《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(shuō)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(diǎn)，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(hào)的作業(yè)題為重點(diǎn)。

2、標(biāo)有“皂”的內(nèi)容為重點(diǎn)內(nèi)容

3、在復(fù)習(xí)資料中，部分知識(shí)點(diǎn)與《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》中的習(xí)題相對(duì)應(yīng)。請(qǐng)學(xué)員們?cè)?/p>

復(fù)習(xí)時(shí)要注意結(jié)合起來(lái)。

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(guò)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲(chǔ)和處理的系統(tǒng)。

二、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成（參見(jiàn)教材P39圖2-1）Q（要求能畫(huà)出這個(gè)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(jì)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(hào)

?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(guò)程控制（即傳輸控制），包括差

錯(cuò)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(jiǎn)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(lái)自

DTE的數(shù)據(jù)信號(hào)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(shí)，DCE是調(diào)制解調(diào)器（MODEM）,發(fā)送方將DTE送來(lái)的數(shù)

據(jù)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將其頻帶搬移到話(huà)音頻帶上（同時(shí)變成模擬信號(hào)）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(shí)，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(shí)、信號(hào)再生和同步等功能；

后者則執(zhí)行信道均衡、信號(hào)整形等功能。

3、中央計(jì)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(chēng)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(guó)際5號(hào)碼IA5（7單位代碼）一一ASCII碼（常在后面加1位奇偶校驗(yàn)碼）

?國(guó)際電報(bào)2號(hào)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(chēng)符號(hào)速率或碼元速率）NBd（或，）

定義一一每秒傳輸信號(hào)碼元的個(gè)數(shù)，單位為波特（Bd）。

公式：NBd=y（T為符號(hào)間隔）

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

為抽樣周期。請(qǐng)不要混淆。］

2.數(shù)據(jù)傳信速率（簡(jiǎn)稱(chēng)傳信率）R（或力《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》計(jì)算題第1題）

Q

定義一一每秒傳輸?shù)男畔⒘浚幢忍貍€(gè)數(shù)或二進(jìn)制碼元的個(gè)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(hào)碼元時(shí)間長(zhǎng)度為833x1（TS,當(dāng)采用4電平傳輸時(shí)，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(shí)間內(nèi)在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的相應(yīng)設(shè)備之間實(shí)際傳送的平均數(shù)據(jù)量，又稱(chēng)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(shí)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(cuò)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(cuò)的比特?cái)?shù)/總的發(fā)送比特?cái)?shù)（2-1）

誤字符（碼組）率=接收出現(xiàn)差錯(cuò)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(gè)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(wàn)"s

誤碼率=接收出現(xiàn)差錯(cuò)的比特?cái)?shù)/總的發(fā)送比特?cái)?shù)

1

2.8xlO-6

100x3600

R3600

②〃==Gbit/s-Hz

萬(wàn)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(shí)進(jìn)行傳輸。

優(yōu)缺點(diǎn)r優(yōu)點(diǎn)一一不需要額外的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方的字符同步。

?缺點(diǎn)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(chǎng)合一一計(jì)算機(jī)等設(shè)備內(nèi)部或兩個(gè)設(shè)備之間距離比較近時(shí)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(diǎn)1優(yōu)點(diǎn)一一只需要一條傳輸信道，易于實(shí)現(xiàn)。

;缺點(diǎn)一一要采取措施實(shí)現(xiàn)字符同步。

適用場(chǎng)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(jiǎn)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(gè)字符的起始時(shí)刻可以是任意的。

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

符時(shí)，都要在前面加上一個(gè)起始位，長(zhǎng)度為一個(gè)碼元長(zhǎng)度，極性為“0”，表示一

個(gè)字符的開(kāi)始；后面加上一個(gè)終止位，長(zhǎng)度為1,1.5或2個(gè)碼元長(zhǎng)度，極性為

“1”，表示一個(gè)字符的結(jié)束。

參見(jiàn)教材P46圖2-6（a）

以國(guó)際5號(hào)碼為例：

1XXXXXXX92

（起始位）（信息碼）（終止位）

優(yōu)缺點(diǎn)r優(yōu)點(diǎn)——實(shí)現(xiàn)字符同步比較簡(jiǎn)單，收發(fā)雙方的時(shí)鐘信號(hào)不需要嚴(yán)格同步。

［缺點(diǎn)一一對(duì)每個(gè)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(guó)際5號(hào)碼，終止位為1位，并采用1位奇偶校驗(yàn)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(shí)鐘節(jié)拍來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的，因此在一個(gè)串行數(shù)據(jù)流中，各

信號(hào)碼元之間的相對(duì)位置是固定的（即同步）。

優(yōu)缺點(diǎn)|優(yōu)點(diǎn)一一傳輸效率較高。

'缺點(diǎn)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(gè)個(gè)信號(hào)碼元，必須建

立準(zhǔn)確的時(shí)鐘同步等，實(shí)現(xiàn)起來(lái)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(gè)方向上進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，但兩個(gè)方向的傳輸不

能同時(shí)進(jìn)行，當(dāng)其中一端發(fā)送時(shí)，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(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即兩端都可以同時(shí)發(fā)

送和接收數(shù)據(jù)。

參見(jiàn)教材P46圖2-7

第三章數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸

第一節(jié)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)幕靖拍?/p>

一、數(shù)據(jù)信號(hào)及特性描述

1、數(shù)據(jù)序列的電信號(hào)表示

參見(jiàn)教材P48圖3T

（注：圖（f）中的差分信號(hào)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(huà)出雙極性歸零信號(hào)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(huà)出差分信號(hào)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(hào)的基本傳輸方法

,基帶傳輸

-頻帶傳輸（或稱(chēng)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(jì)算題第2題）Q

定義一一指信道在單位時(shí)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(lái)計(jì)算。香農(nóng)定理指出：在信號(hào)

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(hào)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(jiàn)本書(shū)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(gè)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(chēng)為高斯白噪聲。

?加性噪聲一一可直接疊加（相加）在信號(hào)上。

?=（dB）

例1：有一個(gè)經(jīng)調(diào)制解調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的電話(huà)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(hào)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(hào)最高碼元速率為2B

波特。因此，無(wú)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(gè)傳四進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)的無(wú)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(hào)的基帶傳輸

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

一、基帶傳輸系統(tǒng)構(gòu)成模型(能畫(huà)出下圖)

附圖9圖3?8)

波形形成一一信號(hào)從1點(diǎn)到2點(diǎn)的過(guò)程叫波形形成。

各部分的作用：

發(fā)送濾波器一一限制信號(hào)頻帶并起波形形成作用；

信道一一是信號(hào)的傳輸媒介，可以是各種形式的電纜；

接收濾波器一一用來(lái)濾除帶外噪聲和干擾，并起波形形成作用;

均衡器一一用來(lái)均衡信道特性的不理想。

網(wǎng)孔均衡一一用來(lái)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(shí)延。

”(7)圖參見(jiàn)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(diǎn)是:

①零點(diǎn)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(wú)符號(hào)間干擾的條件

h（kT）=「1（歸一化值）4=0（本碼判決點(diǎn)）

0攵H0（非本碼判決點(diǎn)）

3、奈氏第一準(zhǔn)則（《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》簡(jiǎn)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(shí)，則該系統(tǒng)中允許的最高碼元（符號(hào)）速率為2打，這時(shí)系統(tǒng)輸出波形在峰值點(diǎn)上

不產(chǎn)生前后符號(hào)間干擾。

奈氏第一準(zhǔn)則的三個(gè)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?hào)速率要，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(gè)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(shí)的傳信速率《與

4電平傳輸時(shí)的傳信速率%的關(guān)系為（）

答：奈氏帶寬九不變——（符號(hào)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(diǎn)：

'滿(mǎn)足奈氏第一準(zhǔn)則（無(wú)符號(hào)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(duì)定時(shí)脈沖的精度要求較高。

物理上不可實(shí)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(jiàn)教材P56圖3-11

滾降系數(shù)a=%/打。＜1（。=°時(shí)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(mǎn)足無(wú)符號(hào)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(diǎn)（fN,1/2）呈奇對(duì)稱(chēng)滾降，則其輸出響

應(yīng)波形在取樣判決點(diǎn)無(wú)符號(hào)間干擾（即滿(mǎn)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(mǎn)足無(wú)符

號(hào)間干擾的條件。（《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》簡(jiǎn)答題第5題）

解：此滾降低通網(wǎng)絡(luò)不滿(mǎn)足無(wú)符號(hào)間干擾的條件。

因?yàn)椋弘m然它的幅度特性呈奇對(duì)稱(chēng)滾降，但滾降的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)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(hào)速率為多少？a為多少？

②采用八電平傳輸時(shí)，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(diǎn)(九，0.5)呈奇對(duì)稱(chēng)滾降，由圖示可得:

40002000

fN=2000+-=3000Hz

符號(hào)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(jì)一個(gè)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(wàn)〃s。試定性畫(huà)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(jiàn)教材P56（3-18）

升余弦滾降低通特性參見(jiàn)教材P56圖3-12

sin2*1cosa/rt/T

〃⑺=2九(3-19)

2唳，\-4a2t2/T2

波形參見(jiàn)教材P57圖3-13

?滾降低通形成網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)：

?可滿(mǎn)足無(wú)符號(hào)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)。這類(lèi)系統(tǒng)稱(chēng)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(gè)（或兩個(gè)以上）在時(shí)間錯(cuò)開(kāi)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(xiàng)，即波動(dòng)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(lèi)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(jiàn)教材P58圖3-15（a）

|”12（/）|特性參見(jiàn)教材P59圖3-16

\H（7）|特性參見(jiàn)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(jiàn)教材P58圖3-14

設(shè)勿=0

〃（/）波形的特點(diǎn)：

①零點(diǎn)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(wú)碼間干擾?

結(jié)論：第一類(lèi)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(diǎn)選在波峰往前（或

往后）T/2處，只有前（或后）一個(gè)碼元對(duì)它有干擾，此干擾是固定的，可以消

除的。

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

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

題）皂

參見(jiàn)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(wú)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(lèi)部分響應(yīng)系統(tǒng)的特點(diǎn)：

?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(shí)現(xiàn)。

2、第四類(lèi)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(jiàn)教材P59圖3T8

|”i2(/)|參見(jiàn)教材P6°圖3T9

\H(7)|參見(jiàn)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(diǎn):

①波形的“尾巴”以1/J的速度衰減

②第四類(lèi)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(wèn)題，解決的辦法是采用有預(yù)編碼的第四類(lèi)部分響應(yīng)系統(tǒng)。

（4）有預(yù)編碼的第四類(lèi)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(wú)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(lèi)部分響應(yīng)系統(tǒng)的特點(diǎn)：

?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(shí)現(xiàn)。

五、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的時(shí)域均衡

1、時(shí)域均衡的作用（《綜合練習(xí)習(xí)題與解答》簡(jiǎn)答題第8題）

時(shí)域均衡的思路一一是消除接收的時(shí)域信號(hào)波形的取樣點(diǎn)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(lái)進(jìn)行補(bǔ)償以消除取樣點(diǎn)的符號(hào)間干擾，提高判決的

可靠性。

2、時(shí)域均衡的基本原理A

參見(jiàn)教材P62圖3-23

?原理

N

居=%%-?）（3-36）

k=-N

y（r）應(yīng)滿(mǎn)足無(wú)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(shí)，y（r）己經(jīng)基本接近0,為了與女

的取值統(tǒng)一，〃取-NSN。

?時(shí)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(hào)間干擾。

例：一個(gè)三抽頭的時(shí)域均衡器，其輸入波形如下圖所示，其

=。尤當(dāng)網(wǎng)＞時(shí),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(mǎn)足無(wú)符號(hào)間干擾的條件時(shí)，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(jì)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(mǎn)足無(wú)符號(hào)間干擾時(shí)，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(gè)取值，即當(dāng)網(wǎng)＞1時(shí)，4=0）

第三節(jié)數(shù)據(jù)信號(hào)的頻帶傳輸

頻帶傳輸一一又稱(chēng)調(diào)制傳輸，它是需要對(duì)基帶數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制以實(shí)現(xiàn)頻帶搬移，即將基

帶數(shù)據(jù)信號(hào)的頻帶搬到話(huà)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(jiàn)教材P69圖3-33

各部分的作用：

?1點(diǎn)：數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)經(jīng)發(fā)送低通基本上形成所需要的基帶信號(hào)(2點(diǎn)的信號(hào)叫基帶信

號(hào)s?)；發(fā)送低通一般是基帶形成濾波器的一部分，2點(diǎn)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(hào)的頻帶搬到載頻(載波頻率)附近的上下邊帶，實(shí)現(xiàn)雙邊帶調(diào)制。

假設(shè)基帶形成濾波器為第一類(lèi)部分響應(yīng)系統(tǒng)，2點(diǎn)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?hào)頻譜（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(guò)程，解調(diào)后的信號(hào)中有基帶信號(hào)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(duì)恢復(fù)的基帶信號(hào)取樣判決還原為數(shù)據(jù)序列。（8點(diǎn)的信號(hào)要滿(mǎn)足無(wú)符號(hào)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(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻帶搬移，調(diào)制和解調(diào)合起來(lái)稱(chēng)為Modem。

?從信號(hào)傳輸?shù)慕嵌龋粋€(gè)頻帶傳輸系統(tǒng)就相當(dāng)于一個(gè)等效的基帶傳輸系統(tǒng)。

?符號(hào)速率￡=2%

二、數(shù)字調(diào)幅

概念一一以基帶數(shù)據(jù)信號(hào)控制一個(gè)載波的幅度，稱(chēng)為數(shù)字調(diào)幅，又稱(chēng)幅移鍵控，簡(jiǎn)寫(xiě)為ASK。

1、ASK信號(hào)及功率譜分析

參見(jiàn)教材P70圖3-34

（1）雙邊功率譜

己調(diào)信號(hào)為P70（3-52）

根據(jù)推導(dǎo)得出結(jié)論P(yáng)71（3-58）

由此式定性地畫(huà)出

Mfl

i■■■加K”■力命張3I

?AM

小,單■性口

MB28

假設(shè)無(wú)發(fā)送低通（2點(diǎn)的功率譜與1點(diǎn)的功率譜相同）:

893-372ASK值號(hào)的功率虐密度示意

?調(diào)制后實(shí)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(wú)直流分量——七（7）中無(wú)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(gè)基帶信號(hào)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(huà)出調(diào)制后的功率譜密度。

解:

下?上

18002400flHtl

Btnao

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

通處理，其截止頻率為600〃z,僅通過(guò)不歸零碼功率譜的第一個(gè)零點(diǎn)及其以下的

功率譜。求該2ASK（或抑制載頻的2ASK）信號(hào)的帶寬、符號(hào)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(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)僅做簡(jiǎn)單的頻帶限制（有時(shí)為分析問(wèn)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(hào)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(wú)發(fā)送低通?；鶐?shù)據(jù)信號(hào)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(hào)波影

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

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(lèi)

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(shí))

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(diǎn)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(gè)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(diǎn)一一頻帶利用率比較高。

缺點(diǎn)一一實(shí)現(xiàn)起來(lái)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(gè)邊帶的大部分、另一個(gè)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(jiàn)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(jiàn)教材P73圖3-39

正交雙邊帶調(diào)制的功率譜的特點(diǎn)：

?兩個(gè)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(hào)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(hào)高次產(chǎn)物

(2)表示方法

①矢量法

假設(shè)［A、B兩路無(wú)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(mén)

參見(jiàn)教材P74圖3-41(a)

②星座法

參見(jiàn)教材P74圖3-41(b)

參見(jiàn)教材P74圖3-42

(3)頻帶利用率

?幾個(gè)關(guān)系

MQAM的符號(hào)速率為A、B每一路的符號(hào)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(diǎn)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(jì)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(diǎn)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(hào)控制載波的相位，稱(chēng)為數(shù)字調(diào)相，又稱(chēng)相移鍵控，簡(jiǎn)寫(xiě)為PSK。

f二相調(diào)相

分類(lèi)J四相調(diào)相多相調(diào)相

八相調(diào)相

'十六相調(diào)相

［絕對(duì)調(diào)相一一參考相位：未調(diào)載波

I相對(duì)調(diào)相一一參考相位：前一符號(hào)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(huà)圖題第7題）皂

f二相絕對(duì)調(diào)相2PSK

I二相相對(duì)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(jiàn)教材P75圖3-43

?相對(duì)調(diào)相與絕對(duì)調(diào)相的關(guān)系：

%的相對(duì)調(diào)相就是Dn的絕對(duì)調(diào)相。

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

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

載波相位改變0,數(shù)據(jù)信號(hào)為“0”時(shí)，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(huà)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(hào)的初相位相對(duì)于前一碼元內(nèi)2PSK信號(hào)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(duì)碼）為1時(shí)，本碼

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

解:

“皿號(hào)

iTWWWWVW

-wwwwm

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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(hào)為“0”時(shí)，載波相位

改變0,數(shù)據(jù)信號(hào)為“1”時(shí)，載波相位改變“。試寫(xiě)出所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)序列(設(shè)

fc~NBd)。

RIE3S

解：所對(duì)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(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)

①2PSK信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)

參見(jiàn)教材P76圖3-44

?2PSK信號(hào)的解調(diào)存在的問(wèn)題一一相位模糊