基带信号常用码型转换
数字基带信号的码型设计
数字基带信号的码型设计一、前言近年来，随着大规模集成电路的出现，数字系统的设备复杂程度和技术难度降低，数字通信系统的主要缺点逐渐得到解决，因此数字传输方式日益受到欢迎。
数字传输系统中，传输对象通常是二元数字信息，而设计数字传输系统的基本考虑是选择一组有限的离散的波形来表示数字信息。
这些取值离散的波形可以是未经调制的电信号，也可以是调制后的信号。
未经调制的数字信号所占据的频谱是从零域或很低频率开始，称为数字基带信号。
不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，称为数字基带传输系统。
数字基带传输系统方框图如图一所示。
图一数字基带传输系统方框图目前，虽然数字基带传输的应用不是很广泛，但对于基带传输系统的研究仍然十分有意义，主要是因为：1、在利用对称电缆构成的近程数据通信系统中广泛采用了这种传输方式；2、随着数字通信技术的发展，基带传输方式也有迅速发展的趋势；3、基带传输中包含带通传输的许多基本问题；4、任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等效为一个基带传输系统。
二、基带码型的设计原则在实际的基带传输系统中，并不是所有的基带波形都适合在信道中传输。
比如远距离传输时高频分量衰减随距离的增大而增大等，所以原始消息代码必须编成适合于传输用的码型。
传输码的结构将取决于实际信道特性和系统工作的条件，在选择传输码型时，一般应考虑以下几点原则：1、不含直流，且低频分量尽量少；2、应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号；3、功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带；4、不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；5、具有内在检错能力，即码型应具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观监测；6、编译码简单，以降低通信延时和成本。
三、常用的传输码型1、单极性非归零码：（如图二（a）所示）编码规则：信号脉冲的低电平和高电平分别表示二进制代码“0”和“1”。
优点：电脉冲之间无间隔，极性单一，易于用TTL、CMOS电路产生。
实验三 码型变换实验
实验三码型变换实验一、实验目的1．了解几种常见的数字基带信号。
2．掌握常用数字基带传输码型的编码规则。
3．掌握用FPGA实现码型变换的方法。
二、实验内容1．观察NRZ、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码的波形。
2．观察全0码或全1码时各码型波形。
3．观察HDB3码、AMI码、BNRZ码正、负极性波形。
4．观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码经过码型反变换后的输出波形。
5．自行设计码型变换电路，下载并观察输出波形。
三、实验器材1．信号源模块2．码型变换模块3．20M双踪示波器一台4．频率计（可选）一台5．PC机（可选）一台6．连接线若干四、实验原理1．编码规则①NRZ码(见教材)②RZ码(见教材)③BNRZ码－双极性不归零码1 0 1 0 0 1 1 0＋E-E④BRZ码－双极性归零码1 0 1 0 0 1 1 0＋E-E⑤AMI码(见教材)⑥HDB3码(见教材)⑦BPH码BPH码的全称是数字双相码（Digital Diphase），又叫分相码(Biphase，Split-phase)或曼彻斯特码（Manchester），其编码规则之一是：0 01（零相位的一个周期的方波）；110（π相位的一个周期的方波）。
例如：代码： 1 1 0 0 1 0 1双相码： 10 10 01 01 10 01 10这种码既能提取足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程简单。
但带宽要宽些。
⑧CMI码CMI码的全称是传号反转码，其编码规则如下：信息码中的“1”码交替用“11”和“00”表示，“0”码用“01”表示。
例如：代码： 1 1 0 1 0 0 1 0CMI码： 11 00 01 11 01 01 00 01这种码型有较多的电平跃变，因此，含有丰富的定时信息。
该码已被ITU-T推荐为PCM四次群的接口码型。
在光纤传输系统中有时也用CMI码作线路传输码型。
实验8 数字基带信号的码型变换
图8-9 码型变换结构组成框图
译码模块：完成码型变换实验。其结构组成框图如下图8－10
四、实验任务
1．当输入8位码为全“0”、全“1”、伪随机码、任意码时，分折各种 变换结果。 2．观测各种码型变换波形，验证你的分析结果。
五、测量点说明
TP301：原始数字基带信号；TP302：编码时钟；TP303：正极性 码型变换； TP304：负极性码型变换；TP305：码型变换输出；TP306：选择 0010-1000时无波形。
六、实验报告要求
1.根据实验结果，画出各种码型变换的测量点波形图。 2．写出各种码型变换的工作过程。
E
1
0
1
0
0
1
1
0
0
E
图 8-6 CMI码
密勒码 密勒码又称延迟调制码，它是曼彻斯特码的一种变形，编码规则： “1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示。 “0”码有两种情况：单个“0”码时，在码元间隔内不出现电平跃变， 且相邻码元的边界处也不跃变；连“0”时，在两个“0”码边界处出现 电平跃变，即“00”与“11”交替。 例如： 消息代码：1 1 0 1 0 0 1 0… 密勒码： 10 10 00 01 11 00 01 11… 或： 01 01 11 10 00 11 10 00…
PST码能够提供的定时分量，且无直流成分，编码过程也简单，在接 收识别时需要提供“分组”信息，即需要建立帧同步，在接收识别时， 因为在“分组”编码时不可能出现00、++和—的情况，如果接收识 别时，出现上述的情况，说明帧没有同步，需要重新建立帧同步。
实验-CMI码型变换实验
实验-CMI码型变换实验实验CMI码型变换实验一、实验原理和电路说明在实际的基带传输系统中，并不是所有码字都能在信道中传输。
例如，含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜在信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。
同时，一般基带传输系统都从接收到的基带信号流中提取收定时信号，而收定时信号却又依赖于传输的码型，如果码型出现长时间的连“0”或连“1”符号，则基带信号可能会长时间的出现0电位，从而使收定时恢复系统难以保证收定时信号的准确性。
实际的基带传输系统还可能提出其他要求，因而对基带信号也存在各种可能的要求。
归纳起来，对传输用的基带信号的主要要求有两点：1、对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；2、对所选码型的电波波形要求，期望电波波形适宜于在信道中传输。
前一问题称为传输码型的选择；后一问题称为基带脉冲的选择。
这是两个既有独立性又有互相联系的问题，也是基带传输原理中十分重要的两个问题。
传输码（传输码又称为线路码）的结构将取决于实际信道特性和系统工作的条件。
在较为复杂的基带传输系统中，传输码的结构应具有下列主要特性：1、能从其相应的基带信号中获取定时信息；2、相应的基带信号无直流成分和只有很小的低频成分；3、不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；4、尽可能地提高传输码型的传输效率；5、具有内在的检错能力，等等。
满足或部分满足以上特性的传输码型种类繁多，主要有：CMI码、AMI、HDB3等等，下面将主要介绍CMI码。
根据CCITT建议，在程控数字交换机中CMI 码一般作为PCM四次群数字中继接口的码型。
在CMI码模块中，完成CMI的编码与解码功能。
CMI编码规则见表4.2.1所示：表4.2.1 CMI的编码规则输入码字编码结果0 011 00/11交替表示因而在CMI编码中，输入码字0直接输出01码型，较为简单。
对于输入为1的码字，其输出CMI码字存在两种结果00或11码，因而对输入1的状态必须记忆。
基带传输的常用码型
常见的线路码型有以下几种：
信息代码： 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1
AMI码
(Bipolar RZ)
HDB3码
+V
&码)
编码规则: 遇数字‘1’ 正负电平交替；遇数字‘0’ 为0电平。 实际上是把二进制脉冲序列变为三电平的符号序列。
优点：极性交替反转，所以无直流分量（包括在“1”、“0” 码不等概率情况下）。
缺点：可能出现长的连0串，会造成提取定时信号的困难。
2. 三阶高密度双极性码(HDB3)
HDB3码是在AMI码基础上为克服长连“0”码而改进 的一种码型。
编码规则：
（1）先把信息代码变成AMI码；
（2）当出现4个或4个以上连0码时，则在第4个0码处添 加脉冲，称为破坏脉冲，用V表示。
（3）为保证无直流，V脉冲应正负交替插入；为此当相 邻V码间有偶数个“1”时，将后面的连“0”串中的第1 个“0”编码为B符号，B符号的极性与前一非“0”码的 极性相反，而B符号后的V码与B符号的极性相同.
3. CMI码
编码规则： “1”码交替用“00”和“11”表示；“0”码用“01”
表示。
4. 数字双相码（ Manchester）码
每个码元用两个连续极性相反的脉冲来表示。如 “1”码用正、负脉冲表示，“0”码用负、正脉冲表示。
现代通信原理
现代通信原理
基带传输的常用码型
数字基带信号通常是在电缆线路中传输，为了克服传 输损耗，对传输码型的选择主要考虑以下几点： (1) 码型中无直流分量; 低频、高频分量尽量少； (2) 码型中应包含定时信息， 以便定时提取； (3) 码型变换设备要简单可靠； (4) 码型具有一定检错能力； (5)尽可能提高线路码的编码效率，即提高传输效率。
数字基带信号的码型
4.1.1 数字基带信号的码型设计原则所谓数字基带信号，就是消息代码的电脉冲表示――电波形。
在实际基带传输系统中，并非所有的原始数字基带信号都能在信道中传输，例如，含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜在信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变；再例如，一般基带传输系统都是从接收到的基带信号中提取位同步信号，而位同步信号却又依赖于代码的码型，如果代码出现长时间的连“0” 符号，则基带信号可能会长时间出现0 电位，从而使位同步恢复系统难以保证位同步信号的准确性。
实际的基带传输系统还可能提出其它要求，从而导致对基带信号也存在各种可能的要求。
归纳起来，对传输用的基带信号的要求主要有两点：（1 ）对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；（2 ）对所选的码型的电波形的要求，期望电波形适宜于在信道中传输。
前一问题称为传输码型的选择，后一问题称为基带脉冲的选择。
这是两个既彼此独立又相互联系的问题，也是基带传输原理中十分重要的两个问题。
本节讨论前一问题，后一问题将在下面几节中讨论。
传输码（常称为线路码）的结构将取决于实际信道的特性和系统工作的条件。
概括起来，在设计数字基带信号码型时应考虑以下原则：(1)码型中应不含直流分量，低频分量尽量少。
(2)码型中高频分量尽量少。
这样既可以节省传输频带，提高信道的频带利用率，还可以减少串扰。
串扰是指同一电缆内不同线对之间的相互干扰，基带信号的高频分量越大，则对邻近线对产生的干扰就越严重。
(3)码型中应包含定时信息。
(4)码型具有一定检错能力。
若传输码型有一定的规律性，则就可根据这一规律性来检测传输质量，以便做到自动监测。
(5)编码方案对发送消息类型不应有任何限制，即能适用于信源变化。
这种与信源的统计特性无关的性质称为对信源具有透明性。
(6)低误码增殖。
对于某些基带传输码型，信道中产生的单个误码会扰乱一段译码过程，从而导致译码输出信息中出现多个错误，这种现象称为误码增殖。
基带码型变换设计CMI码码型变换
目录1 技术指标 (1)2 基本原理 (1)2.1 CMI码原理分析 (1)2.2 编、解码设想及思路 (1)3 设计方案及功能分析 (2)3.1 方案一 (2)3.1.1 CMI编码 (2)3.1.2 CMI解码 (5)3.2 方案二 (8)3.2.1 CMI编码 (8)3.2.2 CMI译码 (10)3.3 方案比较 (11)4 CPLD时序和功能仿真 (11)4.1 采用实验二的CPLD时序和功能仿真 (11)5 硬件电路调试 (12)6 结论 (12)7 心得体会 (13)8 参考文献 (14)附录 (14)基带码型变换设计CMI码码型变换1 技术指标（1）设计CMI码的编译码电路；（2）输入信号为24位的周期NRZ码（3）编译码延时小于3个码元宽度2 基本原理我的课程设计选题是《基带码型变换设计——CMI码码型变换》，也就是设计电路实现CMI码的编码、解码过程。
电路设计的重点在于按照CMI码的编码规则实现基带码，也就是信源码的逻辑变换。
为了达到这个过程，我们需要先分析清楚CMI码的特点。
故基本原理这一部分我分为两部分进行阐述，分别是2.1CMI码原理分析；2.2编、解码设想及思路。
2.1 CMI码原理分析查阅《通信原理》（樊昌信著国防工业出版社第6版）可知CMI码相关信息如下；“CMI 码是传号反转码的简称，与双相码类似，它也是一种双极性二电平。
其编码规则是：“1”码交替用“11”和“00”两位码表示；“0”码固定地用“01”表示，CMI码易于实现，含有丰富的定时信息。
此外，由于10为禁用码组，不会出现三个以上的连码，这个规律可用来宏观检错。
该码已被ITU—T推荐为PCM四次群的接口码型，有时也用在速率低于8.448Mb/s的光缆传输系统中。
”2.2 编、解码设想及思路分析可知，其编码规则可以整理如下表1：表1 CMI编码规则在CMI 编码中，输入码字0直接输出01码型，较为简单。
对于输入为1的码字，其输出CMI 码字存在两种结果OO 或11码，因而对输入1的状态必须记忆。
数字基带信号及常用的编码
数字基带信号1.1 基带信号的基本概念数字基带信号可以来字计算机、电传机等终端数据的各种数字代码，也可以来自模拟信号经数字化处理后的脉冲编码(PCM)信号等，是未经载波信号调制而直接传输的信号，所占据的频谱从零频或很低频开始。
1.2 几种数字基带信号的基本波形1.2.1 单极性波形这是一种最简单的基带信号波形，用正电平和零电平分别表示对应二进制“1”和“0”，极性单一，易于用TTL 和CMOS 电路产生。
缺点是有直流分量，要求传输线路具有直流传输能力，因而不适用有交流耦合的远距离传输，只适用于计算机内部或者极进距离的传输，信号波形图如图1-1所示。
1 011100+E图1-1 单极性波1.2.2 双极性波形这种波形用正、负电平的脉冲分别表示二进制代码“1”和“0”，其正负电平的幅度相等、极性相反，当“1”和“0”等概率出现时无直流分量，有利于在信道中传输，并且在接受端恢复信号的判决电平为零，因而不熟信道特性的变化的影响，扛干扰能力也叫强，信号波形图如图1-2所示。
1 011100+E-E图1-2 双极性波1.2.3 单极性归零波形这种波形是指它的有电脉冲宽度τ小于码元Ts ，即信号电压在一个码元终止时刻前总要回到零电平，通常归零波使用半占空码，即占空比（τ/Ts ）为50%，从单极性波可以直接提取定时信息，是其他码型提取位同步信息时常采用的一种过渡波形。
1 011100+E+E图1-3 单极性归零波1.2.4 双极性归零波形这种波形兼有双极性和归零波形的特点，由于其相邻脉冲之间存在零电位的间隔，是的接受端很容易识别出每个码元的起止时间，从而使收发双方能保持位的同步。
波形如图1-4所示。
1 011100+E-E+E-E图1-4 双极性归零波1.2.5 差分波形这种波形是用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码，而与码元本身的点位或极性无关，电平跳变表示“1”，电平的不变表示“0”，当然这种规定也可以反过来，也称为相对码波形，而相应地称前面的单极性或双极性波形为绝对码波形，这种波形传输代码可以消除设备初始状态的影响。
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通信原理大作业用matlab仿真1.幅频失真S(t)=sint+1/3sin3t,S’(t)=sint+sin3t;相频失真S(t)=sint+1/3sin3t,S’(t)=sin(t+2pi)+1/3sin(3t+3pi).程序：x=0:pi/20:3*pi;y1=sin(x)+(sin(3*x))/3;y2=sin(x)+sin(3*x);y3=sin(x+2*pi)+(sin(3*x+3*pi))/3;figure(1)plot(x,y1);hold onplot(x,y2,'r-');legend('S(t)=sint+1/3sin3t','S(t)=sint+sin3t')figure(2)plot(x,y1);hold onplot(x,y3,'r-');legend('S(t)=sint+1/3sin3t','S(t)=sin(t+2*pi)+1/3sin(3t+3*pi)')幅频失真相频失真2. 将输入的一串0,1编码1） 转换成AMI 码 2） 转换成HDB3码 3） 转换成双相码 4） 转换成Miller 码 5） 转换成CMI 码 总流程开始输入数组依次显示五种码形结束转换成AMI 码转换成CMI码转换成HDB3码转换成双相码转换成Miller码转化成五种码具体流程思路：数组xn 中0保持不变；并统计1个数，当为偶数1保持不变；当为奇数1变换为-1 1) 转换成AMI 码 nono no得到数组xnXn （i ）是否=1num=num+1num 是否为偶数 得到数组xn 长度k i=1; num=0yn(i)=xn(i)yn(i)=xn(i)yn(i)= -xn(i)i 是否=k 得到数组yn i=i+12) 转换成HDB3码 思路：在AMI 码基础上1. 当出现第一个四个连0 时v=前一个非0数2. 当出现四个连0，v 和-v 交替出现3. 判断破坏脉冲是否成立，如果不成立四个连0的第一个0做相应变换（即添加B ） 以后的1也要取负得到v(1)是否是得到数组yni=1yn （i ）是否=0 num=num+1 num=0num 是否=4v=yn(i-4)否否否 否否得到数组yn i=1 sign=1 num=0yn （i ）是否=0num=num+1num 是否=4yh(i)=v(sign)sign 是否为偶数 yh(i)= -v(sign)yh(i)是否=yh(i-4) yh(i-3)=yh(i) yh(i:k)=Yh(i:k )i 是否=k 得到数组yhi=i+13) 转换成双相码思路:1．当出现0转换为01 2．当出现1转换为10；nono得到数组xn得到数组xn 长度kys(2i-1)=0;ys(2i-2)=1Xn(i)是否=0i=1ys(2i-1)=1;ys(2i-2)=0i 是否=k 得到数组ys i=i+14) 转换成密勒码 思路：1．当第一个数出现1时转换成10；否则转换为002．以后当出现1时对应的第一个码不变，第二个变化；当出现一个0对应的两个码元都不变；出现连0对应的两个码元都变化。
nono no得到数组xn得到数组xn 长度ki=1Xn(i)是否=0ym(2i-1)=ym(2i-2); ym(2i-2)=~ym(2i-1)是否为连0ym(2i-1)=~ym(2i-2); ym(2i-2)=ym(2i-1)ym(2i-1)=ym(2i-2); ym(2i-2)=ym(2i-1)i 是否=k 得到数组ym i=i+15) 转换成CMI 码 思路:1．当为0转换为012．当为0 时11和00交替出现 nono得到数组xn得到数组xn 长度ki=1；num=0 Xn(i)是否=1yc(2i-1)=0;yc(2i-2)=1num=num+1num 是否为偶数 yc(2i-1)=0; yc(2i-2)=0yc(2i-1)=1;yc(2i-2)=1 i=i+1i 是否=k得到数组yc仿真结果：cleart=input('请输入一组0,1: ','s');%0,1 之间要有空格隔开xn=str2num(t)yn=xn;%AMI码num=0;for k=1:length(xn)if xn(k)==1num=num+1;if num/2==fix(num/2)yn(k)=1;elseyn(k)=-1;endendendnum=0;%HDB3yh=yn;sign=1;V=zeros(1,length(yn));for k=1:length(yn)if yn(k)==0num=num+1;if num==4v(1)=yh(k-4);breakendelsenum=0;endendfor k=1:length(yn)if yn(k)==0num=num+1;if num==4num=0;yh(k)=v(sign);v(sign+1)=-v(sign);if yh(k)==yh(k-4)elseyh(k-3)=yh(k);yh(k+1:length(yn))=-1*yh(k+1:length(yn));endsign=sign+1;endelsenum=0;endendys=zeros(1,2*length(xn));for k=1:length(xn)%双相码if xn(k)==0ys(2*k-1)=0;ys(2*k)=1;elseys(2*k-1)=1;ys(2*k)=0;endendym=zeros(1,2*length(xn));%密勒码if xn(1)==1ym(1)=1;ym(2)=0;elseym(1)=0;ym(2)=0;endfor k=2:length(xn)if xn(k)==0num=num+1;if num>1ym(2*k-1)=xor(1,ym(2*k-2)); ym(2*k)=ym(2*k-1);elseym(2*k-1)=ym(2*k-2);ym(2*k)=ym(2*k-1);endelseym(2*k-1)=ym(2*k-2);ym(2*k)=xor(1,ym(2*k-2));num=0;endendyc=zeros(1,2*length(xn));%CMIfor k=1:length(xn)if xn(k)==1num=num+1;if num/2==fix(num/2)yc(2*k-1)=1;yc(2*k)=1;elseyc(2*k-1)=0;yc(2*k)=0;endelseyc(2*k-1)=0;yc(2*k)=1;endsubplot(5,1,1);stairs([0:length(xn)-1],yn);axis([0 length(xn)-2 2]);title('AMI 码')subplot(5,1,2);stairs([0:length(xn)-1],yh);axis([0 length(xn)-2 2]);title('HDB3码')subplot(5,1,3);stairs([0:2*length(xn)-1],ys);axis([02*length(xn) -2 2]);title('双相码')subplot(5,1,4);stairs([0:2*length(xn)-1],ym);axis([02*length(xn) -2 2]);title('密勒码')subplot(5,1,5);stairs([0:2*length(xn)-1],yc);axis([02*length(xn) -2 2]);title('CMI 码')3. 产生2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK 信号，并进行解调（四种信号选一）思路2ASK ：当调制的数字信号为1时，传输载波；为0时，不传输载波；2FSK ：当调制的数字信号为1时，传输载波)2sin(t π；为0时，传输载波)4sin(t π；2PSK : 当调制的数字信号为1时，载波初相位为π；为0时，载波初相位为0；2DPSK:当调制的数字信号为1时，载波相位加π；为0时，载波相位不变；相干解调x=[1,1,0,0,0,1,0,1,1,0]figure(1)for i=1:length(x);t=i-1:.01:i;s1=sin(2*pi*t)*x(i);s2=sin(2*pi*t)*x(i)+sin(4*pi*t)*xor(1,x(i)); s3=sin(2*pi*t+pi*x(i));subplot(4,1,1)plot(t,s1);title('2ASK')hold onsubplot(4,1,2)plot(t,s2);title('2FSK')hold onsubplot(4,1,3)plot(t,s3);title('2PSK')hold onendhold ony=zeros(1,length(x)+1);y(1)=1;for i=1:length(x)if x(i)==1y(i+1)=xor(y(i),1);elsey(i+1)=y(i);endendfor i=1:length(y);t=i-1:.01:i;s4=sin(2*pi*t+pi*y(i));subplot(4,1,4)plot(t,s4);title('2DPSK')hold onendfigure(2)for i=1:length(x);t=i-1:.01:i;a3=sin(50*pi*t)*x(i);a1=a3.*sin(50*pi*t);wp=2*pi*50*0.5;ws=2*pi*50*0.9;As=45;Rp=2;[N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As,'s');[B,A]=butter(N,wc,'s');%低通滤波h=tf(B,A); %转换为传输函数a2=lsim(h,a1,t);a4=1*(a2>0.25);subplot(4,1,1)plot(t,a3);title('2ASK')hold onsubplot(4,1,2)plot(t,a1);title('乘以相干载波')hold onsubplot(4,1,3)plot(t,a2);title('通过低通滤波器后')hold onsubplot(4,1,4)plot(t,a4);title('经过抽样判决后'),axis([0 10 0 1.2]); hold onend。