《數(shù)據(jù)通信原理》復(fù)習(xí)資料

《數(shù)據(jù)通信原理》復(fù)習(xí)資料

復(fù)習(xí)資料說明：

1、復(fù)習(xí)資料主要講解《數(shù)據(jù)通信原理》第二、三、四章的內(nèi)容。其它章節(jié)的考點，學(xué)員

可以參照《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》中的習(xí)題進(jìn)行復(fù)習(xí)，其中打“*”號的作業(yè)題為重點。

2、標(biāo)有“皂”的內(nèi)容為重點內(nèi)容

3、在復(fù)習(xí)資料中，部分知識點與《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》中的習(xí)題相對應(yīng)。請學(xué)員們在

復(fù)習(xí)時要注意結(jié)合起來。

第二章概論

第二節(jié)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成

一、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的概念

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計算機(jī)系統(tǒng)連接起來，

實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng)。

二、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成（參見教材P39圖2-1）Q（要求能畫出這個圖）

典型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：

?數(shù)據(jù)終端設(shè)備

?數(shù)據(jù)電路

?中央計算機(jī)系統(tǒng)

1、數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）

?數(shù)據(jù)輸入、輸出設(shè)備一一數(shù)據(jù)——?數(shù)據(jù)信號

?傳輸控制器一一主要執(zhí)行與通信網(wǎng)絡(luò)之間的通信過程控制（即傳輸控制），包括差

錯控制、終端的接續(xù)控制、傳輸順序控制和切斷控制等（完成這些

控制要遵照通信協(xié)議）。

2、數(shù)據(jù)電路

?傳輸信道一一為數(shù)據(jù)通信提供傳輸通道

?數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）（《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》簡答題第2題）一一是DTE與

傳輸信道之間的接口設(shè)備，其主要作用是將來自

DTE的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行變換，使之適合信道傳輸。

當(dāng)傳輸信道為模擬信道時，DCE是調(diào)制解調(diào)器（MODEM）,發(fā)送方將DTE送來的數(shù)

據(jù)信號進(jìn)行調(diào)制，將其頻帶搬移到話音頻帶上（同時變成模擬信號）再

送往信道上傳，收端進(jìn)行相反的變換。

〔當(dāng)傳輸信道是數(shù)字信道時，DCE是數(shù)字接口適配器，其中包含數(shù)據(jù)服務(wù)單元與信道

服務(wù)單元。前者執(zhí)行碼型和電平轉(zhuǎn)換、定時、信號再生和同步等功能；

后者則執(zhí)行信道均衡、信號整形等功能。

3、中央計算機(jī)系統(tǒng)

主機(jī)一一進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

■通信控制器（又稱前置處理機(jī)）一一用于管理與數(shù)據(jù)終端相連接的所有通信線路,

其作用與傳輸控制器相同。

?數(shù)據(jù)電路與數(shù)據(jù)鏈路的關(guān)系一一數(shù)據(jù)鏈路由數(shù)據(jù)電路及兩端的傳輸控制器組成。

?只有建立了數(shù)據(jù)鏈路通信雙方才能有效、可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

第三節(jié)傳輸代碼

常用的傳輸代碼有：

?國際5號碼IA5（7單位代碼）一一ASCII碼（常在后面加1位奇偶校驗碼）

?國際電報2號碼ITA2（5單位代碼）

?EBCDIC碼（8單位代碼）

?信息交換用漢字代碼（7單位代碼）

第四節(jié)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

一、工作速率一一衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)通信能力

1.調(diào)制速率（又稱符號速率或碼元速率）NBd（或，）

定義一一每秒傳輸信號碼元的個數(shù)，單位為波特（Bd）。

公式：NBd=y（T為符號間隔）

［注：《數(shù)據(jù)通信原理》中習(xí)慣用T表示符號間隔；而在《數(shù)字通信原理》中的T則

為抽樣周期。請不要混淆。］

2.數(shù)據(jù)傳信速率（簡稱傳信率）R（或力《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》計算題第1題）

Q

定義一一每秒傳輸?shù)男畔⒘浚幢忍貍€數(shù)或二進(jìn)制碼元的個數(shù)），單位為bit/s等。

?數(shù)據(jù)傳信速率與調(diào)制速率之間的關(guān)系為

A=N&Jog2M

例：設(shè)信號碼元時間長度為833x1（TS,當(dāng)采用4電平傳輸時，求數(shù)據(jù)傳信速率和調(diào)制

速率。

解：調(diào)制速率為

1

NB.=-=——~-=1200Bd

T833x10-6

數(shù)據(jù)傳信速率為

R=NB(l\og2M=1200log24=2400b〃/s

3.數(shù)據(jù)傳送速率

定義一一單位時間內(nèi)在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的相應(yīng)設(shè)備之間實際傳送的平均數(shù)據(jù)量，又稱有

效數(shù)據(jù)傳輸速率?單位為比特/秒（bit/s）、字符/秒或碼組/秒。

?實際的有效數(shù)據(jù)傳送速率是小于數(shù)據(jù)傳信速率的。

二、有效性指標(biāo)一一頻帶利用率

定義一一系統(tǒng)的傳輸速率/系統(tǒng)的頻帶寬度（B）（2-3）

N

即7=—^Bd/Hz

B

R

7=—hit/（s-Hz）

三、可靠性指標(biāo)一一傳輸?shù)牟铄e率

常用的有誤碼率、誤字符率、誤碼組率等。它們的定義分別為：

誤碼率=接收出現(xiàn)差錯的比特數(shù)/總的發(fā)送比特數(shù)（2-1）

誤字符（碼組）率=接收出現(xiàn)差錯的字符（碼組）數(shù)/總的發(fā)送字符（碼組）數(shù)

（2-2）

例：某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)調(diào)制速率為12003d,采用8電平傳輸，假設(shè)100秒誤了1個比特，

①求誤碼率。②設(shè)系統(tǒng)的帶寬為600Hz,求頻帶利用率為多少次〃Hz。

解：①數(shù)據(jù)傳信速率為

R=NB(llog2M=1200log28=3600萬"s

誤碼率=接收出現(xiàn)差錯的比特數(shù)/總的發(fā)送比特數(shù)

1

2.8xlO-6

100x3600

R3600

②〃==Gbit/s-Hz

萬一600

第五節(jié)數(shù)據(jù)傳輸方式

一、并行傳輸與串行傳輸（按代碼傳輸?shù)捻樞蚍郑?/p>

1、并行傳輸

概念一一并行傳輸指的是數(shù)據(jù)以成組的方式，在多條并行信道上同時進(jìn)行傳輸。

優(yōu)缺點r優(yōu)點一一不需要額外的措施來實現(xiàn)收發(fā)雙方的字符同步。

?缺點一一必須有多條并行信道，成本比較高，不適宜遠(yuǎn)距離傳輸。

適用場合一一計算機(jī)等設(shè)備內(nèi)部或兩個設(shè)備之間距離比較近時的外線上采用。

2,串行傳輸

概念一一串行傳輸指的是組成字符的若干位二進(jìn)制碼排列成數(shù)據(jù)流以串行的方式在一條

信道上傳輸。

優(yōu)缺點1優(yōu)點一一只需要一條傳輸信道，易于實現(xiàn)。

;缺點一一要采取措施實現(xiàn)字符同步。

適用場合一一是目前外線上主要采用的一種傳輸方式。

二、異步傳輸和同步傳輸（按同步方式分）（《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》簡答題第3題）

1、異步傳輸

概念一一異步傳輸方式一般以字符為單位傳輸，每個字符的起始時刻可以是任意的。

為了正確地區(qū)分一個個字符，不論字符所采用的代碼為多少位，在發(fā)送每一個字

符時，都要在前面加上一個起始位，長度為一個碼元長度，極性為“0”，表示一

個字符的開始；后面加上一個終止位，長度為1,1.5或2個碼元長度，極性為

“1”，表示一個字符的結(jié)束。

參見教材P46圖2-6（a）

以國際5號碼為例：

1XXXXXXX92

（起始位）（信息碼）（終止位）

優(yōu)缺點r優(yōu)點——實現(xiàn)字符同步比較簡單，收發(fā)雙方的時鐘信號不需要嚴(yán)格同步。

［缺點一一對每個字符都需加入起始位和終止位，因而信息傳輸效率低。

例：如字符采用國際5號碼，終止位為1位，并采用1位奇偶校驗位，求傳輸效率。

解：傳輸效率為

7/（7+1+1+1）=70%。

2,同步傳輸

概念一一同步傳輸是以固定的時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號的，因此在一個串行數(shù)據(jù)流中，各

信號碼元之間的相對位置是固定的（即同步）。

優(yōu)缺點|優(yōu)點一一傳輸效率較高。

'缺點一一接收方為了從接收到的數(shù)據(jù)流中正確地區(qū)分一個個信號碼元，必須建

立準(zhǔn)確的時鐘同步等，實現(xiàn)起來比較復(fù)雜。

三、單工、半雙工和全雙工傳輸（按數(shù)據(jù)電路的傳輸能力分）

1、單工傳輸一一傳輸系統(tǒng)的兩端數(shù)據(jù)只能沿單一方向發(fā)送和接收。

2、半雙工傳輸一一系統(tǒng)兩端可以在兩個方向上進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，但兩個方向的傳輸不

能同時進(jìn)行，當(dāng)其中一端發(fā)送時，另一端只能接收，反之亦然。

3、全雙工傳輸——系統(tǒng)兩端可以在兩個方向上同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即兩端都可以同時發(fā)

送和接收數(shù)據(jù)。

參見教材P46圖2-7

第三章數(shù)據(jù)信號傳輸

第一節(jié)數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)幕靖拍?/p>

一、數(shù)據(jù)信號及特性描述

1、數(shù)據(jù)序列的電信號表示

參見教材P48圖3T

（注：圖（f）中的差分信號是“1”一一電平改變，“0”一一電平不變，其規(guī)則也可以相

反。）

例1：己知二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列為1010110,以矩形脈沖為例，畫出雙極性歸零信號的波形圖

（設(shè)1=172）。

解：

例2：己知二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列為1100101,以矩形脈沖為例，畫出差分信號的波形圖（假設(shè)

“1”一一電平改變，“0”一一電平不變；初始電平為0）

解：

,1[10o]1o

用圖2

二、傳輸信道及數(shù)據(jù)信號的基本傳輸方法

,基帶傳輸

-頻帶傳輸（或稱調(diào)制傳輸）

?數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸

三、信道容量（《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》計算題第2題）Q

定義一一指信道在單位時間內(nèi)所能傳送的最大信息量，即指信道的最大傳信速率。

1、模擬信道的信道容量

模擬信道的信道容量可以根據(jù)香農(nóng)（Shannon）定理來計算。香農(nóng)定理指出：在信號

平均功率受限的加性高斯白噪聲信道中，信道的極限信息傳輸速率即信道容量為

C=Bk）g2（l+》（bit/s）（3-7）

式中，6為信道帶寬，S/N信號功率與噪聲功率之比。

?加性高斯白噪聲（噪聲的相關(guān)內(nèi)容可參見本書第一章）

?高斯噪聲一一噪聲的任意n維概率密度函數(shù)都服從高斯分布（正態(tài)分布）

?白噪聲一一噪聲的功率譜密度在整個頻率范圍內(nèi)均為常數(shù)。

?高斯白噪聲一一當(dāng)噪聲既是高斯噪聲，又是白噪聲則稱為高斯白噪聲。

?加性噪聲一一可直接疊加（相加）在信號上。

?=（dB）

例1：有一個經(jīng)調(diào)制解調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)信號的電話網(wǎng)信道，該信道帶寬為3000Hz,信道噪

聲為加性高斯白噪聲，其信噪比為2CWB,求該信道的信道容量。

解：(S/NLB=101g(S/N)=20dB

S/N=102=100

C=610g2（1+S/N）=3000log2（l+100）X19975bit/s

例2：已知僅存在加性高斯白噪聲的信道容量為3^.Gkbit/s,其信號噪聲功率比為3QdB,

求此模擬信道的帶寬為多少？

解：

101g方=3018

q

—=103=1000

N

C=8log2（1+士）=3log2（1001）=336kbit/s

33.6

=3.371kHz=3371Hz

log,1001

2、數(shù)字信道的信道容量

根據(jù)奈奎斯特(Nyquist)準(zhǔn)則，帶寬為B的信道所能傳送的信號最高碼元速率為2B

波特。因此，無噪聲數(shù)字信道容量為

C=2Blog2M(bit/s)(3-8)

其中，M為進(jìn)制數(shù)。

例：假設(shè)一個傳四進(jìn)制數(shù)據(jù)信號的無噪聲數(shù)字信道，帶寬為3000Hz,求其信道容量。

解：C=281og2/=2x3000xlog24=120004〃$

第二節(jié)數(shù)據(jù)信號的基帶傳輸

基帶傳輸一一不搬移基帶數(shù)據(jù)信號頻譜的傳輸方式稱為基帶傳輸。

一、基帶傳輸系統(tǒng)構(gòu)成模型(能畫出下圖)

附圖9圖3?8)

波形形成一一信號從1點到2點的過程叫波形形成。

各部分的作用：

發(fā)送濾波器一一限制信號頻帶并起波形形成作用；

信道一一是信號的傳輸媒介，可以是各種形式的電纜；

接收濾波器一一用來濾除帶外噪聲和干擾，并起波形形成作用;

均衡器一一用來均衡信道特性的不理想。

網(wǎng)孔均衡一一用來消除“1”與b⑺的誤差。

二、理想低通形成網(wǎng)絡(luò)

1、理想低通形成網(wǎng)絡(luò)特性

”(7)=|”(/)卜小腦。

|//(/)|——幅度特性,認(rèn)于)——相位特性

H⑺=r\f\<fN(3-10)

I。|/|>fN

式中，九為截止頻率，〃為固定時延。

”(7)圖參見教材P54圖3-9

sin2方N(/一%)

〃⑴=2〃(3-11)

2酒2-“)

設(shè)/〃=(),力?)波形如教材P55圖370所示。

理想低通沖激響應(yīng)的特點是:

①零點的位置f=（0+）等?=±1,±2,±3......

②波形“尾巴”（即波形的前導(dǎo)和后尾）以1"的速度衰減。

2、無符號間干擾的條件

h（kT）=「1（歸一化值）4=0（本碼判決點）

0攵H0（非本碼判決點）

3、奈氏第一準(zhǔn)則（《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》簡答題第4題）皂

奈氏第一準(zhǔn)則用文字詳細(xì)表述是：如系統(tǒng)等效網(wǎng)絡(luò)具有理想低通特性，且截止頻率為

九時，則該系統(tǒng)中允許的最高碼元（符號）速率為2打，這時系統(tǒng)輸出波形在峰值點上

不產(chǎn)生前后符號間干擾。

奈氏第一準(zhǔn)則的三個重要參量：

』——奈氏頻帶（8=九）一才〃=以=工=2氏///（極限）

/BfN

<fs=2fN――奈氏速率

1T=\/2fN——奈氏間隔

例1：在比特速率相同下，采用多電平傳輸?shù)姆査俾室?，從而使碼元間隔

T,最后導(dǎo)致奈氏帶寬fN。

答：（RuN/og?M）

下降增大下降

例2：一個理想基帶傳輸系統(tǒng)，若奈氏帶寬九不變，采用8電平傳輸時的傳信速率《與

4電平傳輸時的傳信速率%的關(guān)系為（）

答：奈氏帶寬九不變——（符號速率'碗=2九則不變

&=心峪4

4=NBdlog28

3

所以4=54

?理想低通形成網(wǎng)絡(luò)的特點：

'滿足奈氏第一準(zhǔn)則（無符號間干擾）。

,頻帶利用率達(dá)到23d/Hz的極限。

“波形"尾巴”衰減較慢——?對定時脈沖的精度要求較高。

物理上不可實現(xiàn)。

三、具有幅度滾降特性的低通形成網(wǎng)絡(luò)一一滾降低通

1、滾降低通特性

滾降低通特性參見教材P56圖3-11

滾降系數(shù)a=%/打。＜1（。=°時是理想低通）

￡一2A

B=(l+a)九二一(Bel/Hz)

B(1+?)A1+a

滾降低通形成網(wǎng)絡(luò)是否滿足無符號間干擾的條件？

結(jié)論：若滾降低通網(wǎng)絡(luò)的幅度特性|”（7）|以C點（fN,1/2）呈奇對稱滾降，則其輸出響

應(yīng)波形在取樣判決點無符號間干擾（即滿足奈氏第一準(zhǔn)則）。

例1：一滾降低通網(wǎng)絡(luò)的幅度特性|"（7）|如圖所示，試判斷此滾降低通網(wǎng)絡(luò)是否滿足無符

號間干擾的條件。（《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》簡答題第5題）

解：此滾降低通網(wǎng)絡(luò)不滿足無符號間干擾的條件。

因為：雖然它的幅度特性呈奇對稱滾降，但滾降的對稱點不是（打，1/2），而是

（1.5九］/2）?

例2：一形成濾波器幅度特性如下圖所示。

①如果符合奈氏第一準(zhǔn)則，其符號速率為多少？a為多少？

②采用八電平傳輸時，傳信速率為多少？

③頻帶利用率n為多少Bd/”z?

/MmI

020004000

MB14

解：①如果符合奈氏第一準(zhǔn)則，|"(/)|應(yīng)以C點(九，0.5)呈奇對稱滾降，由圖示可得:

40002000

fN=2000+-=3000Hz

符號速率￡=2fN=2x3000=6000Bd

4000-3000_1000_1

滾降系數(shù)a

3000-3000-3

②傳信速率H=fslog2M-6000xlog28=18000bit/s

③頻帶利用率77=&=如3=1.5Bd/Hz

B4000

例3：按奈氏第一準(zhǔn)則設(shè)計一個基帶傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用4電平傳輸，滾降系數(shù)a=0.2,

傳信速率為128%萬〃s。試定性畫出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)幅度特性，并標(biāo)出

(1-a)九,九,(1+0/”位置。

解：R=NBd\og2M

R128x1()3

NBd=640003d

log2Mlog24

64000

f=32000Hz

N22

(1-a)fN=(1-0.2)x32000=25600Hz

(1+a)fN=(1+0.2)x32000=38400Hz

1

KKHz)

IMS15

2、升余弦滾降低通

表達(dá)式參見教材P56（3-18）

升余弦滾降低通特性參見教材P56圖3-12

sin2*1cosa/rt/T

〃⑺=2九(3-19)

2唳，\-4a2t2/T2

波形參見教材P57圖3-13

?滾降低通形成網(wǎng)絡(luò)的特點：

?可滿足無符號間干擾的條件。

?頻帶利用率不能達(dá)到2Bd/Hz的極限。

?波形“尾巴”衰減較快。

?物理上可實現(xiàn)。

四、部分響應(yīng)形成系統(tǒng)

概念——部分響應(yīng)形成系統(tǒng)是一種可實現(xiàn)的傳輸系統(tǒng)，它允許存在一定的、受控的碼間干

擾，而在接收端可以加以消除，這樣的系統(tǒng)既能使頻帶利用率提高到理論上的最

大值，又可近似地物理實現(xiàn)。這類系統(tǒng)稱為部分響應(yīng)形成系統(tǒng)。

形成思路一一如果形成波形是兩個（或兩個以上）在時間錯開的當(dāng)答吐所組成，例如

2浦「

91n2由J91n2裾N（-T），這樣合成波的表達(dá)式在分母通分之后將出現(xiàn)

2小t2碟vQ-T）

t2（或F等）項，即波動衰減是隨著產(chǎn)（或廣等）而增加，從而加快了響

應(yīng)波形的前導(dǎo)和后尾的衰減。

1、第一類部分響應(yīng)形成系統(tǒng)（余弦低通）

（1）人（）公式

sin2小fsin2mvH-T)

h(t)=ft1(r)+h2(t)=2/f+2/Q-T)(3-21)

gQ）g（）g2?）（&=。）（力2=7）

（2）H（f）

參見教材P58圖3-15（a）

|”12（/）|特性參見教材P59圖3-16

\H（7）|特性參見教材P59圖3-17

.討T正

J

H⑺=2c°s京--,O<f<fN（余弦低通）

。，/>打

>

B=fN------〃=4=工=2加/也

BfN

1T

t.=-----=——

4九2

（3）分析〃?）特性

參見教材P58圖3-14

設(shè)勿=0

〃（/）波形的特點：

①零點的位置t=-k=±3,±5,±7

4力v

②波形的“尾巴"以I"?的速度衰減

/?（。波形是否無碼間干擾?

結(jié)論：第一類部分響應(yīng)形成系統(tǒng)的/?（。波形有碼間干擾。但若取樣判決點選在波峰往前（或

往后）T/2處，只有前（或后）一個碼元對它有干擾，此干擾是固定的，可以消

除的。

但有誤碼擴(kuò)散問題。解決的辦法是采用有預(yù)編碼的第一類部分響應(yīng)系統(tǒng)。

（4）有預(yù)編碼的第一類部分響應(yīng)系統(tǒng)（余弦低通）（《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》計算題第3

題）皂

參見教材P58圖3-15（b）

ak->bk預(yù)編碼bk=ak十bk_X(3-22)

bkck相關(guān)編碼Ck=%十磯(3-23)

例:

4110101110010

bk0100110100011

110121110012發(fā)端

c'k110121110012收端（設(shè)無誤碼，Q=Ck）

a；110101110010

ak-O,ct=0或2

q.的規(guī)律?（4是偽三電平）

ak=1，G=1

?第一類部分響應(yīng)系統(tǒng)的特點：

?有碼間干擾，但是固定的，可以消除的。

?頻帶利用率能達(dá)到284/”z的極限。

?波形“尾巴”衰減較快。

?物理上可實現(xiàn)。

2、第四類部分響應(yīng)形成系統(tǒng)（正弦低通）

(1)/z(f)公式

sin2福/sin27tf(t-2T)

h(t)=加⑺一〃2⑴N(3-26)

2小/2<(Z-2T)

g?)g?)g2⑺

(2)H(f)

參見教材P59圖3T8

|”i2(/)|參見教材P6°圖3T9

\H(7)|參見教材P60圖3-20

jrf-j~

H(八；2sin--efN,O<f<f

N（正弦低通）

"⑺=jfN

|I。">打

H晨f)

B=f'------>ri=^=^-=2BdlHz

BfN

（3）分析力（/）特性

人。）波形的特點:

①波形的“尾巴”以1/J的速度衰減

②第四類部分響應(yīng)形成系統(tǒng)的〃Q）波形有碼間干擾。但是固定的，可以消除的。也有

誤碼擴(kuò)散問題，解決的辦法是采用有預(yù)編碼的第四類部分響應(yīng)系統(tǒng)。

（4）有預(yù)編碼的第四類部分響應(yīng)系統(tǒng)（正弦低通）皂

%=4十%.2

(3-29)(3-30)

q=%-初2

101101101100

例：ak

4001100100100101

1o-l1o-l10-1100發(fā)端

r

ck10-110-110-1100收端（設(shè)無誤碼，q=ck）

a[101101101100

?4的規(guī)律[的=0'/=°（g是偽三電平）

4=i'q=±i

?第四類部分響應(yīng)系統(tǒng)的特點：

?有碼間干擾，但是固定的，可以消除的。

?頻帶利用率能達(dá)到23d/也的極限。

?波形“尾巴”衰減較快。

?物理上可實現(xiàn)。

五、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的時域均衡

1、時域均衡的作用（《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》簡答題第8題）

時域均衡的思路一一是消除接收的時域信號波形的取樣點處的碼間干擾，并不要求傳輸波

形的所有細(xì)節(jié)都與奈氏準(zhǔn)則所要求的理想波形完全一致。因此可以利

用接收波形本身來進(jìn)行補償以消除取樣點的符號間干擾，提高判決的

可靠性。

2、時域均衡的基本原理A

參見教材P62圖3-23

?原理

N

居=%%-?）（3-36）

k=-N

y（r）應(yīng)滿足無碼間干擾的條件，所以有

%=1,〃=0

=0,〃*0的整數(shù)

〃的取值范圍應(yīng)為-8S8,但當(dāng)〃到一定值時，y（r）己經(jīng)基本接近0,為了與女

的取值統(tǒng)一，〃取-NSN。

?時域均衡的均衡目標(biāo)一一調(diào)整各增益加權(quán)系數(shù)q,使得除〃=0以外的％,值為零，這

就消除了符號間干擾。

例：一個三抽頭的時域均衡器，其輸入波形如下圖所示，其

=。尤當(dāng)網(wǎng)＞時,x求當(dāng)輸出波

x_2=0.1,x_1=-0.2,x0l,Xi4,2=~0.2,2k=0,

形y（。滿足無符號間干擾的條件時，各增益加權(quán)系數(shù)應(yīng)為多少？

（《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》計算題笫4題）△

lira2i

N

解:yn=￡c*x“_*

k=-N

1

=

k=-\

y-l=C_\X0+C0X_,+C汪2

%=C-1X+Co/+C/-I

必=c_/2+c（）X|+c/o

滿足無符號間干擾時，有：

c,-0.2cn+0.1c.=0

0.4c*_j+c（）—0.2C1—1

—0.2c_]+0.4CQ+G=0

解方程求得：

c_,=0.20

c0=0.85

q=-0.30

（注：教材中的示例假設(shè)x（f）只有3個取值，即當(dāng)網(wǎng)＞1時，4=0）

第三節(jié)數(shù)據(jù)信號的頻帶傳輸

頻帶傳輸一一又稱調(diào)制傳輸，它是需要對基帶數(shù)據(jù)信號進(jìn)行調(diào)制以實現(xiàn)頻帶搬移，即將基

帶數(shù)據(jù)信號的頻帶搬到話音頻帶上再傳輸。

數(shù)字調(diào)制的基本方法有三種：

?數(shù)字調(diào)幅(ASK)

?數(shù)字調(diào)相(PSK)

?數(shù)字調(diào)頻(FSK)

一、頻帶傳輸系統(tǒng)

參見教材P69圖3-33

各部分的作用：

?1點：數(shù)據(jù)信號為單或雙極性不歸零碼

用0323

?發(fā)送低通一一數(shù)據(jù)信號經(jīng)發(fā)送低通基本上形成所需要的基帶信號(2點的信號叫基帶信

號s?)；發(fā)送低通一般是基帶形成濾波器的一部分，2點的功率譜近似為

基帶形成濾波器的"(7)形狀)

?調(diào)制一一將基帶信號的頻帶搬到載頻(載波頻率)附近的上下邊帶，實現(xiàn)雙邊帶調(diào)制。

假設(shè)基帶形成濾波器為第一類部分響應(yīng)系統(tǒng)，2點的功率譜6(/)與調(diào)制后的雙邊功率譜

PE(f)如附圖27所示。

單?住馬

,3性馬

0

man

（Ps⑺中有直流分量~PEU）中便有載頻A分量，直流分量調(diào)到￡?處）

?發(fā)送帶通一一形成信道可傳輸?shù)男盘栴l譜（取單或雙邊帶等傳輸）?

?接收帶通一一除去信道中的帶外噪聲。

?解調(diào)一一是調(diào)制的反過程，解調(diào)后的信號中有基帶信號和高次產(chǎn)物。

?接收低通一一除去解調(diào)中出現(xiàn)的高次產(chǎn)物，并起基帶波形形成的作用（接收低通是基帶

形成濾波器的另一部分）。

?取樣判決一一對恢復(fù)的基帶信號取樣判決還原為數(shù)據(jù)序列。（8點的信號要滿足無符號間

干擾的條件）

?頻帶傳輸系統(tǒng)與基帶傳輸系統(tǒng)的區(qū)別在于在發(fā)送端增加了調(diào)制，在接收端增加了解

調(diào)，以實現(xiàn)信號的頻帶搬移，調(diào)制和解調(diào)合起來稱為Modem。

?從信號傳輸?shù)慕嵌?，一個頻帶傳輸系統(tǒng)就相當(dāng)于一個等效的基帶傳輸系統(tǒng)。

?符號速率￡=2%

二、數(shù)字調(diào)幅

概念一一以基帶數(shù)據(jù)信號控制一個載波的幅度，稱為數(shù)字調(diào)幅，又稱幅移鍵控，簡寫為ASK。

1、ASK信號及功率譜分析

參見教材P70圖3-34

（1）雙邊功率譜

己調(diào)信號為P70（3-52）

根據(jù)推導(dǎo)得出結(jié)論P71（3-58）

由此式定性地畫出

Mfl

i■■■加K”■力命張3I

?AM

小,單■性口

MB28

假設(shè)無發(fā)送低通（2點的功率譜與1點的功率譜相同）:

893-372ASK值號的功率虐密度示意

?調(diào)制后實現(xiàn)了雙邊帶調(diào)制

'數(shù)據(jù)序列是單極性碼一一R（/）中有直流分量——七（/）中有載頻分量C2ASK）

、數(shù)據(jù)序列是雙極性碼一一々（/）中無直流分量——七（7）中無載頻分量

（抑制載頻的2ASK）

?調(diào)制后的帶寬8調(diào)=28基

=2（1+。）/\（設(shè)基帶形成濾波器為滾降低通）

例1：一個基帶信號的功率譜與（7）如下圖所示，若采用抑制載頻的2ASK調(diào)制，設(shè)載頻

為1800Hz,畫出調(diào)制后的功率譜密度。

解:

下?上

18002400flHtl

Btnao

例2：?個2ASK（或抑制載頻的2ASK）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如果對基帶數(shù)據(jù)信號只作簡單的低

通處理，其截止頻率為600〃z,僅通過不歸零碼功率譜的第一個零點及其以下的

功率譜。求該2ASK（或抑制載頻的2ASK）信號的帶寬、符號速率及頻帶利用率為

多少（BdIHz）.

解：根據(jù)已知條件，可知發(fā)送低通對數(shù)據(jù)信號僅做簡單的頻帶限制（有時為分析問題方便,

如此假設(shè)）。

據(jù)題意，￡=低通的截止頻率=600

2ASK的帶寬為3=2￡=2x600=1200Hz

符號速率￡=6008”

頻帶利用率〃=4=9"=13d/“z

B12002

（2）2ASK波形

為分析方便，假設(shè)無發(fā)送低通?；鶐?shù)據(jù)信號直接與載波相乘。

/x/x/x/x/x；~**

不…歸8?1A刀^L。1---L-2。---------A…t

已皿"b~QAT----

la)

"光H±L

E??/XAJ^/X/XA/^-

lb)

ffl3-36ASK信號波影

例：發(fā)送數(shù)據(jù)序列為100110,分別畫出單極性不歸零和雙單極性不歸零調(diào)制的2ASK信號

波形（設(shè)力=21）。

解：

C-|Qa|~~ii~~|o|

（.0住不0零碼）1-----------------------

-^WWWWWVV

2一%-------------\N\f\j—

整.”《rq--------U—：---------s--------2--------2---------：---------J

(...tt不曰.■]II

i-^wwwwww

醴科—WWWWW

“31

2、數(shù)字調(diào)幅分類

數(shù)字調(diào)幅可分為四種:

?雙邊帶調(diào)制

?單邊帶調(diào)制

?殘余邊帶調(diào)制

?正交雙邊帶調(diào)制

(1)雙邊帶調(diào)制

概念一一利用發(fā)送帶通取上、下雙邊帶送往信道中傳輸。

rj=^bit/(s-Hz)

F=R)

fh=fs\oS2M=2fN\Og2M

=2fN(二電平時)

信道帶寬8=2(1+。)九

——bit/(s?Hz)(二電平)

1+a

'a=Q

"max=1G?法)

雙邊帶調(diào)制的缺點是頻帶利用率比較低。

(2)單邊帶調(diào)制

概念一一利用發(fā)送帶通取一個邊帶(上或下邊帶)送往信道中傳輸。

信道帶寬5=(1+a)/w

----hit/(s?Hz)(二電平)

1+a

'a=0

"max=2初〃(S?HZ)

單邊帶調(diào)制的優(yōu)點一一頻帶利用率比較高。

缺點一一實現(xiàn)起來較麻煩。

(3)殘余邊帶調(diào)制

概念一一利用發(fā)送帶通取一個邊帶的大部分、另一個邊帶的小部分送往信道中傳輸。

信道帶寬B=(1+a)fN^2(1+a)fN

12

r/=----s-----bitI{s?Hz)

1+a1+a

(a=0

Vmax1s2hit/(s?Hz)

3、正交幅度調(diào)制

概念P72

(1)基本原理

正交幅度調(diào)制(MQAM)：4QAM、16QAM,64QAM、256QAM

以4QAM為例(A、B兩路均為雙極性不歸零碼)

參見教材P72圖3-38

P72(3-59)(3-60)(3-61)

?正交雙邊帶調(diào)制的功率譜：

參見教材P73圖3-39

正交雙邊帶調(diào)制的功率譜的特點：

?兩個正交的抑制載頻的雙邊帶的疊加

?MQAM的帶寬與A、B每一路的雙邊帶的帶寬相同，即

B=2(1+a)人，(如果基帶形成濾波器采用滾降特性)

設(shè)y?)=eQ)

M(，)=y(t)coscoct=[5](t)cosa>ct-s2(f)sina)ct}cos(oct

-gS](r)+g[S]?)cos23j-520)sin2a>t]

e(3-62)

基帶信號高次產(chǎn)物

y2G)-y⑺(-sin/j)=[,v1(Z)coscoct-s2(r)sin(y(.r](-sina)ct)

⑺-gki(，)sin2a>t+.0)cos2?y/]

c(3-63)

基帶信號高次產(chǎn)物

(2)表示方法

①矢量法

假設(shè)［A、B兩路無發(fā)送低通

I雙極性碼“1”的幅度A歸一化為1；“0”的幅度-A歸一化為T

參見教材P74圖3-41(a)

②星座法

參見教材P74圖3-41(b)

參見教材P74圖3-42

(3)頻帶利用率

?幾個關(guān)系

MQAM的符號速率為A、B每一路的符號速率為fsk/2=fs

總的傳信速率為力,，A、B每一路的傳信速率為，

A、B每一路的電平數(shù)為M2(M為星座圖上的點數(shù))

?頻帶利用率

r/=^bit/(sHz)(3-66)

A或B路：與―M》(3-67)

啕

fh=fs,k/2=fs\og2M

(如果基帶形成濾波器采用滾降特性)

B=2(l+a)/,v=(l+a)/SJl/2

=(1+(3-69)

a)fs

7=bg?M=?嗎加bit/(s-Hz)(3-70)

(l+a)￡,*/21+。

例：一正交調(diào)幅系統(tǒng)，采用MQAM,所占頻帶為600?3000Hz,其基帶形成濾波器滾降系

數(shù)a為1/3,假設(shè)總的數(shù)據(jù)傳信速率為1440047/s,求：

①調(diào)制速率。

②頻帶利用率。

③M及每路電平數(shù)。

(《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》計算題第5題)皂

解：①B=3000-600=2400Hz

?:13=2(1+。)九

no

調(diào)制速率￡=2/N+a

cfl,14400...n、

②n=—=------=6bit/(s?Hz)

B2400

與logM

③?:n=—9—

l+a

.logM=//(I+cr)=6x(14--)=8

,,23

M=2?=256

\_2

每路電平數(shù)為=256=16

注：

MQAM的星點數(shù)M,則各路電平數(shù)為屈，碼元bit數(shù)為log2M

頻帶效率為7=*紅”兒"(s-Hz)

\+a

三、數(shù)字調(diào)相

概念一一以基帶數(shù)據(jù)信號控制載波的相位，稱為數(shù)字調(diào)相，又稱相移鍵控，簡寫為PSK。

f二相調(diào)相

分類J四相調(diào)相多相調(diào)相

八相調(diào)相

'十六相調(diào)相

［絕對調(diào)相一一參考相位：未調(diào)載波

I相對調(diào)相一一參考相位：前一符號的已調(diào)載波相位

1、二相數(shù)字調(diào)相（《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》畫圖題第7題）皂

f二相絕對調(diào)相2PSK

I二相相對調(diào)相2DPSK

（1）矢量圖（相位變化規(guī)則）

w/2

nrgmrr?-r）

1____________1■考相付

應(yīng)“nrkri-?/2

A方式B方R

MB35

（2）波形

參見教材P75圖3-43

?相對調(diào)相與絕對調(diào)相的關(guān)系：

%的相對調(diào)相就是Dn的絕對調(diào)相。

即相對調(diào)相的本質(zhì)就是相對碼變換后的數(shù)據(jù)序列的絕對調(diào)相。

例1：某基帶數(shù)據(jù)信號如下所示，試畫出其2PSK和2DPSK波形（假設(shè)數(shù)據(jù)信號為“1”時

載波相位改變0,數(shù)據(jù)信號為“0”時，載波相位改變”；②2DPSK的初始相位

為0;③設(shè)力=2NB”）。

—pi^p7Twq

83—WVWVWWVb

ME36

畫圖方法：Q

1、信息代碼T2PSK波形規(guī)律：“異變，同不變”，指：若本碼元與前一碼元相異，則本碼

元內(nèi)2PSK信號的初相位相對于前一碼元內(nèi)2PSK信號的末相變化”；否則不變。

2、信息代碼f2DPSK波形規(guī)律：“1變，0不變”，指：信息代碼（絕對碼）為1時，本碼

元內(nèi)2DPSK信號的初相位相對于前一碼元內(nèi)2DPSK信號的末期相變化h否則不變。

解:

“皿號

iTWWWWVW

-wwwwm

-wwvwvvww

MM37

例2：已知2DPSK的波形如下圖所示，設(shè)初始相位為0,數(shù)據(jù)信號為“0”時，載波相位

改變0,數(shù)據(jù)信號為“1”時，載波相位改變“。試寫出所對應(yīng)的數(shù)據(jù)序列(設(shè)

fc~NBd)。

RIE3S

解：所對應(yīng)的數(shù)據(jù)序列為：010010

(3)二相調(diào)相的功率譜密度及頻帶利用率

二相調(diào)相(包括2PSK和2DPSK)的功率譜密度及頻帶利用率與抑制載頻的2ASK的功率

譜密度及頻帶利用率相同。

B=2(1+O)/N

rj=---bit/(s■Hz)

1+a

(4)二相調(diào)相信號的產(chǎn)生和解調(diào)

①2PSK信號的產(chǎn)生和解調(diào)

參見教材P76圖3-44

?2PSK信號的解調(diào)存在的問題一一相位模糊