数字基带与频带传输系统课件

第3章数字基带与频带传输系统3.1数字基带传输系统3.2数字频带传输系统10/8/20231第3章数字基带与频带传输系统3.1

3.1数字基带传输系统

一、数字基带信号码型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，期望电波形适宜于在信道中传输。

10/8/202323.1数字基带传输系统

一、数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;（2）码型中高频分量尽量少;（3）码型中应包含定时信息;（4）码型具有一定检错能力;（5）低误码增殖;（6）高的编码效率；（7）编译码设备应尽量简单。

10/8/20233设计数字基带信号码型应考虑以下原则：10/7/20233数字基带信号的常用码型10/8/20234数字基带信号的常用码型10/7/202341、单极性非归零（NRZ）码

二进制符号“1”和“0”分别对应正电平和零电平，在整个码元持续时间电平保持不变。单极性NRZ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设备；

不能直接提取位同步信息；抗噪性能差；传输时需一端接地。

10/8/202351、单极性非归零（NRZ）码10/7/20235

2、双极性不归零（NRZ）码

“1”和“0”分别对应正、负电平，其特点为：直流分量小。当二进制符号“1”、“0”等可能出现时，无直流成分；接收端判决门限为0，容易设置并且稳定，因此抗干扰能力强；可以在电缆等无接地线上传输。10/8/202362、双极性不归零（NRZ）码10/7/20236

3.单极性归零（RZ）码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。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。

4.双极性归零（RZ）码

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含直流成分的优点，应用比较广泛。10/8/202373.单极性归零（RZ）码10/7/20237

5.AMI码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：

在“1”、“0”码不等概率情况下，也无直流成分，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。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。便于观察误码情况。

10/8/202385.AMI码10/7/20238

6.HDB3码

AMI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。HDB3码的编码规则为：（1）先把消息代码变成AMI码；（2）当出现4个或4个以上连0码时进行处理，即引入破坏码V和补信码；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。10/8/202396.HDB3码10/7/20239

信码B与破坏符号V的正负必须满足如下两个条件：①B码和V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；②V码必须与前一个码（信码B）同极性，以便和正常的AMI码区分开来。如果这个条件得不到满足，那么应该在四个连“0”码的第一个“0”码位置上加一个与V码同极性的补信码，用符号表示，并做调整。10/8/202310信码B与破坏符号V的正负必须满足如下两个条件

例如：(a)代码：010000110000010 1(b)AMI码：0+10000-1+100000-10+1(c)加V：0+1000V+-1+1000V+0-10+1(d)加补信码0+1000V+-1+1B00V-0+10-1(e)HDB3：0+1000+1–1+1-100-10+10–1HDB3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。HDB3是CCITT推荐使用的码之一。10/8/202311例如：10/7/202311二、数字基带系统的工作原理10/8/202312二、数字基带系统的工作原理10/7/20231210/8/20231310/7/202313三、眼图

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形。从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。

10/8/202314三、眼图眼图就是用实验方法宏观监测系统的性能1.无噪声时的眼图

10/8/2023151.无噪声时的眼图10/7/202315眼图的“眼睛”张开的大小反映着码间串扰的强弱。“眼睛”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。2.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糊不清。若同时存在码间串扰，“眼睛”将张开得更小。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。眼图形成原理演示10/8/202316眼图的“眼睛”张开的大小反映着码间串扰的强3.眼图的模型

眼图观测仿真图10/8/2023173.眼图的模型眼图观测仿真图10/7/202317（1）最佳抽样时刻在“眼睛”张最大的时刻。（2）对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。（3）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。（4）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。（6）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。10/8/202318（1）最佳抽样时刻在“眼睛”张最大的时刻。10/7/2023一、二进制数字幅度调制

2ASK原理与调制方法:定义:数字幅度调制又称幅度键控（ASK），二进制幅度键控记作2ASK。原理:2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基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“1”，无载波输出时表示发送“0”。3.2数字频带传输系统10/8/202319一、二进制数字幅度调制2ASK原理与调制方法:3.22ASK信号的调制方法有两种:

图（a）是一般的模拟幅度调制方；图（b）是一种键控方法，这里的开关电路受控制;图（c）给出了波形示例。

10/8/2023202ASK信号的调制方法有两种:10/7/2023202ASK信号解调的方法

相干检测法：如图所示。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。2ASK调制解调仿真

10/8/2023212ASK信号解调的方法

相干检测法：如图所示

二、二进制数字频率调制

2FSK原理与调制方法

定义：数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。原理：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。2FSK信号便是符号“1”对应于载频，而符号“0”对应于另一载频的已调波形。

10/8/202322二、二进制数字频率调制

10/7/2023222FSK信号的调制方法有两种:模拟调频法：利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频。2FSK键控法：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。2FSK信号的产生方法及波形示例如图所示。10/8/2023232FSK信号的调制方法有两种:10/7/202323

2FSK信号的解调

数字调频信号的解调方法很多，如鉴频法、相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。下面仅相干检测法进行介绍。

相干检测解调电路是同步检波器，原理如图。

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进行比较判决，即可还原出基带数字信号。10/8/2023242FSK信号的解调10/7/2023242FSK的调制解调仿真演示10/8/2023252FSK的调制解调仿真演示10/7/202325三、二进制数字相位调制1、二进制相移键控（2PSK）

原理及实现方法

绝对相移是利用载波的相位（指初相）直接表示数字信号的相移方式。二进制相移键控中，通常用相位0和1来分别表示“0”或“1”。

2PSK信号的典型波形如图所示。

10/8/202326三、二进制数字相位调制10/7/202326

PSK信号的调制方法

图（a）是模拟调制法框图；图（b）是键控法框图。

2PSK产生演示

10/8/202327PSK信号的调制方法

2PSK产生演示

10/2PSK信号的解调：

相干解调，方框图如图。2PSK相干解调演示

10/8/2023282PSK信号的解调：2PSK相干解调演示

10/7/2022、二进制差分相移键控（2DPSK）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，记作2DPSK。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传送数字信息。

2DPSK调制演示10/8/2023292、二进制差分相移键控（2DPSK）2DPSK信号的解调

一种是差分相干解调，另一种是相干解调-码变换法。相干解调-码变换法方框图如图。2PSK解调器将输入的2DPSK信号还原成相对码，再由差分译码器把相对码转换成绝对码。

2DPSK解调过程演示

10/8/2023302DPSK信号的解调2DPSK解调过程演示

10/7/202四、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。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。1、误码率：

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：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。

10/8/202331四、二进制数字调制系统的性能比较10/7/202331（2）同一检测方法不同调制方式的比较：

相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪比的要求是：2PSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB；

非相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪比的要求是：2DPSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB。10/8/202332（2）同一检测方法不同调制方式的比较：10/7/2023322、频带利用率

2ASK系统和2PSK（2DPSK）系统频带宽度相同，2FSK系统的频带宽度大于2ASK系统和2PSK（2DPS