1、第第3章章 数字基带与频带传输系统数字基带与频带传输系统3.1 数字基带传输系统数字基带传输系统3.2 数字频带传输系统数字频带传输系统2022-9-28 3.1 数字基带传输系统数字基带传输系统 一、数字基带信号码型一、数字基带信号码型 基带信号的要求主要有两点：基带信号的要求主要有两点：（1）对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制）对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；成适合于传输用的码型；（2）对所选的码型的电波形的要求，期望电波形适）对所选的码型的电波形的要求，期望电波形适宜于在信道中传输。宜于在信道中传输。2022-9-28设计数字基带信号码型应考虑以下原则
2、：设计数字基带信号码型应考虑以下原则：（1）码型中应不含直流或低频分量尽量少码型中应不含直流或低频分量尽量少;（2）码型中高频分量尽量少码型中高频分量尽量少;（3）码型中应包含定时信息码型中应包含定时信息;（4）码型具有一定检错能力码型具有一定检错能力;（5）低误码增殖低误码增殖;（6）高的编码效率高的编码效率；（7）编译码设备应尽量简单。编译码设备应尽量简单。2022-9-28数字基带信号的常用码型数字基带信号的常用码型9/28/20221、单极性非归零（、单极性非归零（NRZ）码）码 二进制符号二进制符号“1”和和“0”分别对应正电平和零电平，分别对应正电平和零电平，在整个码元持续时间电平
3、保持不变。在整个码元持续时间电平保持不变。单极性单极性NRZ码的主要特点：码的主要特点：有直流分量，无法使用一些交流耦合的线路和有直流分量，无法使用一些交流耦合的线路和 设备；设备；不能直接提取位同步信息；不能直接提取位同步信息；抗噪性能差；抗噪性能差；传输时需一端接地。传输时需一端接地。2022-9-28 2、双极性不归零（、双极性不归零（NRZ）码）码 “1”和和“0”分别对应正、负电平，其特点为：分别对应正、负电平，其特点为：直流分量小。当二进制符直流分量小。当二进制符号号“1”“1”、“0”“0”等等可能可能出现出现 时，无直流成分；时，无直流成分；接收端判决门限为接收端判决门限为0，
4、容易设置并且稳定，因此抗，容易设置并且稳定，因此抗 干扰能力强；干扰能力强；可以在电缆等无接地线上传输。可以在电缆等无接地线上传输。2022-9-28 3.单极性归零（单极性归零（RZ）码）码 归零码是指它的有电脉冲宽度比码元宽度窄，归零码是指它的有电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电平。每个脉冲都回到零电平。优点是可以直接提取同步信号，它是其它码型优点是可以直接提取同步信号，它是其它码型提取同步信号需采用的一个过渡码型。提取同步信号需采用的一个过渡码型。4.双极性归零（双极性归零（RZ）码）码 双极性归零码具有双极性不归零码的抗干扰能双极性归零码具有双极性不归零码的抗干扰能力强及码中不
5、含直流成分的优点，应用比较广泛。力强及码中不含直流成分的优点，应用比较广泛。2022-9-28 5.AMI码码 这种码型实际上把二进制脉冲序列变为三电平的这种码型实际上把二进制脉冲序列变为三电平的符号序列，其优点如下：符号序列，其优点如下：在在“1”、“0”码不等概率情况下，也无直流成码不等概率情况下，也无直流成分，分，对具有变压器或其它交流隅合的传输信道来说，对具有变压器或其它交流隅合的传输信道来说，不易受隔直特性的影响。不易受隔直特性的影响。若接收端收到的码元极性与发送端的完全相反，若接收端收到的码元极性与发送端的完全相反，也能正确判决。也能正确判决。便于观察误码情况。便于观察误码情况。2
6、022-9-28 6.HDB3码码 AMI码有一个重要缺点，即它可能出现长的连码有一个重要缺点，即它可能出现长的连0串，会造成提取定时信号的困难。串，会造成提取定时信号的困难。HDB3码的编码规则为：码的编码规则为：（1）先把消息代码变成）先把消息代码变成AMI码；码；（2）当出现）当出现4个或个或4个以上连个以上连0码时进行处理，即引码时进行处理，即引 入破坏码入破坏码V和补信码和补信码 ；原来的二进制码元；原来的二进制码元 序列中所有序列中所有的的“1”码码称为信码，用符号称为信码，用符号B表示。表示。2022-9-28 信码信码B与破坏符号与破坏符号V的正负必须满足如下两个的正负必须满足
7、如下两个条件：条件：B码和码和V码各自都应始终保持极性交替变化的码各自都应始终保持极性交替变化的规律，以便确保编好的码中没有直流成分；规律，以便确保编好的码中没有直流成分；V码必须与前一个码（信码码必须与前一个码（信码B）同极性，以便）同极性，以便和正常的和正常的AMI码区分开来。如果这个条件得不到满码区分开来。如果这个条件得不到满足，那么应该在四个足，那么应该在四个连连“0”码的第一个码的第一个“0”码位码位置上置上加一个与加一个与V码同极性的补信码，用符号表示，并做码同极性的补信码，用符号表示，并做调整。调整。2022-9-28 例如：例如：(a)代码：代码：0 1 0000 1 1000
8、 0 0 101(b)AMI码：码：0+1 0000 -1+1000 0 0-10+1(c)加加V：0+1000V+-1+1000 V+0-10+1(d)加补信码加补信码 0+1000V+-1+1 B 0 0 V-0+10 -1(e)HDB3：0+1000+11+1-1 0 0-1 0+10 1 HDB3码的译码却比较简单，同时它对定时信码的译码却比较简单，同时它对定时信号的恢复是极为有利的。号的恢复是极为有利的。HDB3是是CCITT推荐使用推荐使用的码之一。的码之一。2022-9-28二、数字基带系统的工作原理二、数字基带系统的工作原理2022-9-281 0 0 1 1 0(a)dkd(
9、t)gT(t)y(t)c pyk(t)(b)(g)(f)(c)(e)图4-1 0 基带传输系统各点波形1 0 0 0 1 0 dk(h)yr(t)(d)1 0 0 1 1 0(a)dkd(t)gT(t)y(t)c pyk(t)(b)(g)(f)(c)(e)图4-1 0 基带传输系统各点波形1 0 0 0 1 0 dk(h)yr(t)(d)2022-9-28三、三、眼眼 图图 眼图就是用实验方法宏观监测系统的性能。眼图就是用实验方法宏观监测系统的性能。眼图的概念：眼图的概念：眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图
10、形。整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。从从“眼图眼图”上可上可以观察出码间串扰和噪声的影响，以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。从而估计系统优劣程度。2022-9-281.无噪声时的眼图无噪声时的眼图 2022-9-28 眼图的眼图的“眼睛眼睛”张开的大小反映着码间串扰的张开的大小反映着码间串扰的强弱。强弱。“眼睛眼睛”张的越大，且眼图越端正，表示码张的越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。间串扰越小；反之表示码间串扰越大。2.存在噪声时的眼图存在噪声时的眼图 当存在噪声时，观察到的眼图的线迹会变得模当存在噪声时，观察到的眼图的线迹会变得模糊不
11、清。若同时存在码间串扰，糊不清。若同时存在码间串扰，“眼睛眼睛”将张开得将张开得更小。与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正更小。与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正的细线迹，变成了比较模糊的带状线，而且不很端的细线迹，变成了比较模糊的带状线，而且不很端正。噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，正。噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正。眼图越不端正。眼图形成原理演示眼图形成原理演示2022-9-283.眼图的模型眼图的模型 眼图观测仿真图眼图观测仿真图2022-9-28（1）最佳抽样时刻在）最佳抽样时刻在“眼睛眼睛”张最大的时刻。张最大的时刻。（2）对定时误差的灵敏度可
12、由眼图斜边的斜率决）对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。定。（3）在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂）在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变。直高度，表示最大信号畸变。（4）眼图中横轴位置应对应判决门限电平。）眼图中横轴位置应对应判决门限电平。（5）各相应电平的噪声容限。）各相应电平的噪声容限。（6）倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零）倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围。点位置的变动范围。2022-9-28一、二进制数字幅度调制一、二进制数字幅度调制 2ASK原理与调制方法原理与调制方法:定义定义:数字幅度调制又称幅度键控（数字幅度调制
13、又称幅度键控（ASK），），二进制幅度键控记作二进制幅度键控记作2ASK。原理原理:2ASK是利用代表数字信息是利用代表数字信息“0”或或“1”的基的基 带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送续地输出。有载波输出时表示发送“1”，无载波输，无载波输出时表示发送出时表示发送“0”。3.2 数字频带传输系统数字频带传输系统2022-9-282ASK信号的调制方法有两种信号的调制方法有两种:图（图（a）是一般的模拟幅度调制方；）是一般的模拟幅度调制方；图（图（b）是一种键控方法，这里的开关电路受控制）是一种键控方法，这里
14、的开关电路受控制;图（图（c）给出了）给出了 波形示例。波形示例。9/28/20222ASK信号解调的方法信号解调的方法 相干检测法：相干检测法：如图所示。如图所示。相干检测就是同步解调，要求接收机产生一个相干检测就是同步解调，要求接收机产生一个与发送载波同频同相的本地载波信号，利用此载波与发送载波同频同相的本地载波信号，利用此载波与收到的已调信号相乘，输出信号再经低通滤波滤与收到的已调信号相乘，输出信号再经低通滤波滤除第二项高频分量后，即可输出信号。除第二项高频分量后，即可输出信号。2ASK调制解调仿真调制解调仿真 9/28/2022 二、二进制数字频率调制二、二进制数字频率调制 2FSK原
15、理与调制方法原理与调制方法 定义：定义：数字频率调制又称频移键控（数字频率调制又称频移键控（FSK），二进），二进制频移键控记作制频移键控记作2FSK。原理：原理：数字频移键控是用载波的频率来传送数字消数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK信号便是符号信号便是符号“1”对应于载频对应于载频，而符号，而符号“0”对应对应于另一载频的已调波形。于另一载频的已调波形。2022-9-282FSK信号的调制方法有两种信号的调制方法有两种:模拟调频法：模拟调频法：利用一个矩形脉冲序列对一个载波进利用一个矩形脉冲序列对一
16、个载波进行调频。行调频。2FSK键控法：键控法：利用受矩形脉冲序列控制的开关电利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同独立频率源进行选通。路对两个不同独立频率源进行选通。2FSK信号的产生方法及波形示例如图所示。信号的产生方法及波形示例如图所示。9/28/2022 2FSK信号的解调信号的解调 数字调频信号的解调方法很多，如数字调频信号的解调方法很多，如鉴频法、相鉴频法、相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。等。下面仅下面仅相干检测法相干检测法进行介绍。进行介绍。相干检测解调电路是同步检波器，原理如图。相干检测解调电路是同步检波器，原理
17、如图。带通滤波器起分路作用。它们的输出分别与相带通滤波器起分路作用。它们的输出分别与相应的同步相干载波相乘，再分别经低通滤波器滤掉二应的同步相干载波相乘，再分别经低通滤波器滤掉二倍频信号，取出含基带数字信息的低频信号，抽样判倍频信号，取出含基带数字信息的低频信号，抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号的抽样值决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号的抽样值 进进行比较判决，即可还原出基带数字信号。行比较判决，即可还原出基带数字信号。2022-9-282FSK的调制解调仿真演示的调制解调仿真演示 9/28/2022三、二进制数字相位调制三、二进制数字相位调制1、二进制相移键控（、二进制相移键控（2P
18、SK）原理及实现方法原理及实现方法 绝对相移是利用载波的相位（指初相）直接表绝对相移是利用载波的相位（指初相）直接表示数字信号的相移方式。二进制相移键控中，通常示数字信号的相移方式。二进制相移键控中，通常用相位用相位0和和 1来分别表示来分别表示“0”或或“1”。2PSK信号信号的典型波形如图所示。的典型波形如图所示。9/28/2022 PSK信号的调制方法信号的调制方法 图（图（a）是模拟调制法框图；）是模拟调制法框图；图（图（b）是键控法框图。）是键控法框图。2PSK产生演示产生演示9/28/2022 2PSK信号的解调：信号的解调：相干解调，方框图如图。相干解调，方框图如图。2PSK相干
19、解调演示相干解调演示2022-9-282、二进制差分相移键控（、二进制差分相移键控（2DPSK）原理及实现方法原理及实现方法 二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记作记作2DPSK。它不是利用载波相位的绝对数值传。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。传送数字信息。2DPSK调制演示调制演示1 0 1 1 0 0 12PSK2DPSK图 5-24 2D PSK信 号 的 波 形绝 对 码 an0 1 1 0 1 1 1 0相 对 码 bn相 位 0 02022-
20、9-282DPSK信号的解调信号的解调 一种是差分相干解调，另一种是相干解调一种是差分相干解调，另一种是相干解调-码变码变换法。换法。相干解调相干解调-码变换法方框图如图。码变换法方框图如图。2PSK解调器解调器将输入的将输入的2DPSK信号还原成相对码信号还原成相对码，再由差分译，再由差分译码器把相对码转换成绝对码码器把相对码转换成绝对码。2DPSK解调过程演示解调过程演示相干载波BPFLPF抽判按2PSK解调码 反变 换s2DPSK(t)anbn2022-9-28四、二进制数字调制系统的性能比较四、二进制数字调制系统的性能比较 各种二进制数字调制系统的性能总结、比较。各种二进制数字调制系统
21、的性能总结、比较。内容包括系统的误码率、频带宽度及频带利用率、内容包括系统的误码率、频带宽度及频带利用率、对信道的适应能力、设备的复杂度等。对信道的适应能力、设备的复杂度等。1、误码率：、误码率：二进制数字调制系统的抗噪声性有两个方面比较：二进制数字调制系统的抗噪声性有两个方面比较：（1）同一调制方式不同检测方法的比较：）同一调制方式不同检测方法的比较：对于同一调制方式不同检测方法，相干检测对于同一调制方式不同检测方法，相干检测 的抗噪声性能优于非相干检测。的抗噪声性能优于非相干检测。2022-9-28（2）同一检测方法不同调制方式的比较：同一检测方法不同调制方式的比较：相干检测时相干检测时，
22、在相同误码率条件下，对信噪，在相同误码率条件下，对信噪 比的要求是：比的要求是：2PSK比比2FSK小小3dB，2FSK比比 2ASK小小3dB；非相干检测时非相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪，在相同误码率条件下，对信噪 比的要求是：比的要求是：2DPSK比比2FSK小小3dB，2FSK比比 2ASK小小3dB。2022-9-282 2、频带利用率、频带利用率 2ASK系统和系统和2PSK（2DPSK）系统频带宽度）系统频带宽度相同，相同，2FSK系统的频带宽度大于系统的频带宽度大于2ASK系统和系统和2PSK（2DPSK）系统的频带宽度。因此，从频）系统的频带宽度。因此，从频带利用率上看，带利用率上看，2FSK调制系统最差。调制系统最差。2022-9-28 3.对信道特性变化的敏感性对信道特性变化的敏感性 信道特性变化的灵敏度对最佳判决门限有一定的信道特性变化的灵敏度对最佳判决门限有一定的影响。影响。2ASK系统最差。系统最差。2FSK系统和系统和2PSK系统较好。系统较好。4.设备的复杂程度设备的复杂程度 在高速数据传输中，相干在高速数据传输中，相干PSK及及DPSK用得较多，用得较多，而在中、低速数据传输中，特别是在衰落信道中，相而在中、低速数据传输中，特别是在衰落信道中，相干干2FSK用得较为普遍。用得较为普遍。2022-9-28
