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1、第二章数字第二章数字传输传输原理原理张张本讲稿第一页，共一百三十页第二章第二章 数字传输原理数字传输原理2.1 数字通信系统概述2.2 模拟信号数字化2.3 时分复用技术2.4 差错控制编码2.5 数字信号的基带传输2.6 数字信号的频带传输2.7 数字系统同步技术2 2本讲稿第二页，共一百三十页数字通信系统模型如图2-1所示。图2-1 数字通信系统模型2.1 数字通信系统概述本讲稿第三页，共一百三十页2.1 数字通信系统概述F信源：信源：完成非电信号非电信号/电信号电信号的变换F信源编码器信源编码器：一是将信源发出的模拟信号变换为数字信号，称为数字信源码（模数变换模数变换）；二是实现压缩压缩

2、编码编码，使数字信源码占用的信道带宽尽量小。F信道编码器：信道编码器：主要完成两个功能：一是码型变换码型变换，把数字信源码变换为数字信道码；二是差错控制差错控制。本讲稿第四页，共一百三十页F调制器：调制器：其作用是频谱搬移频谱搬移，将信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输的已调信号。F信道：信道：信号的传输媒质。一般可分为：有线信道有线信道和无线信道无线信道恒参信道恒参信道和随参信道随参信道2.1 数字通信系统概述本讲稿第五页，共一百三十页F解调器、信道译码器和信源译码器解调器、信道译码器和信源译码器：基本功能是完成发端的反变换，它们的任务是从带有干扰的信号中正确恢

3、复出原始信息。2.1 数字通信系统概述本讲稿第六页，共一百三十页第二章第二章 数字传输原理数字传输原理2.1 数字通信系统概述2.2 模拟信号数字化2.3 时分复用技术2.4 差错控制编码2.5 数字信号的基带传输2.6 数字信号的频带传输2.7 数字系统同步技术7 7本讲稿第七页，共一百三十页2.2 模拟信号数字化图2-2 模拟信号的数字传输系统模型模拟信息源信宿数字通信系统m(t)模拟随机信号sk数字随机序列 A/DD/A本讲稿第八页，共一百三十页A/D：D/A：抽样量化编码m(t)sk译码低通滤波mk(t)sk2.2 模拟信号数字化图2-3 A/D和D/A变换本讲稿第九页，共一百三十页2

4、.2.1 A/D变换变换 实现A/D变换的方法很多，这里主要介绍应用最普遍的脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）。抽样-时间域数字化量化-幅度域数字化编码-将量化后的信号电平转换成二进制码组2.2 模拟信号数字化本讲稿第十页，共一百三十页1、抽样、抽样 语音信号是模拟信号，它不仅在幅度取值上是连续的，而且在时间轴上也是连续的，要使语音信号数字化并实现时分多路复用，首先要在时间上对语音信号进行要在时间上对语音信号进行离散化处理离散化处理，这一过程叫抽样。抽样是把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度抽样是把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号。的抽样信号。2.2 模拟信号数字化本讲稿

5、第十一页，共一百三十页2.2 模拟信号数字化抽样过程的实现原理：抽样过程的实现原理：fs(t)=f(t)p(t)f(t)fs(t)p(t)本讲稿第十二页，共一百三十页1、抽样、抽样 抽样实现：每隔一定的时间间隔时间间隔Ts，抽取语音信号的一个瞬时幅度值（抽样值）来代替原来的连续信号进行传输。抽样后所得的一系列在时间上离散的抽样值称为样值序列样值序列。2.2 模拟信号数字化图2-4 抽样后的波形本讲稿第十三页，共一百三十页时间离散化；Ts如何选取，保证信号的不失真？抽样定理抽样定理：对于低通型（0,fm）信号，只要抽样频率fs（fs=1/Ts）满足 则可以从样值序列不失真地恢复出原来的模拟信号。

6、其中fm为信号的最高频率。2.2 模拟信号数字化本讲稿第十四页，共一百三十页 最低允许的采样频率fs=2fm称为奈奎斯特(Nyquist)频率。最大允许的采样间隔Ts=1/(2fm)称为奈奎斯特间隔。抽样定理全过程如右图所示：2.2 模拟信号数字化图2-6 抽样定理全过程本讲稿第十五页，共一百三十页2、量化、量化 样值序列在时间上是离散的，但它的幅度取值在信号幅度的变化范围内（通常称动态范围）可以取任意值。因此，幅度的取值仍是连续的（有无限多个取值）。所谓量化所谓量化：就是将幅度取值为无穷多个的样值序列，变换为幅度取值为有限个的样值序列。（幅度离散化幅度离散化）2.2 模拟信号数字化本讲稿第十

7、六页，共一百三十页2、量化、量化实现量化的方法：把信号变化的动态范围划分为有限个区间，只要信号落在某个区间，就取该区间内预先规定的某个参考电平（比如量化区间的中间值）作为信号值。量化区间在专业术语上称为量化级；量化级中间的电平称为量化电平；2.2 模拟信号数字化本讲稿第十七页，共一百三十页图2-7 量化过程示意图2.2 模拟信号数字化本讲稿第十八页，共一百三十页2.2 模拟信号数字化 量化噪声由于量阶的有限性，在量化过程中就不可避免地会造成实际信号值与量化信号值之间的误差。这种由于量阶的有限性造成的误差被称为量化误差，记为e(t)。由量化误差产生的噪声叫量化噪声。性能衡量：信号平均功率与量化噪

8、声平均功率之比为量化信噪比。本讲稿第十九页，共一百三十页2、量化、量化根据各量化级大小是否相等，量化分为：均匀量化均匀量化和非均匀量非均匀量化化。（1）均匀量化 把输入信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。均匀量化亦称线性量化。在均匀量化中，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点。设输入信号的幅度范围是ab，量化级数为M，则量化间隔为：v=(b-a)/M2.2 模拟信号数字化本讲稿第二十页，共一百三十页2.2 模拟信号数字化由此可见：当量化电平分别取各层的中间值时，量化过程所形成的量化误差不超过v2。量化误差与实际输入的样值有关，样值越小，信噪比越小；反之，样值越大，信噪比越大。均匀量

9、化存在的问题：信号动态范围受限信号动态范围受限（小信号信噪比低，大信号信噪比高）。本讲稿第二十一页，共一百三十页2.2 模拟信号数字化语音信号的幅度概率分布：解决方法：（1）M增大，n增大，一路信号的数码率提高；（2）采用“非均匀量化非均匀量化”。图2-8 语音信号的幅度概率分布本讲稿第二十二页，共一百三十页2、量化、量化（2）非均匀量化 每个量化级大小不相等；信号小时，量化级小；而信号大时，量化级大。较均匀量化的优点是：量化噪声功率基本与信号抽样值成比例，因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号的信号量噪比。2.2 模拟信号数字化本讲稿第二十三页，共一百三十页2、量化、量化（2

10、）非均匀量化 非均匀量化的实现方法通常是采用压缩、扩张的方法，即在发送端对输入采样信号先进行压缩处理，再进行压缩处理，再进行均匀量化；其效果就相当于对信号进行非均匀量化。均匀量化；其效果就相当于对信号进行非均匀量化。在接收端进行相反的扩张处理。2.2 模拟信号数字化本讲稿第二十四页，共一百三十页压缩电路是一个非线性放大器，它对大信号的放大倍数小，而对小信号的放大倍数大，从而使大信号受到压缩。即：y=f(x)扩张电路的作用正好与压缩相反。即：x=f-1(y)常采用“对数压缩”。2.2 模拟信号数字化本讲稿第二十五页，共一百三十页图2-9 压扩特性曲线图2.2 模拟信号数字化本讲稿第二十六页，共一

11、百三十页2、量化、量化（2）非均匀量化 国际上有两种标准化的非均匀量化特性：A律律13折线压缩特性（中国和欧洲）折线压缩特性（中国和欧洲）律15折线压缩特性（美国）2.2 模拟信号数字化本讲稿第二十七页，共一百三十页13折线的取得：折线的取得：先对x轴上的输入信号归一化取值范围，按12递减规律分为8段，分段点依次为12、14、18、116、132、164、1128，再把y轴上压缩输出的归一化取值范围均匀地分成8段，即每段长为18，然后把x轴和y轴的相应分段线的交点连接起来得到。2.2 模拟信号数字化本讲稿第二十八页，共一百三十页A律律13折线压缩特性折线压缩特性图2-10 A律13折线压缩特性

12、本讲稿第二十九页，共一百三十页13折线及与折线及与A律压缩特性的比较：律压缩特性的比较：段落 1 2 3 4 5 6 7 8斜率 16 16 8 4 2 1 1/2 1/4 x 0 1/128 1/64 1/32 1/16 1/8 1/4 1/2 1 y13折线 0 1/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8 1 yA/87.6 0 1/8 210 876 321 876 432 876 543 876 654 876 765 876 12.2 模拟信号数字化本讲稿第三十页，共一百三十页13折线的量化方案折线的量化方案对x轴上的8段，每段再均匀分为16个，共128个量化间隔;各段的

13、量化间隔互不相同，分别用1、2、8表示。对y轴上的8段，各段再分成16层，共被均匀分为128层，分别与x轴上的128个量化间隔相对应。这样就相当于对输入信号进行不均匀量化，即小信号时量阶小，大信号时量阶大。最小量阶1=1/(12816)=1/2048;最大量阶 8=1/(216)=1/32=641。2.2 模拟信号数字化本讲稿第三十一页，共一百三十页3、编码、编码所谓编码就是将量化后的信号电平转换成二进制码组的过程；在接收端实施相反的过程称为译码。采用二进制编码，则编码所需的位数取决于量化级数的大小。量化级数越多，量化误差越小，但所需的编码位数越多。2.2 模拟信号数字化本讲稿第三十二页，共一

14、百三十页3、编码、编码A律13折线编码的实现：由于正负极性信号共有1616=256个量化级，每个量化值需编成8位（28=256）二进制码组。8位二进制代码的256种组合与256种不同的量化电平一一对应。2.2 模拟信号数字化本讲稿第三十三页，共一百三十页2.2.2 PCM通信系统方框图 模拟信号经过抽样、量化、编码抽样、量化、编码完成A/D 变换，这样的系统称为PCM（脉冲编码调制）系统）系统。抽样量化编码m(t)A/D译码低通滤波msq(t)D/A信道msq(t)m(t)ms(t)干扰2.2 模拟信号数字化图2-11 PCM原理图本讲稿第三十四页，共一百三十页第二章第二章 数字传输原理数字传

15、输原理2.1 数字通信系统概述2.2 模拟信号数字化2.3 时分复用技术2.4 差错控制编码2.5 数字信号的基带传输2.6 数字信号的频带传输2.7 数字系统同步技术3535本讲稿第三十五页，共一百三十页2.3.1 时分复用（TDM）的概念 在数字通信中，一般采用时分复用（Time-Division Multiplexing，TDM）技术来提高信道的传输效率。所谓“复用”是多路信号（语音、数据和图像等信号）利用同一个信道进行独立的传输。如利用同一根同轴电缆传输1920路电话，且各路电话之间的传送是相互独立的，互不干扰。2.3 时分复用技术本讲稿第三十六页，共一百三十页2.3.1 时分复用（T

16、DM）的概念时分复用（TDM）：抽样后的样值序列在时间上离散，即两个样点信号在时间上有间隔，可以利用这一时间间隔传送其他语音信号的样点信号，这就称为“时分复用”。对于语音信号而言，两相邻样值之间的时间间隔是125s（1/8KHz），称为“一帧”。2.3 时分复用技术本讲稿第三十七页，共一百三十页2.3.2 PCM 30/32系统帧结构采用TDM制的数字通信系统，在国际上已逐步建立其标准。典型的时分多路复用设备是PCM 30/32系统（基群）。PCM 30/32的帧结构如下图所示。2.3 时分复用技术本讲稿第三十八页，共一百三十页图2-12 PCM 30/32系统帧结构本讲稿第三十九页，共一百三

17、十页时隙：将一帧的时间均匀分为32个等分，每一等分称为一个时隙，传送一路语音信号的8位二进制编码；32个时隙依次表示为 ；其中：为话路时隙，共30个话路；传送帧同步信号；传送信令信号；由16帧（编号为 ）组成一个复帧。2.3 时分复用技术本讲稿第四十页，共一百三十页2.3 时分复用技术本讲稿第四十一页，共一百三十页2.3 时分复用技术时分复用技术2.3.3 数字复接系列 PCM30/32系统采用的是时分复用技术，将30路语音信号复接成速率为2.048Mbit/s的群路信号，称为基群或一次群基群或一次群。为了提高传输效率，再把一次群信号采用同步或准同步数字复接（Digital Multiplex

18、er）技术，复接成更高速率的数字信号。数字复接系列按传输速率不同，分别称为基群、二次群、三次基群、二次群、三次群、四次群群、四次群等（我国分别称为E1、E2、E3、E4，其速率为2Mbit/s、8Mbit/s、32Mbit/s、140Mbit/s。本讲稿第四十二页，共一百三十页图2-13 PDH中分插支路信号的过程 2.3 时分复用技术时分复用技术2.3.3 数字复接系列本讲稿第四十三页，共一百三十页第二章第二章 数字传输原理数字传输原理2.1 数字通信系统概述2.2 模拟信号数字化2.3 时分复用技术2.4 差错控制编码2.5 数字信号的基带传输2.6 数字信号的频带传输2.7 数字系统同步

19、技术4444本讲稿第四十四页，共一百三十页2.4 差错控制编码差错控制编码信息编码：信息编码：信源编码信源编码：在分析信源统计特性的基础上，设法通过信源的压缩编码压缩编码去掉这些统计多余成分。（去除冗余，提高有效性）信道编码信道编码：目的是为了改善数字通信系统的传输质量，就是构造出以最小多余度代价换取最大抗干扰性能的“好码”。（添加冗余，提高可靠性）本讲稿第四十五页，共一百三十页2.4 差错控制编码差错控制编码2.4.1 信道分类 按照加性干扰引起的错码分布规律错码分布规律的不同，信道分为以下三类：随机信道突发信道混合信道本讲稿第四十六页，共一百三十页2.4 差错控制编码差错控制编码2.4.1

20、 信道分类1、随机信道（无记忆信道）由随机噪声引起；差错的出现随机，且错码之间是统计独立的；例如由正态分布白噪声引起的错码；本讲稿第四十七页，共一百三十页2、突发信道（有记忆信道）因脉冲噪声、信道中的衰落现象引起；差错在短时间成串出现，而在其他时间又存在较长的无差错区间，且差错之间相关；3、混合信道既存在随机错码，又存在突发错码；结论：对于不同类型的信道，应采用不同的差错控制技术。2.4 差错控制编码差错控制编码本讲稿第四十八页，共一百三十页例、设发送数据序列为：00000000001111111111n接收数据序列为：01101001001111001001n则差错序列为：011010010

21、00000110110n错误图样（差错序列）：发送数据序列与接收序列对应码位的模和。可见：n发生了两个长度分别为和的突发差错，其错误图样分别为1101001和11011。2.4 差错控制编码差错控制编码本讲稿第四十九页，共一百三十页2.4.2 差错控制方式 常用的差错控制方式主要有三种：检错重发法前向纠错法混合纠错法2.4 差错控制编码差错控制编码本讲稿第五十页，共一百三十页2.4.2 差错控制方式1、检错重发法（ARQ）发送端经编码后发出能够发现错误的码，接收端按一定规则对收到的码组进行有无错误有无错误的判别。若发现有错，则通知发送端重发，直到正确接收为止。2.4 差错控制编码差错控制编码本

22、讲稿第五十一页，共一百三十页ARQ示意图特点：具备双向信道；时延大；能够发现错误的码反馈信号发收图2-14 检错重发示意图2.4 差错控制编码差错控制编码本讲稿第五十二页，共一百三十页2、前向纠错法（FEC）发端经编码后发出能够纠正错误的码，接收端收到码组后，通过译码自动发现并纠正自动发现并纠正传输中的错误；FEC示意图可以纠正错误的码发收图2-15 前向纠错示意图2.4 差错控制编码差错控制编码本讲稿第五十三页，共一百三十页特点不需要反馈信道，特别适合只能提供单向信道的场合；自动纠错，不要求检错重发，延时小，实时性好；编、译码设备复杂，传输效率低；2.4 差错控制编码差错控制编码本讲稿第五十

23、四页，共一百三十页3、混合纠错法 是前向纠错方式和检错重发方式的结合。在这种系统中发送端不但有纠正错误的能力，而且对超出纠错能力的错误有检测能力。在纠错能力内，则纠错；超出纠错能力，但能检测错误，则通过反馈信道要求发端重发一遍；2.4 差错控制编码差错控制编码可以发现和纠正错误的码反馈信号发收图2-16 混合纠错法示意图本讲稿第五十五页，共一百三十页2.4.3 差错控制编码（纠错编码）1、基本思想2、信道编码中的几个概念3、码距与检纠错能力的关系4、差错控制编码的效果5、举例说明2.4 差错控制编码差错控制编码本讲稿第五十六页，共一百三十页1、差错控制编码的基本思想发送端被传输的信息序列上附加

24、一些监督码元，这些监督码元与信息码元之间按照某种确定的规则相互关联（约束）。接收端按照同一规则检查两者间关系，一旦关系遭破坏，即可发现错误，乃至根据错误图样纠正错误。码的检错和纠错能力是用信息量的冗余来换取的。一般说来，添加的冗余越多，码的检错、纠错能力越强，但信道的传输效率下降也越多。差错控制编码原则上以降低信息传输速率为代价，换取信息传输可靠性提高。2.4 差错控制编码差错控制编码本讲稿第五十七页，共一百三十页举例说明：假如要传送A、B两个消息F 编码一：编码一：消息A-“0”；消息B-“1”若传输中产生错码（“0”错成“1”或“1”错成“0”）收端无法发现，该编码无检错、纠错能力。F 编

25、码二：编码二：消息A-“00”；消息B-“11”若传输中产生一位错码，则变成“01”或“10”，收端判决为有错（因“01”“10”为禁用码组），但无法确定错码位置，不能纠正，该编码具有检出一位错码的能力。这表明增加一位冗余码元后码具有检出一位错码的能力。2.4 差错控制编码差错控制编码本讲稿第五十八页，共一百三十页F 编码三：编码三：消息A-“000”；消息B-“111”传输中产生一位或两位错码，都将变成禁用码组，收端判决传输有错。该编码具有检出两位错码的能力。在产生一位错码情况下，收端可根据“大数”法则进行正确判决，能够纠正这一位错码。该编码具有纠正一位错码的能力。这表明增加两位冗余码元后码

26、具有检出两位错码及纠正一位错码的能力。F 可见可见n纠错编码之所以具有检错和纠错能力，确实是因为在信息码元外添加了冗余码元（监督码元）。2.4 差错控制编码差错控制编码本讲稿第五十九页，共一百三十页2、信道编码中的几个概念码组重量（码重）：码字中非零码元的数目。如“10011”码字的码重为3。码组距离（码距或汉明距离）：两个码字中对应码位上具有不同二进制码元的位数。如两码字“10011”与“11010”间码距为2。最小码距：码字集合中任意两码字间的最小距离，记为d0。2.4 差错控制编码差错控制编码本讲稿第六十页，共一百三十页3、码距与检纠错能力的关系在一个码组中，为检测e个错码，要求最小码距

27、：Ce1d02.4 差错控制编码差错控制编码图2-17 码距与检错能力的关系本讲稿第六十一页，共一百三十页3、码距与检纠错能力的关系在一个码组中，为纠正t个错码，要求最小码距：tC1C2td02.4 差错控制编码差错控制编码图2-18 码距与纠错能力的关系本讲稿第六十二页，共一百三十页3、码距与检纠错能力的关系在一个码组中，纠正t个错码，同时检测e（et）个错码，要求最小码距：C1C2ted0t2.4 差错控制编码差错控制编码图2-19 码距与检纠错能力的关系本讲稿第六十三页，共一百三十页4、差错控制编码的效果 假设在随机信道中发送“0”和“1”的错误概率相等，都等于p，且p1，则，在码长为n

28、的码组中，恰好发生r个错码的概率为：2.4 差错控制编码差错控制编码例如：当码长n=7，p=10-3时，则有：本讲稿第六十四页，共一百三十页5、举例说明（1）奇偶监督码编码原理（发端）：无论信息位有多少，监督位只有一位，使码组中“1”的个数为偶数或奇数。即满足下列关系式：译码原理（收端）：接收到的码组按上式模2加，若结果为0，则无错，否则，有错。2.4 差错控制编码差错控制编码本讲稿第六十五页，共一百三十页F特点：只能检测出奇数个错误，不能纠错。主要应用于以随机错误为主的计算机通信系统，难于对付突发错误。传码效率：R=(n-1)/n。2.4 差错控制编码差错控制编码本讲稿第六十六页，共一百三十

29、页5、举例说明（2）恒比码 每个码组中含“1”和“0”的个数的比例恒定，又称等重码。典型应用国际无线电报通信，广泛采用“7中取3”恒比码，即码组中总有3个1。我国电传机广泛采用5单位数字保护电码。一个汉字用4个阿拉伯数字表示，每个数字用“5中取3”恒比码构成。2.4 差错控制编码差错控制编码本讲稿第六十七页，共一百三十页F检测能力 能检测出所有单个和奇数个错误，并能部分检测出偶数个错误（成对交换错则检测不出）F特点简单，适应于对字母或符号进行编码。但不适合传输信源来的二进制数字序列。2.4 差错控制编码差错控制编码本讲稿第六十八页，共一百三十页第二章第二章 数字传输原理数字传输原理2.1 数字

30、通信系统概述2.2 模拟信号数字化2.3 时分复用技术2.4 差错控制编码2.5 数字信号的基带传输2.6 数字信号的频带传输2.7 数字系统同步技术6969本讲稿第六十九页，共一百三十页2.5 数字信号的基带传输数字信号的传输分为两种形式：数字信号基带传输基带传输：是指不使用调制和解调装置而直接传输数字基带信号的系统；数字信号频带传输频带传输：包括了调制和解调过程的传输系统称为频带传输系统。本讲稿第七十页，共一百三十页F数字基带传输系统 n信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号；n信道可以是允许基带信号通过的媒质；n接收滤波器是用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰的；n抽样判决

31、器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。信道信号形成器信道接收滤波器抽样判决器基带脉冲输入干扰基带脉冲输出图2-20 基带传输系统的基本结构2.5 数字信号的基带传输本讲稿第七十一页，共一百三十页F 数字频带传输系统 n 简单说，包括了调制和解调过程的传输系统称为频带传输系统。调制器基带脉冲输入信道解调器干扰基带脉冲输出2.5 数字信号的基带传输图2-21 频带传输系统的基本结构本讲稿第七十二页，共一百三十页2.5.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性1数字基带信号 所谓数字基带信号（简称基带信号），就是消息代码的电波形。基带脉冲波形的选择：对所选码型的电波形要求，期望电波形

32、适宜于在信道中传输。根据实际需要，组成基带信号的单个码元波形可以是矩形，升余弦形，高斯形以及半余弦脉冲等多种。2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输本讲稿第七十三页，共一百三十页F几种最基本的基带信号码波形（以矩形为例）n 单极性NRZ（Non Return Zero）码、双极性（BNRZ）码、单极性归零（RZ）码、双极性归零（BRZ）码、差分码、多电平码。+E00001111（a）单极性波形+E-E0001111（b）双极性波形+E00001111（c）单极性归零波形+E-E0001111（d）双极性归零波形+E-E000111 1（e）差分波形1+E-E01（f）多电平波形+3E-3

33、E010100111011002.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输图2-22 几种最基本的基带信号波形本讲稿第七十四页，共一百三十页2、基带信号的时域表示（二进制）若an表示第n个信息符号对应的电平值（0、1或-1、1），对应二进制符号的“0”，对应“1”，码元间隔为 ，则数字基带信号可表示为：2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输本讲稿第七十五页，共一百三十页式中，为 的稳态波，它是以 为周期的周期信号；为 的交变波，它是随机信号。3、基带信号的频谱特性 数字基带随机脉冲序列又可表示为：2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输本讲稿第七十六页，共一百三十页 u(t)tg2(

34、t)t-Ts/2 Ts/2 g1(t)t-Ts/2Ts/2V(t)ts(t)1 0 0 1 0 1 1t2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输图2-23 基带信号的时域表示（二进制）本讲稿第七十七页，共一百三十页3、基带信号的频谱特性n随机脉冲序列的功率谱密度可能包括两个部分：连续谱（由交变波形成）和连续谱（由交变波形成）和离散谱（由稳态波形成离散谱（由稳态波形成）。）。2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输图2-24 几种典型数字基带信号的频谱图本讲稿第七十八页，共一百三十页2.5.2 基带传输的常用码型 最典型的波形通常是“单极性不归零码”。这种单极性信号含有直流分量和丰富的低

35、频分量，对传输信道的直流和低频特性要求较高。一般信道中往往存在隔直流电容或耦合变压器，使直流分量不能通过，且高频分量的衰减随传输距离的增加而增大。因此，必须经过码型变换码型变换，变为适于信道传输的信道码信道码。2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输本讲稿第七十九页，共一百三十页F基带信号传输码型的选取原则n传输的码型不应含有直流分量，且低频成分和过高的频率成分也不易太多（通过分析频谱图即可看出信号含有的频率成分）n 为使收发同步，传输的码型中应含有时钟信息n 传输的码型与信息源的统计特性无关n 传输码应具有一定的检错、纠错能力 n 码型的转换设备应简单易于实现2.5 数字信号的基带传输数

36、字信号的基带传输本讲稿第八十页，共一百三十页F常用的传输码型有：传号交替反转码（AMI码）三阶高密度双极性码（HDB3码）传号反转码（CMI码）曼彻斯特码（又称分相码、数字双相码）2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输本讲稿第八十一页，共一百三十页 1、AMI码（传号交替反转码）编码规则：代码编码规则：代码0 0（空号）仍变换为传输码的（空号）仍变换为传输码的0 0，而把代码中的，而把代码中的1 1（传号）交替变换成传输码的（传号）交替变换成传输码的+1+1、-1-1、+1+1、-1-1、。举例：消息代码：1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 AMI码：1 0 0 l 1 0 0

37、0 -1 +1-1 2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输 1 0 0 1 1本讲稿第八十二页，共一百三十页1、AMI码（传号交替反转码）它为三电平序列（三元码），伪三进制，1B/1T码。优点：（1）无直流成分，且只有很小的低频成分；（2）整流后即为RZ码。缺点：连0码多时，不利于提取高质量的位同步信号。2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输本讲稿第八十三页，共一百三十页2、HDB3码（三阶高密度双极性码）编码规则：HDB3码是在AMI码基础上加以改进的码型，当AMI码没有出现4个或4个以上的连0码时，仍按AMI码编码。当出现4个连0码时，要将4个连0码“0000”以取代节“000

38、V”或“B00V”取代。V码和B码都是+1码或-1码；2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输本讲稿第八十四页，共一百三十页2、HDB3码（三阶高密度双极性码）取代节的安排原则如下：V码的插入不应使传输码流产生附加的直流成分，为此，规定V码之间应满足极性交替反转的要求。为了在接收端识别出V码，以便将其恢复成原来的0码，规定V码应与前一位相邻的1码保持同极性。为使上述两条件满足，取代节的选取原则是：两个相邻V码之间，1码的个数为奇数时，选用“000V”；两个相邻V码之间，1码的个数为偶数时，选用“B00V”；2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输本讲稿第八十五页，共一百三十页HDBHD

39、B3 3码编码举例码编码举例例1：代码：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 AMI码：-1 0 0 0 0+1 0 0 0 0 ll 0 0 0 0-1+1 HDB3码：-1 0 0 0-V+1 0 0 0+V -1l-B-B 0 0-V-V1-1例2：1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0HDB3：1 0 0 0 V 0 -1 1 B 0 0 V 1 0 0 0 V 0 2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输本讲稿第八十六页，共一百三十页译码规则：每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性（包括B在内）。从收到的符号序列

40、中可以容易地找到破坏点V，于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连0码，再将所有-1变成+1后便得到原消息代码。特点：保留了AMI码的优点，克服了AMI连0多的缺点，这对于定时信号的恢复是十分有利的。它是 一、二、三次群的接口码型，是CCITT推荐使用的码型之一。2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输本讲稿第八十七页，共一百三十页3、传号反转码（CMI）CMI码是把普通二进制码序列中的0码变换为01，而把1码交替变为00和11。特点：有较多的电平跃变，因此含有丰富的定时信息；该码被CCITT推荐为PCM四次群的接口码型；2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输本

41、讲稿第八十八页，共一百三十页4、曼彻斯特码 曼彻斯特码，又称为双相码，其变换规则是把普通二进制序列码中的“1”码变换为10，把“0”变为01。特点：能提供足够的定时；无直流漂移；编码过程简单；带宽要宽些；2.5 数字信号的基带传输数字信号的基带传输本讲稿第八十九页，共一百三十页第二章第二章 数字传输原理数字传输原理2.1 数字通信系统概述2.2 模拟信号数字化2.3 时分复用技术2.4 差错控制编码2.5 数字信号的基带传输2.6 数字信号的频带传输2.7 数字系统同步技术9090本讲稿第九十页，共一百三十页 由于从消息变换过来的原始信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不适宜直接进

42、行传输。因此，在通信系统的发送端需要有调制调制过程，而在接收端需要有解调解调过程。-频带传输系统调制器信道解调器干扰图2-25 频带传输系统2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输本讲稿第九十一页，共一百三十页2.6.1 调制/解调的定义 按调调制制信信号号（基基带带信信号号）的变化规律去改变高高频频载载波波某些参数的过程。一般常采用正弦信号作为载波；根据改变正弦信号的参数A、f、之一，调制分为调幅、调频和调幅、调频和调相；调相；根据调制信号取值连续或离散调制信号取值连续或离散，调制分为模拟调制或数字调制模拟调制或数字调制；解调：在接收端和“调制”相反的过程，即从已调信号中恢复原基带信号的

43、过程。2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输本讲稿第九十二页，共一百三十页2.6.1 调制/解调的定义F完成调制与解调任务的设备称为调制解调器（Modem）。F频带传输的目的：将基带调制信号变换成适合在信道中传输的已调信号；实现信道的多路复用；改善系统的抗噪声性能；2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输本讲稿第九十三页，共一百三十页 2.6.2 模拟幅度调制 模拟调制是指基带信号的取值是连续的（模拟信号），而幅度调制是指高频正弦载波的幅度随基带信号作线性变化的过程。2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输图2-26 模拟幅度调制解调示意图本讲稿第九十四页，共一百三十页 其波形和

44、频谱如下所示：2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输图2-27 模拟幅度调制波形和频谱示意图本讲稿第九十五页，共一百三十页 调制的优点：通过调制，可以进行频谱搬移，即把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，例如移动通信。通过调制，将基带信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，例如频分复用（频分复用（FDM）。2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输图2-28 频分复用信号的频谱结构本讲稿第九十六页，共一百三十页 FDM的优缺点：FDM最大的优点是信道复用率高、复用路数多、分路方便（在接收端利用相应的带通滤波器可恢复各路调制信号）；其主要缺点是设备复杂、且因滤波器特性不够理

45、想和信道内存在非线性而产生路间干扰。2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输本讲稿第九十七页，共一百三十页 2.6.2 数字调制 数字调制是指基带信号的取值是离散的（数字信号），即用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端只需对载波信号的离散调制参量进行检测就可以实现信号的解调。二进制数字调制有振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK）三种基本形式。2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输本讲稿第九十八页，共一百三十页1、2ASK（二进制振幅键控）用待传递的数字信号（两种状态）改变载波的幅度。（1）实现2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输 BPFcos

46、cts(t)e0(t)载波开关电路s(t)e0(t)K图2-29 2ASK信号的产生（左图：模拟幅度调制方法；右图：数字键控方法）本讲稿第九十九页，共一百三十页 由于其中一个信号状态始终为零，相当于断开状态，故2ASK信号又称为通断键控（OOK）信号。1、2ASK（二进制振幅键控）（2）波形示例2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输s(t)e0(t)1 0 0 1本讲稿第一百页，共一百三十页1、2ASK（二进制振幅键控）（3）解调-相干方式解调2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输 BPF LPF抽样判决定时脉冲Cos(ct)输出输入图2-30 2ASK信号相干方式解调器本讲稿第一

47、百零一页，共一百三十页6.2 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 2、2FSK（二进制频移键控）用待传递的数字信号（两种状态）改变载波的频率，即用两种不同频率的载波分别代表数字信号“1”和“0”。（1）实现2.6 2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输 f1载波开关电路s(t)e0(t)K f2载波图2-31 2FSK信号的产生（键控法）本讲稿第一百零二页，共一百三十页6.2 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 2、2FSK（二进制频移键控）（2）波形示例2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输数字信号的频带传输数字信号的频带传输s(t)e0(t)1 0 0 1其中：0符号对应于

48、载频1，1符号对应于载频2，而且1和2之间的改变是瞬间完成的。本讲稿第一百零三页，共一百三十页例：2FSK信号的波形及分解。Tsf2f2f1f1f1t(a)f1f1f1t(b)f2f2t(c)2.6 2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输数字信号的频带传输数字信号的频带传输本讲稿第一百零四页，共一百三十页6.2 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 2、2FSK（二进制频移键控）（3）解调-相干方式2.6 2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输数字信号的频带传输数字信号的频带传输图2-32 2FSK信号相干方式解调器 BPF LPF抽样判决定时脉冲cos1t输出输入 BPF LPF

49、cos2t本讲稿第一百零五页，共一百三十页3、2PSK和2DPSK（1）2PSK（二进制绝对相移键控）用待传递的数字信号（两种状态）改变载波的初相角。1）实现2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输 BPFcoscts(t)e0(t)电平变换双极性不归零信号单极性不归零信号图2-33（a）2PSK信号模拟调制法框图本讲稿第一百零六页，共一百三十页3、2PSK和2DPSK（1）2PSK（二进制绝对相移键控）用待传递的数字信号（两种状态）改变载波的初相角。1）实现2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输图2-33（b）2PSK信号键控法框图 载波开关电路s(t)e0(t)K 移相0本讲稿第

50、一百零七页，共一百三十页3、2PSK和2DPSK（1）2PSK（二进制绝对相移键控）2）波形示例2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输本讲稿第一百零八页，共一百三十页 这种以载波的不同相位直接表示相应数字信息的相位键控，通常称为绝对移相绝对移相方式；由于在发送端是以某一个相位作基准的，因而在接收系统中也必须有一个固定的基准相位作参考；若参考相位发生随机跳变（从00变成1800），则必然导致接收错误，此即2PSK信号的“反向工作”现象；为避免2PSK信号的“反向工作”现象，特引入“相对移相相对移相”方式2DPSK信号。2.6 数字信号的频带传输数字信号的频带传输本讲稿第一百零九页，共一百三