数字基带信号传输码型发生器设计
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。
通信原理填空
通信原理填空1.数字通信系统包括信源、信源编码、信道编码，信道、解调、信道解码、信源解码和收信者。
2.数字信号的基带传输与载波传输的区别是：信道的条件不同：基带传输是在有线信道中传输，载波传输是在无线信道或光信道中传输。
3.脉冲编码调制主要包括：抽样、量化和编码三个部分。
4.一般情况下，在一个分组码码组内纠正t个误码，同时检测e （e>t）个误码，要求最小码距dmin≧e+t+1.；在一个分组码码组内检测e个误码，要求最小码距dmin≧e+1；；在一个分组码码组内检测t个误码，要求最小码距dmin≧2t+1.。
某一分组码中，码组间最小码距5，在一个码组内该分组码最多可以检测出4个误码，最多可以纠正2个误码。
5.香农信道容量公式为C=Wlog2（1+S/N），由此公式可知，当信道带宽无限增大时，信道容量仍然是有限的。
由定理可知：在码长及发送信息速率一定的情况下，为减小编码错误概率应增大信道容量。
6.设基带信号为m(t)，载波为coswct，则单边带上边带信号的一般表示式为s(t)=1/2m(t)coswct-1/2m(t)sinwct.7.设计最佳线性滤波器的两种准则是：最大输出信噪比准则、最小错误概率准则。
8.非线性调制是指已调信号的频谱中将出现与调制信号无对应线性关系的分量。
9.非均匀量化是指量化间隔是不相等的量化。
10.循环码的主要性质包括封闭性、循环性和线性。
11.若信息速率为Rb，码元速率为Rs，每个码元有N 种可能出现的符号，则它们之间的关系满足：Rb=Rslog2N(b/s)。
12.设输出信号s(t)，则匹配滤波器的时域冲激响应h(t)为：h(t)=kS(T-t).13.一个产生最长线性反馈移位寄存器序列（即m序列）的n级移位寄存器，其本原多项式F(x)必须满足的三个条件为：F(x)是既约的，既不能再分解因式；F(x)可整除xm+1,m=2n-1;;F(x)不能整除xq+1，q<m。
数字信号的基带传输
B 2
H(ω)
0 -
ω0
0
B 2
ω
（a）低通滤波器
（b）带通滤波器
A H ( ) 0
0 B other
A H ( ) 0
B B 0 0 2 2 other
15
无失真系统是否为线性系统？
（1）是否具有齐次性？
幅度。
(4) 时隙（Slot）：一个时隙一个数据位逐个进行。 码元
5
基本概念
二、基带传输与频带传输
数字基带信号：未经调制的数字信号，它所占据的频谱是从零
频或很低频率开始的。
基带传输：将数字基带信号通过基带信道(传递函数为低通型)传
输 —— 信号频谱不搬移，直接传送。
同轴电缆，双绞线 频带信号：数字基带信号经正弦波调制的带通信号 频带传输：将数字带通信号通过带通信道传输
振幅失真：
是信号各个频率分量的振幅值随频率发生了不同变化。
由传输设备和线路引起的衰损造成的
延迟失真：
是信号各频率分量的传播速度不一致所造成的失真。
12
基本概念
三、信号通过系统 3、无失真系统
如果信号通过系统后各个频率分量的振幅和延迟改变 都是相同的，则称信号不失真。能够使信号不失真的系 统称为不失真系统。
假定通过系统前的信号为X(t)，通过系统后的信号为Y(t)，
不失真系统只能导致信号如下改变：
Y (t ) kX (t t 0 )
13
系统对信号的作用如下：
输入信号
系统
输出信号
Y ( ) X ( ) H ( )
不失真系统信号输出：
X(t )
h(t )
第五章数字基带传输系统
25
例 两个时间间隔为一个码元时间Ts的 sinx/x波形相加。
cos t / Ts g (t ) [ ] 2 2 1 4t / Ts 4
2T cos Ts s 2 G ( ) 0
9
4)尽可能提高传输码型的传输效率. 5)具有内在的检错能力.
AMI码 Alternate Mark Inversion 0→0 , 1交替变换为+1,-1的归零码,通常脉冲宽度为码 元周期之半. 消息 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 AMI码 +1 0 0 -1 +1 0 0 0 -1 +1 -1 特点: 基带信号正、负脉冲交替，0电位保持不 变 — 无直流成分 二进制符号序列 — 三进制符号序列 （一位）二进制符号 — （一位）三进制符号（1B/1T码 型）
第五章 数字基带传输系统
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
1
数字基带信号 基带传输的常用码型 基带脉冲传输与码间干扰 无码间干扰的基带传输特性 部分响应系统 无码间干扰基带系统的抗噪声性能 眼图
5.1 数字基带信号
数字基带信号波形 在传输距离不远的有线信道, 数字基带信号可 直接传送. 任何数字传输系统均可等效为基带传输系统 组成基带信号的单个码元可以是矩形、升余 弦脉冲、高斯形脉冲、半余弦脉冲等。
Ts
Ts
g ( 0)
26
4
Ts g ( ) 1 2
kTs g( )0 2
k 3,5,
a0
a1
a2
27
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。
毕业设计(论文)基于matlab的数字基带通信系统仿真
基于matlab的数字基带通信系统仿真1.课程设计的目的(1)增加对仿真软件的认识，学会对各种软件的操作和使用方法(2)加深理解数字基带通信系统的概念(3)初步掌握系统的设计方法，培养独立工作能力2.设计方案论证2.1数字基带传输系统在数字传输系统中，其传输的对象通常是二进制数字信号，它可能是来自计算机、电传打字机或其它数字设备的各种数字脉冲，也可能是来自数字终端的脉冲编码调制（PCM）信号。
这些二进制数字信号的频带范围通常从直流和低频开始，直到某一频率m f ，我们称这种信号为数字基带信号。
在某些有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以不经过调制和解调过程在信道中直接传送，这种不使用调制和解调设备而直接传输基带信号的通信系统，我们称它为基带传输系统。
而在另外一些信道，特别是无线信道和光信道中，数字基带信号则必须经过调制过程，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输，相应地，在接收端必须经过解调过程，才能恢复数字基带信号。
我们把这种包括了调制和解调过程的传输系统称为数字载波传输系统。
数字基带传输系统的模型如图 1所示，它主要包括码型变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器、均衡器和取样判决器等部分。
图1 数字基带传输系统模型1.2 数字基带信号1.2.1数字基带信号波形对不同的数字基带传输系统，应根据不同的信道特性及系统指标要求，选择不同的数字脉冲波形。
原则上可选择任意形状的脉冲作为基带信号波形，如矩形脉冲、三角波、高斯脉冲及升余弦脉冲等。
但实际系统常用的数字波形是矩形脉冲，这是由于矩形脉冲纤数字传输系统中的线路传输码型。
此外，CMI 码和曼彻斯特码一样都是将一位二进制码用一组两位二进制码表示，因此称其为1B2B 码。
（5）4B/3T 码4B/3T 码是1B/1T 码的改进型它把4 个二进制码元变换为3个三进制码元。
显然，在相同信息速率的条件下，4B/3T 码的码元传输速率要比1B/1T 码的低，因而提高了系统的传输效率。
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。
实验1 基带信号的常用码型变换实验
实验1 基带信号的常用码型变换实验一、实验目的1．熟悉RZ 、BNRZ 、BRZ 、CMI 、曼彻斯特、密勒码型变换原理及工作过程；2．观察数字基带信号的码型变换测量点波形；二、实验仪器1．AMI/HDB3编译码模块，位号：F （实物图片如下）2．时钟与基带数据发生模块，位号：G3．20M 双踪示波器1台4．信号连接线3根三、实验工作原理（一）基带信号及其常用码型变换在实际的基带传输系统中，传输码的结构应具有下列主要特性：1) 相应的基带信号无直流分量，且低频分量少；2) 便于从信号中提取定时信息；3) 信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰；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) 编译码设备要尽可能简单。
1.1 单极性不归零码（NRZ 码）单极性不归零码中，二进制代码“1”用幅度为E 的正电平表示，“0”用零电平表示，单极性码中含有直流成分，而且不能直接提取同步信号。
0000E +1111 图1-1 单极性不归零码1.2 双极性不归零码（BNRZ 码）二进制代码“1”、“0”分别用幅度相等的正负电平表示，当二进制代码“1”和“0”等概出现时无直流分量。
10111000E +E-0图 1-2 双极性不归零码1.3 单极性归零码（RZ 码）单极性归零码与单极性不归零码的区别是码元宽度小于码元间隔，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。
单极性码可以直接提取定时信息，仍然含有直流成分。
00001111E +0图 1-3 单极性归零码1.4 双极性归零码（BRZ 码）它是双极性码的归零形式，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。
00001111E +0E-图 1-4 双极性归零 1.5 曼彻斯特码曼彻斯特码又称为数字双相码，它用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。
编码规则之一是：“0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10”两位码表示。
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武汉理工大学《FPGA原理与应用》课程设计课程设计任务书学生姓名：蒋立豪专业班级：通信1303 指导教师：陈适工作单位：信息工程学院题目: 数字基带信号传输码型发生器设计初始条件：FPGA芯片（型号不限），ISE仿真软件。
要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）要求每位选课同学提交一篇关于FPGA的应用设计报告，选择的FPGA芯片不限，选用的仿真工具不限。
格式要求按照课程设计报告的标准格式完成，包括：常见的几种基带码：1.单极性非归零码2.双极性非归零码3.单极性归零码4.双极性归零码5.差分码6.交替极性码7.分相码8.编码信号反转码指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《FPGA原理与应用》课程设计武汉理工大学《FPGA原理与应用》课程设计摘要数字通信是信息经编码变换处理后，以数字信号在信道上传输的，较之于模拟通信有很大的优点。
数字通信有基带传输和频带传输两种方式，而基带传输系统在数字通信中有重要的代表性。
在实际的基带传输系统中，并不是所有类型的基带电波形都能在信道中传输，因此，基带传输的传输码型变换是传输过程的重要环节，因此对于传输码型的设计有一定的要求。
了解常用码型及存在的误码原因，对传输码型进行初步的研究。
本文主要设计一个基于FPGA 的数字基带信号发生器，首先简要介绍了单极性非归零码、双极性非归零码、单极性归零码、双极性归零码、差分码、交替极性码、分相码、传号反转码等基带码的基本特点，然后根据码型转换原理设计发生器模块。
由于EDA 技术可以简化电路，集成多块芯片，减小电路体积，所以程序采用VHDL 进行描述，并用ISE 软件仿真实现所有功能，最后将功能集成到FPGA 上，并设计电路，产生的基带码稳定、可靠，可满足不同数字基带系统传输需要。
关键词：数字通信，基带传输，EDA，VHDL，FPGAI武汉理工大学《FPGA原理与应用》课程设计AbstractDigital communication is information after processing, transform coding, to digital signaltransmission in the channel. Compared with analog communication has great advantages. Digitalcommunication baseband transmission and the transmission frequency band in two ways, andbaseband transmission system in digital communication have an important representative. In theactual baseband transmission system, and not all types of baseband wave form can transmit inthe channel, therefore, baseband transmission of the transmission code transformation is animportant link in the transmission process. Therefore, for the design of the transmission code hascertain requirements. Understanding of the commonly used code type and the existence of thecauses of the error, the transmission code type for a preliminary study. In this paper, the design ofa baseband digital signal generator with FPGA based on. Firstly, this paper introduces theunipolar NRZ, bipolar non return to zero (NRZ), unipolar return to zero (NRZ), bipolar returnzero code, differential code, alternating the characteristics of code, code phase, inversion codesbaseband code, then according to the code conversion principle design generator module. TheEDA technology can simplify the circuit, integrated chip, reducing the size of the circuit, so theprogram using VHDL description, and realized all the functions with the ISE software simulation,finally functions are integrated into the FPGA, and circuit design of baseband code stable,reliable, satisfy different digital baseband transmission system is required.: digital communication, baseband transmission, EDA, VHDL, FPGAKeywords II武汉理工大学《FPGA原理与应用》课程设计目录摘要 (I)Abstract ......................................................................... . (II)1前言 .................................................................................12 数字基带信号 (2)2.1 数字基带信号的码型设计原则 ....................................................32.2 非归零码(NRZ 码) ..............................................................42.2.1 单极性 (4)2.2.2 双极性 (4)2.3 归零码(RZ 码) .................................................................42.3.1 单极性 (5)2.3.2 双极性 (5)2.4 差分码 ........................................................................52.5 交替极性码(AMI 码) ............................................................62.6 分相码(曼彻斯特码) ............................................................72.7 传号反转码(CMI 码) ............................................................73 EDA概述 (8)3.1 VHDL ..........................................................................93.2 FPGA ..........................................................................94 基带码发生器的设计原理 (10)4.1 基带码发生器的原理框图 .......................................................104.2 码型转换原理 .................................................................125软件设计与仿真 (13)5.1 VHDL程序设计 ................................................................145.2 软件仿真及结果分析 ...........................................................185.2.1 器件仿真结果 ...............................................................186 总结与体会 (23)7 致谢 ...............................................................................24III武汉理工大学《FPGA原理与应用》课程设计1前言按传输信号是模拟信号还是数字信号，分为模拟通信系统和数字通信系统；按传输信号是基带信号还是频带信号，分为基带通信系统和频带(调制)通信系统；如果传输的是数字信号,同时也是基带信号,则称这种系统为“数字基带通信系统”。
实际的例子有：USB[1]。
串口通信、局域网通信等等，主要用于近距离有线通信通信、RS232 在研究基带传输的同时，对传输码型的研究也是必不可少的。
常用的传输码有单极性非归零码、双极性非归零码、单极性归零码、双极性归零码、差分码、数字双相码、传号反转编码（CMI码）、密勒码、传号交替反转码、三阶高密度双极性码等。
在传输过程中码型变换时，易产生误码现象，导致信号输出错误。
因此对码型的研究更显得尤为重要。
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。