第3章 數(shù)字基帶與頻帶傳輸系統(tǒng)

1、2024/3/17,1,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),2024/3/17,2,3.1 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(diǎn)：（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。,2024/3/17,3,設(shè)計數(shù)字基帶信

2、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。,2024/3/17,4,數(shù)字基帶信號的常用碼型,2024/3/17,5,1、單極性非歸零（NRZ）碼 二進(jìn)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

3、性NRZ碼的主要特點(diǎn)： 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。,2024/3/17,6,2、雙極性不歸零（NRZ）碼 “1”和“0”分別對應(yīng)正、負(fù)電平，其特點(diǎn)為： 直流分量小。當(dāng)二進(jìn)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

4、擾能力強(qiáng)； 可以在電纜等無接地線上傳輸。,2024/3/17,7,3. 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(diǎn)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(qiáng)及碼中不含直流成分的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用比較廣泛。,2024/3/17,8,5. AMI碼 這種碼

5、型實際上把二進(jìn)制脈沖序列變?yōu)槿娖降姆栃蛄校鋬?yōu)點(diǎn)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。,2024/3/17,9,6. HDB3碼 AMI碼有一個重要缺點(diǎn)，即它可能出現(xiàn)長的連0串，會造成提取定時信號的困難。

6、 HDB3碼的編碼規(guī)則為： （1）先把消息代碼變成AMI碼；（ 2）當(dāng)出現(xiàn)4個或4個以上連0碼時進(jìn)行處理，即引 入破壞碼V和補(bǔ)信碼 ；原來的二進(jìn)制碼元 序列中所有的“1”碼稱為信碼，用符號B表示。,2024/3/17,10,信碼B與破壞符號V的正負(fù)必須滿足如下兩個條件： ① B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； ② V碼必須

7、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(bǔ)信碼，用符號表示，并做調(diào)整。,2024/3/17,11,,例如：(a)代碼： 0 1 0000 1 1000 0 0 101(b) AMI碼：0 +1 0000 -1+1000 0 0 -10+1(c)加V： 0 +1000V+-1+10

8、00 V+0 -10+1(d)加補(bǔ)信碼 0 +1000V+-1+1 B 0 0 V-0+10 -1(e) HDB3： 0+1000+1–1+1-1 0 0-1 0+10 –1 HDB3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。,2024/3/17,12,二、數(shù)字基帶系統(tǒng)的工作原理,2024/3/17,13,,2024/3/17,14,三、 眼 圖,

9、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?dāng)_和噪聲的影響，從而估計系統(tǒng)優(yōu)劣程度。,2024/3/17,15,1. 無噪聲時的眼圖,2024/3/17,16,眼圖的“眼睛”張開的大小反映著碼間串?dāng)_的強(qiáng)弱。“眼睛”張的越大，且眼圖越端正，表示碼間串?dāng)_越??；反之表示碼間串?dāng)_越大。 2. 存在噪聲時

10、的眼圖 當(dāng)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?dāng)_，“眼睛”將張開得更小。與無碼間串?dāng)_時的眼圖相比，原來清晰端正的細(xì)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?dāng)_越大，眼圖越不端正。,眼圖形成原理演示,2024/3/17,17,3. 眼圖的模型,眼圖觀測仿真圖,2024/3/17,18,（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

11、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(diǎn)位置的變動范圍。,2024/3/17,19,一、二進(jìn)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(jìn)制幅度鍵控記作2ASK。原理: 2ASK是

12、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),2024/3/17,20,2ASK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。,2024/3/17,21,2ASK信號解調(diào)的方法,相干檢測

13、法：如圖所示。 相干檢測就是同步解調(diào)，要求接收機(jī)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,2024/3/17,22,二、二進(jìn)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(jìn)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

14、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。,2024/3/17,23,2FSK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(jìn)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(dú)立頻率源進(jìn)行選通。2FSK信號的產(chǎn)生方法及波形示例如圖所示。,2024/3/17,24,2FSK信號的解調(diào) 數(shù)字調(diào)頻信號的

15、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(jìn)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(jìn)行比較判決，即可還原出基帶數(shù)字信號。,2024/3/17,25,2

16、FSK的調(diào)制解調(diào)仿真演示,2024/3/17,26,三、二進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制1、二進(jìn)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(jìn)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。,2024/3/17,27,,PSK信號的調(diào)制方法 圖（a）是模擬調(diào)制

17、法框圖； 圖（b）是鍵控法框圖。,2PSK產(chǎn)生演示,2024/3/17,28,2PSK信號的解調(diào)： 相干解調(diào)，方框圖如圖。,2PSK相干解調(diào)演示,2024/3/17,29,2、二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）原理及實現(xiàn)方法  二進(jìn)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

18、演示,2024/3/17,30,2DPSK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,2024/3/17,31,四、二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較 各種二進(jìn)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

19、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(jìn)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。,2024/3/17,32,（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：2PS

20、K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。,2024/3/17,33,2、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（2DPSK）系統(tǒng)的頻帶寬度。因此，從頻帶利用率上看，2FSK調(diào)