取位定时信息; 每个“ 和 相互独立， ③ 每个“1”和“0”相互独立，无检错能力； 相互独立 无检错能力； 单极性码传输时需要信道一端接地, ④ 单极性码传输时需要信道一端接地,只适 合用导线连接的各点之间做近距离传输, 合用导线连接的各点之间做近距离传输, 如机箱内, 如机箱内,不适用于两根芯线均不接地的 电缆传输； 电缆传输； 接收单极性码，判决电平为V/2 V/2， ⑤ 接收单极性码，判决电平为V/2，信道衰 减时，无最佳判决门限。 减时，无最佳判决门限。
17
5.3 基带数字信号的波形
归零码相邻脉冲间必有零电位区域存在。 归零码相邻脉冲间必有零电位区域存在。 相邻脉冲间必有零电位区域存在 因此， 因此，在接收端根据接收波形归于零电平便知 比特信息已收毕， 1比特信息已收毕，以准备下一比特信息的接 收。可以认为正负脉冲的前沿起了启动信号的 作用，后沿起了终止信号的作用。因此， 作用，后沿起了终止信号的作用。因此，可以 经常保持正确的比特同步。 经常保持正确的比特同步。即收发之间无须特 别的定时，且各符号独立的构成起止方式， 别的定时，且各符号独立的构成起止方式，属 于自同步方式。 于自同步方式。

《通信原理》樊昌信,国防工业出版社,第五版)第五章总结

《通信原理》樊昌信,国防工业出版社,第五版)第五章总结

精品行业资料，仅供参考，需要可下载并修改后使用！第五章 总结节1 数字基带信号数字基带传输系统框图组成：信道信号形成器、编码信道、接收滤波器、抽样判决器。

一、时域形式：基带信号：单极性、双极性；归零、不归零。

二、频谱结构：1.稳态波v(t)的功率谱密度P v (ω)：2.交变波u(t)的功率谱密度P u (ω)：3.基带信号S(t)的功率谱密度P s (ω)=P v (ω)+P u (ω) 三、常用码型：对传输码的码型结构要求：① 能从相应的基带信号中获取定时信息。

( 减少连0，连1的可能 ） ② 相应的基带信号无直流成份和只有很小的低频成份。

③ 适应性强，不受信息源统计特性[P 、1-P]的影响。

④ 尽可能提高传输速率（传输效率）。

1.AMI 码（传号交替反转码）：编码规则、AMI 码特点。

1B / 1T 码型 基本码()()∑+∞-∞==n n t s t s ()()()⎩⎨⎧---=pnT t g p nT t g t s s s n 121概率概率()()s m m v mf f C f P -=∑+∞-∞=δ2()()()()s m s s s mf f mf G p mf pG f --+=∑+∞-∞=δ22121()()[]()()()()2212112limf G f G p p f T N U E P ssT N u --=+=∴∞→ωω2.HDB3码（三阶高密度双极性码）：编码规则、HDB3码特点。

1B / 1T 码型 改进码节2 性能分析一、数字基带传输系统模型：发送滤波器、恒参信道、噪声叠加、接收滤波器、抽样判决器。

二、码间串扰无噪分析 1．时域无码间串扰条件：2．频域无码间串扰条件：3．频带利用率=码元速率/传输带宽 有效性指标 最高2波特/Hz 4．理想特性的逼近——“滚降”特性优点：“尾巴”衰减振荡幅度小，对定时信号的要求可降低。

缺点：无码间串扰的最高频带利用率较低。

通信原理 第五章 基带数字信号的表示和传输


HDB3码
通信原理
【例】1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1
AMI码
HDB3码 【例】2 HDB3码
+ 0 0 0 - + - 0 0 + + 0 0 0 - + - 0 0 + -
1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 + 0 0 0 V+ - 0 + - 0 0 0 V- 0 +
电子工业出版社
主要内容
通信原理
5.1
概 述
5.2 字符的编码
5.3 数字基带信号波形 5.4 基带传输的常用码型 5.5 基带数字信号的频率特性 5.6 基带数字信号传输与码间串扰 5.7 眼图 5.8 时域均衡
电子工业出版社
5.3 数字基带信号波形
通信原理
1
数字基带信号
2
基带信号的波形的形成
电子工业出版社
电子工业出版社
最常见的基带信号波形
通信原理
单极性不归零脉冲 双极性不归零脉冲 单极性归零脉冲 双极性归零脉冲 差分码（相对码） 多电平脉冲
电子工业出版社
多电平脉冲
通信原理
这种信号多于一个二进制符号对应于一个 脉冲的基带信号这种波形统称为多值波形 或多电平波形。 例如，令两个二进制符号00对应+3E，01对 应+E，10对应-E，11对应-3E，则所得波形 为4值波形或4电平波形。
5.3 数字基带信号的波形
通信原理
1
数字基带信号
2
基带信号的波形的形成
电子工业出版社
基带信号的波形形成
通信原理
单极性脉冲与单极性归零脉冲间的变换 绝对码与相对码之间变换

通信原理-第5章 振幅调制、解调及混频 63页 2.5M PPT版

可见,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：
载 波 分(量 c ):不 含 传 输 信 息
上边频分量 c :含传输信息 下边频分量 c :含传输信息
调制信号
Ω
载波
调幅波
U
ωc
c
下边频
1 2 m aU c
1 2
m
aU
c
上边频
ωc - Ω ωc +Ω
(2) 限带信号的调幅波
5.3 .2 高电平调幅电路 1. 集电极调幅电路 2. 基极调幅电路
返回
5.3 振幅调制电路
A信 M:u 号 AM U c(1m co ts)co cts 纯调幅 DS 信 B :u 号 DSB k U U cco tsco cts 调,调 幅相 SS 信 B:u 号 SS BU (c otcso ctssi n tsi n ct) 调,调 幅频
n
Uncosc(n)t

5.2.2双边带( double sideband DSB)调幅信号 2. 波形与频谱
休息1 休息2 返回
调制信号

下边频
载波
c 上边频
(1) DSB信号的包络正比于调制信号 Uco s t
仿真
(2) DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周 时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说，DSB信号已非单纯的振 幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。
返回
（则1那）有么设u 调A ：幅M 载U 信波c号信1（ 号 n 已 ：1m 调un cc 波U ）o c可n cts 表o (达n sc)t为c：调 o u 制cA t信sM 其号中：U u ：m m ( tn )U c cko aoU cs sttn

通信原理第五章线性调制系统

知识回顾：
噪声描述：
n ( t ) 是高斯白噪声
解调器输入噪声： n i ( t )
n i ( t )是高斯窄带白噪声，频宽由带通滤波器的带宽 BW 决定
n i ( t ) n c ( t ) cos c t n s ( t ) sin c t
ni ( t ) nc ( t ) n s ( t )
c
Sm ( t )
ni ( t )

S1 ( t )
低 通
cos c t
S0( t )
no ( t )
解调器输入端
定义：输入信噪比 解调器输出端 定义：信号功率 S 0
i Ni
Si A 2 m 2 (t )
2 n0 B
∵S
m
( t ) A m ( t ) cos c t
∵ S m ( t ) n i ( t ) A m ( t ) cos c t n c ( t ) cos c t n s ( t ) sin c t A m ( t ) n c ( t ) cos c t n s ( t ) sin c t
2
m ( t ) m ( t )
2 nc ( t ) 1 A m ( t ) nc ( t ) 1 A m ( t )
1 2
1

当 x 1 时 , ( 1 x )
2
1
x 2
A m ( t ) nc ( t )
E ( t ) 含义：输出信号 S 0 ( t ) m ( t )
输出噪声 n 0 ( t ) n c ( t ) 直流参数
A
∴

通信原理第五章数字复接与SDH


在规定的时间一次复接，四个支路轮流复接。这种方
法有利于数字电话交换，但要求有较大的存储容量。
第 5章
数字复接与SDH
•
(3) 接帧复接。就是复接器每次复接一个支路的
一帧信号，依次复接各支路的信号，这种复接称为按
帧复接。这种方法的优点是复接时不破坏原来的帧结 构，有利于交换，但需要更大的存储容量，目前极少
的处理时间更短。 要在如此短暂的时间内完成大路数
信号的PCM复用， 尤其是要完成对数压扩PCM编码， 对电路及元器件的精度要求就很高， 在技术上实现起
来也比较困难。
第 5章
数字复接与SDH
•
因此， 对于一定路数的信号（比如电话）， 直 接采用时分复用FDM是可行的， 但对于大路数的信号 而言， PCM复用在理论上是可行的， 而实际上难以实 现。 那么我们自然就会提出一个问题， 如何实现大路
次群（N=3）。也有采用N~（N+2）方式复接，比如
由二次群直接复接为四次群（N=2）。
第 5章
数字复接与SDH
•
采用2Mb/s基群数字速率系列和复接等级具有如 下一些好处： (1) 复接性能好，对传输数字信号结构没有任何限 制，即比特独立性较好；
(2)信令通道容量大；
(3)同步电路搜捕性能较好（同步码集中插入）； (4) 复接方式灵活，可采用 N~ （ N+1 ）和 N~ （ N+2 ） 两种方式复接； (5)2Mb/s系列的帧结构与数字交换用的帧结构是统
第 5章
数字复接与SDH
• 后， kb/s
比如对30路电话进行PCM复用（采用8位编码） 8000×8×32＝2048 ， 即形成速率2048 kb/s的数字流（比特流）。
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DSB波形和频谱
m t
0
M
t
H
0
H

载波
t
c
0
c
下边带

上边带
sDSB t
c
S DSB
t
0
c

BDSB

DSB信号的特点
Q ＆A

包络不再与m(t)成正比；当m(t)改变符号时载波相位反转 ，故不能采用包络检波，需相干解调。
能否只传输 一个边带？
1 S p ( ) M 2c M H c 2 1 M M 2c H c 2
LPF—解调输出：
1 Sd M H c H c 2

无载频分量，只有 上、下 边带。 带宽与AM的相同： 调制效率100 % ，即功率利用率高。

主要用作SSB、VSB的技术基础，调频立体声中的差信
号调制等。
§5.1.3 单边带调制(SSB)

SSB信号的产生
m t
(1) 滤波法

sDSB t
HSSB
sSSB t
A
0
A m(t )
A m(t )
A
A
t
0
t
0
t
sAM (t )
sAM (t )
sAM (t )
0
t
t
t
m 1
m 1
m 1
高调幅度的重要性！
AM
Ps m 2 (t ) PAM A02 m 2 (t )
m
m(t ) max A0
2 则 m 2 (t ) Am /2 设 m(t ) Am cos m （单音正弦）， t 一


sSSB t
传递函数：
M ( ) H h ( ) j sgn M ( )
1， 0 sgn 1 ， 0

1 m t 2
1 m t sin t
2
c
要求：
Hh(ω) 对 m(t) 的所有
频率分量精确相移 π/2
技术难点之二
AM
2 2 Am Am / A02 m2 2 2 2 2 2 2 A0 Am 2 Am / A0 2 m
当m=1(满调幅)时，AM调制效率的最大值仅为1/3， 可见，AM的功率利用率很低。
Q
A
如何提高调制效率？
——抑制载波！
m t
sAM t A0 m t cos ct
cos ct
原理： 先形成DSB信号，边带滤波即得上或下边带信号。 要求： 滤波器HSSB() 在载频处具有陡峭的截止特性。
技术难点之一
边带滤波特性 HSSB()
SDSB
下边带 上边带
H LSB
c
0
c

S LSB
c
c
0

H USB
c

缺点是设备较复杂，存在技术难点。也需相干解调。
§5.1.4 残留边带调制(VSB)
——介于SSB与DSB之间的折中方案。
M
DSB

SSB
VSB
-c
0
c


VSB信号的产生
m t

sDSB t
H
sVSB t
应该具有怎样 应该具有怎样 的滤波特性 的滤波特性？

调制定义
比喻——货物运输：
何谓 调制？
将 货物 装载到 飞机/轮船 的某个仓位上。
调制：把 消息信号 搭载到 载波 的某个参数上。
载波：一种高频周期振荡信号，如正弦波。
受调载波称为已调信号，含有消息信号特征。 解调：调制的逆过程，从已调信号中恢复消息信号。

调制目的

为什么要 进行调制 ？
c(t )
调制信号 消息信号 基带信号 同义词
载波 正弦波 脉冲序列 运载工具
已调信号 受调载波 含有m(t) 信息 多种形式
调制方式分类：
按调制信号m(t) 的类型分
模拟调制 数字调制
按已调信号 的频谱结构分
线性调制 非线性调制
都有哪些 调制方式 ？
按正弦载波 的受调参量分
幅度调制 频率调制 相位调制


SSB信号的特点
优点之一是频带利用率高。传输带宽为AM/DSB的一半：
BSSB BAM / 2 f H

因此，在频谱拥挤的通信场合获得了广泛应用，尤其在 短波通信和多路载波电话中占有重要的地位。

优点之二是低功耗特性，因为不需传送载波和另一个边 带而节省了功率。这一点对于移动通信系统尤为重要。
12

AM信号的缺点 sAM t A0 cos c t m t cos ct
AM信号功率：
2 PAM S AM (t ) [ A0 m(t )]2 cos 2 ct
2 A0 cos 2 ct m(t ) cos 2 ct 2 A0 m(t ) cos 2 ct

2 A0 m2 (t ) Pc Ps 2 2
载波功率 边带功率

调制效率(功率利用率)：
AM
Ps m 2 (t ) PAM A02 m 2 (t )
2 m(t ) max A0 m 2 (t ) „ A0 故AM „ 50% AM功率利用率低！
载波 ---不含有用信息 ，却“浪费”大部分的发射功率。 当然，
AM正是利用这种“浪费”去换取解调的“便宜”，即包检。
边带 ---包含有用信息m(t)， 满调幅时，边带功率最大。
定义调幅系数 m（用百分比表示时，又称调幅度） ——反映基带信号改变载波幅度的程度：
m
m(t ) max A0
m<1 正常调幅 m>1 过调幅
m=1 临界状态，满调幅（100 ）
A m(t )
28
1 Sd M H c H c 2
若要无失真恢复 m(t)， VSB滤波器的传输函数必须满足：
H ( c ) H ( c ) 常数， H
含义：
在载频处 具有 互补对称 特性
1 0.5
上边带
sAM t
t
c
0
c

BAM

AM信号的特点

m t max A0 时，AM波的包络正比于调制信号m(t)，
故可采用包络检波。

AM的频谱由载频分量、上边带和下边带组成。

AM传输带宽是调制信号带宽的两倍：
BAM 2 f H

AM的优势在于接收机简单，广泛用于中短调幅广播。
进行频谱搬移，匹配信道特性，减小天线尺寸； 实现多路复用，提高信道利用率； 改善系统性能（有效性、可靠性）； 实现频率分配
看来，调制在通信系统中
对呀，不同的调制方式，
起着至关重要的作用！
具有不同的特点和性能!

调制分类
m(t )
m(t )
调制器
sm (t )
sm (t )
先认识一下调 制过程 所涉及 的 三种信号
1 1 SSSB t m t cos ct m t sin ct 2 2
＋下边带 －上边带
m t 是 m(t)的希尔伯特变换
含义：幅度不变，相移π/2

1 m t 2
cos t
c
1 m t cos c t 2
H h
/ 2

A0
sm t
A0 cos c t m t cos ct
cos ct
条件： m t 0 和 m t max A0
1 SAM A0 c c 2 M c M c
H VSB
c
1
0
c0.5Biblioteka c0c

残留边带滤波器的几何解释：
H
0

H c
H c
c
c

H ( c ) H ( c ) 常数， H

VSB信号的特点
仅比SSB所需带宽有很小的增加，却换来了电路的简单。
只要适当选择H()，便可以得到各种幅度调制信号。

AM表达式

AM调制器
sAM t A0 m t cos ct
载波项
m t
A0 cos c t m t cos ct
边带项

A0
sAM t
cos ct
条件： m t 0 和 m t max A0
c
0
c

S USB
c
0

c
0
c

（2）相移法
设 m t Am cos mt
载波 c t cos ct
sDSB t Am cos mt cos ct 1 1 Am cos c m t Am cos c m t 2 2 1 sLSB t Am cos c m t + 2 USB 1 1 Am cos mt cos ct Am sin mt sin c t - 2 2 1 1 m t cos c t m t sin c t - 2 2

f H BVSB 2 f H