數(shù)字基帶與頻帶傳輸系統(tǒng)課件

第3章數(shù)字基帶與頻帶傳輸系統(tǒng)3.1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)3.2數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)9/19/20231第3章數(shù)字基帶與頻帶傳輸系統(tǒng)3.1

3.1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)

一、數(shù)字基帶信號碼型基帶信號的要求主要有兩點：（1）對各種代碼的要求，期望將原始信息符號編制成適合于傳輸用的碼型；（2）對所選的碼型的電波形的要求，期望電波形適宜于在信道中傳輸。

9/19/202323.1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)

一、數(shù)設(shè)計數(shù)字基帶信號碼型應(yīng)考慮以下原則：

（1）碼型中應(yīng)不含直流或低頻分量盡量少;（2）碼型中高頻分量盡量少;（3）碼型中應(yīng)包含定時信息;（4）碼型具有一定檢錯能力;（5）低誤碼增殖;（6）高的編碼效率；（7）編譯碼設(shè)備應(yīng)盡量簡單。

9/19/20233設(shè)計數(shù)字基帶信號碼型應(yīng)考慮以下原則：8/6/20233數(shù)字基帶信號的常用碼型9/19/20234數(shù)字基帶信號的常用碼型8/6/202341、單極性非歸零（NRZ）碼

二進制符號“1”和“0”分別對應(yīng)正電平和零電平，在整個碼元持續(xù)時間電平保持不變。單極性NRZ碼的主要特點：

有直流分量，無法使用一些交流耦合的線路和設(shè)備；

不能直接提取位同步信息；抗噪性能差；傳輸時需一端接地。

9/19/202351、單極性非歸零（NRZ）碼8/6/20235

2、雙極性不歸零（NRZ）碼

“1”和“0”分別對應(yīng)正、負電平，其特點為：直流分量小。當二進制符號“1”、“0”等可能出現(xiàn)時，無直流成分；接收端判決門限為0，容易設(shè)置并且穩(wěn)定，因此抗干擾能力強；可以在電纜等無接地線上傳輸。9/19/202362、雙極性不歸零（NRZ）碼8/6/20236

3.單極性歸零（RZ）碼歸零碼是指它的有電脈沖寬度比碼元寬度窄，每個脈沖都回到零電平。優(yōu)點是可以直接提取同步信號，它是其它碼型提取同步信號需采用的一個過渡碼型。

4.雙極性歸零（RZ）碼

雙極性歸零碼具有雙極性不歸零碼的抗干擾能力強及碼中不含直流成分的優(yōu)點，應(yīng)用比較廣泛。9/19/202373.單極性歸零（RZ）碼8/6/20237

5.AMI碼這種碼型實際上把二進制脈沖序列變?yōu)槿娖降姆栃蛄校鋬?yōu)點如下：

在“1”、“0”碼不等概率情況下，也無直流成分，對具有變壓器或其它交流隅合的傳輸信道來說，不易受隔直特性的影響。若接收端收到的碼元極性與發(fā)送端的完全相反，也能正確判決。便于觀察誤碼情況。

9/19/202385.AMI碼8/6/20238

6.HDB3碼

AMI碼有一個重要缺點，即它可能出現(xiàn)長的連0串，會造成提取定時信號的困難。HDB3碼的編碼規(guī)則為：（1）先把消息代碼變成AMI碼；（2）當出現(xiàn)4個或4個以上連0碼時進行處理，即引入破壞碼V和補信碼；原來的二進制碼元序列中所有的“1”碼稱為信碼，用符號B表示。9/19/202396.HDB3碼8/6/20239

信碼B與破壞符號V的正負必須滿足如下兩個條件：①B碼和V碼各自都應(yīng)始終保持極性交替變化的規(guī)律，以便確保編好的碼中沒有直流成分；②V碼必須與前一個碼（信碼B）同極性，以便和正常的AMI碼區(qū)分開來。如果這個條件得不到滿足，那么應(yīng)該在四個連“0”碼的第一個“0”碼位置上加一個與V碼同極性的補信碼，用符號表示，并做調(diào)整。9/19/202310信碼B與破壞符號V的正負必須滿足如下兩個條件

例如：(a)代碼：010000110000010 1(b)AMI碼：0+10000-1+100000-10+1(c)加V：0+1000V+-1+1000V+0-10+1(d)加補信碼0+1000V+-1+1B00V-0+10-1(e)HDB3：0+1000+1–1+1-100-10+10–1HDB3碼的譯碼卻比較簡單，同時它對定時信號的恢復(fù)是極為有利的。HDB3是CCITT推薦使用的碼之一。9/19/202311例如：8/6/202311二、數(shù)字基帶系統(tǒng)的工作原理9/19/202312二、數(shù)字基帶系統(tǒng)的工作原理8/6/2023129/19/2023138/6/202313三、眼圖

眼圖就是用實驗方法宏觀監(jiān)測系統(tǒng)的性能。眼圖的概念：眼圖是指利用實驗的方法估計和改善（通過調(diào)整）傳輸系統(tǒng)性能時在示波器上觀察到的一種圖形。從“眼圖”上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響，從而估計系統(tǒng)優(yōu)劣程度。

9/19/202314三、眼圖眼圖就是用實驗方法宏觀監(jiān)測系統(tǒng)的性能1.無噪聲時的眼圖

9/19/2023151.無噪聲時的眼圖8/6/202315眼圖的“眼睛”張開的大小反映著碼間串擾的強弱?！把劬Α睆埖脑酱?，且眼圖越端正，表示碼間串擾越??；反之表示碼間串擾越大。2.存在噪聲時的眼圖

當存在噪聲時，觀察到的眼圖的線跡會變得模糊不清。若同時存在碼間串擾，“眼睛”將張開得更小。與無碼間串擾時的眼圖相比，原來清晰端正的細線跡，變成了比較模糊的帶狀線，而且不很端正。噪聲越大，線跡越寬，越模糊；碼間串擾越大，眼圖越不端正。眼圖形成原理演示9/19/202316眼圖的“眼睛”張開的大小反映著碼間串擾的強3.眼圖的模型

眼圖觀測仿真圖9/19/2023173.眼圖的模型眼圖觀測仿真圖8/6/202317（1）最佳抽樣時刻在“眼睛”張最大的時刻。（2）對定時誤差的靈敏度可由眼圖斜邊的斜率決定。（3）在抽樣時刻上，眼圖上下兩分支陰影區(qū)的垂直高度，表示最大信號畸變。（4）眼圖中橫軸位置應(yīng)對應(yīng)判決門限電平。（5）各相應(yīng)電平的噪聲容限。（6）傾斜分支與橫軸相交的區(qū)域的大小，表示零點位置的變動范圍。9/19/202318（1）最佳抽樣時刻在“眼睛”張最大的時刻。8/6/20231一、二進制數(shù)字幅度調(diào)制

2ASK原理與調(diào)制方法:定義:數(shù)字幅度調(diào)制又稱幅度鍵控（ASK），二進制幅度鍵控記作2ASK。原理:2ASK是利用代表數(shù)字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個連續(xù)的載波，使載波時斷時續(xù)地輸出。有載波輸出時表示發(fā)送“1”，無載波輸出時表示發(fā)送“0”。3.2數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)9/19/202319一、二進制數(shù)字幅度調(diào)制2ASK原理與調(diào)制方法:3.22ASK信號的調(diào)制方法有兩種:

圖（a）是一般的模擬幅度調(diào)制方；圖（b）是一種鍵控方法，這里的開關(guān)電路受控制;圖（c）給出了波形示例。

9/19/2023202ASK信號的調(diào)制方法有兩種:8/6/2023202ASK信號解調(diào)的方法

相干檢測法：如圖所示。相干檢測就是同步解調(diào)，要求接收機產(chǎn)生一個與發(fā)送載波同頻同相的本地載波信號，利用此載波與收到的已調(diào)信號相乘，輸出信號再經(jīng)低通濾波濾除第二項高頻分量后，即可輸出信號。2ASK調(diào)制解調(diào)仿真

9/19/2023212ASK信號解調(diào)的方法

相干檢測法：如圖所示

二、二進制數(shù)字頻率調(diào)制

2FSK原理與調(diào)制方法

定義：數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（FSK），二進制頻移鍵控記作2FSK。原理：數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。2FSK信號便是符號“1”對應(yīng)于載頻，而符號“0”對應(yīng)于另一載頻的已調(diào)波形。

9/19/202322二、二進制數(shù)字頻率調(diào)制

8/6/2023222FSK信號的調(diào)制方法有兩種:模擬調(diào)頻法：利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調(diào)頻。2FSK鍵控法：利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不同獨立頻率源進行選通。2FSK信號的產(chǎn)生方法及波形示例如圖所示。9/19/2023232FSK信號的調(diào)制方法有兩種:8/6/202323

2FSK信號的解調(diào)

數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)方法很多，如鑒頻法、相干檢測法、包絡(luò)檢波法、過零檢測法、差分檢測法等。下面僅相干檢測法進行介紹。

相干檢測解調(diào)電路是同步檢波器，原理如圖。

帶通濾波器起分路作用。它們的輸出分別與相應(yīng)的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號，抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值進行比較判決，即可還原出基帶數(shù)字信號。9/19/2023242FSK信號的解調(diào)8/6/2023242FSK的調(diào)制解調(diào)仿真演示9/19/2023252FSK的調(diào)制解調(diào)仿真演示8/6/202325三、二進制數(shù)字相位調(diào)制1、二進制相移鍵控（2PSK）

原理及實現(xiàn)方法

絕對相移是利用載波的相位（指初相）直接表示數(shù)字信號的相移方式。二進制相移鍵控中，通常用相位0和1來分別表示“0”或“1”。

2PSK信號的典型波形如圖所示。

9/19/202326三、二進制數(shù)字相位調(diào)制8/6/202326

PSK信號的調(diào)制方法

圖（a）是模擬調(diào)制法框圖；圖（b）是鍵控法框圖。

2PSK產(chǎn)生演示

9/19/202327PSK信號的調(diào)制方法

2PSK產(chǎn)生演示

8/62PSK信號的解調(diào)：

相干解調(diào)，方框圖如圖。2PSK相干解調(diào)演示

9/19/2023282PSK信號的解調(diào)：2PSK相干解調(diào)演示

8/6/20232、二進制差分相移鍵控（2DPSK）原理及實現(xiàn)方法

二進制差分相移鍵控常簡稱為二相相對調(diào)相，記作2DPSK。它不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數(shù)字信息。

2DPSK調(diào)制演示9/19/2023292、二進制差分相移鍵控（2DPSK）2DPSK信號的解調(diào)

一種是差分相干解調(diào)，另一種是相干解調(diào)-碼變換法。相干解調(diào)-碼變換法方框圖如圖。2PSK解調(diào)器將輸入的2DPSK信號還原成相對碼，再由差分譯碼器把相對碼轉(zhuǎn)換成絕對碼。

2DPSK解調(diào)過程演示

9/19/2023302DPSK信號的解調(diào)2DPSK解調(diào)過程演示

8/6/2023四、二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較各種二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能總結(jié)、比較。內(nèi)容包括系統(tǒng)的誤碼率、頻帶寬度及頻帶利用率、對信道的適應(yīng)能力、設(shè)備的復(fù)雜度等。1、誤碼率：

二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性有兩個方面比較：（1）同一調(diào)制方式不同檢測方法的比較：對于同一調(diào)制方式不同檢測方法，相干檢測的抗噪聲性能優(yōu)于非相干檢測。

9/19/202331四、二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較8/6/202331（2）同一檢測方法不同調(diào)制方式的比較：

相干檢測時，在相同誤碼率條件下，對信噪比的要求是：2PSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB；

非相干檢測時，在相同誤碼率條件下，對信噪比的要求是：2DPSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB。9/19/202332（2）同一檢測方法不同調(diào)制方式的比較：8/6/2023322、頻帶利用率

2ASK系統(tǒng)和2PSK（2DPSK）系統(tǒng)頻帶寬度相同，2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度大于2ASK系統(tǒng)和2PSK（2DP