数字基带信号及常用的编码
实验二_数字基带信号
实验二数字基带信号一、实验目的1、了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。
2、掌握AMI、HDB3码的编码规则。
二、实验内容1、用示波器观察单极性非归零码（NRZ）、传号交替反转码（AMI）、三阶高密度双极性码（HDB3）、整流后的AMI码及整流后的HDB3码。
2、用示波器观察从HDB3码中和从AMI码中提取位同步信号的电路中有关波形。
3、用示波器观察HDB3、AMI译码输出波形。
三、基本原理本实验使用数字信源模块和HDB3编译码模块。
1、数字信源本模块是整个实验系统的发终端，模块内部只使用+5V电压，其原理方框图如图1-1所示，电原理图如图1-3所示（见附录）。
本单元产生NRZ信号，信号码速率约为170.5KB，帧结构如图1-2所示。
帧长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码（7位巴克码1110010），另外16位为2路数据信号，每路8位。
此NRZ信号为集中插入帧同步码时分复用信号，实验电路中数据码用红色发光二极管指示，帧同步码及无定义位用绿色发光二极管指示。
发光二极管亮状态表示1码，熄状态表示0码。
本模块有以下测试点及输入输出点：CLK 晶振信号测试点BS-OUT 信源位同步信号输出点/测试点（2个）FS 信源帧同步信号输出点/测试点NRZ-OUT(AK) NRZ信号(绝对码)输出点/测试点（4个）图1-1中各单元与电路板上元器件对应关系如下：晶振CRY：晶体；U1：反相器7404分频器U2：计数器74161；U3：计数器74193；U4：计数器40160并行码产生器K1、K2、K3：8位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数据1、数据2相对应；发光二极管：左起分别与一帧中的24位代码相对应八选一U5、U6、U7：8位数据选择器4512三选一U8：8位数据选择器4512倒相器U20：非门74HC04抽样U9：D触发器74HC74图1-1 数字信源方框图图1-2 帧结构下面对分频器，八选一及三选一等单元作进一步说明。
第6章_数字信号的基带传输1
3. 单极性归零码RZ ： 1——正电平、0——零电平。在发送1
码时，正电平持续的时间小于码元持续的时间。即：脉冲宽度
比码元持续时间短。 优点：（1）可以直接提取同步信号； 缺点： (1) 有直流分量； (2)判决门限不能稳定在最佳门限上，使抗噪性能变 坏。 应用：作为过渡码型，以提取同步信号。 概念：脉冲宽度τ与码元宽度Tb之比τ/Tb叫占空比 。
双向码波形
优点：（1）最长连0、连1数为2。 （2）定时信息丰富（电平跳变点多） （3）编码电路简单 缺点：（1）码元速率比编码前提高了一倍。 应用：数据终端设备在中速短距离上的传输。如以太网
10 .密勒码（Miller） ： 1——用10或01表示； 0——用“00‖或11表示。 应用：用于气象卫星和磁记录，低速基带数传机中。
第6 章 数字信号的基带传输
4.1.2 数字基带信号功率谱
研究基带信号的频谱结构是十分必要的，通过谱分析，
我们可以了解信号需要占据的频带宽度， 有无直流分量， 有无定时分量等)。
所包含的频谱分量(
针对信号谱的特点来选择相匹配的信道。
数字基带信号是随机的脉冲序列，用功率谱来描述它的 频谱特性。但通常求解功率谱密度函数都是十分复杂的过程。
1. 单极性不归零码NRZ : 1——正电平、0——零电平。在一个码元的持续期间电 平值不归零（电平值保持不变），很多终端设备输出 的都是这种码。 优点：(1) 发送能量大，有利于提高接收端信噪比；
(2) 占用频带较窄；
缺点：(1) 有直流分量；
(2) 不能直接提取位同步信息；
(3)判决门限取在‘1’码电平的一半，不稳定使抗噪性能变坏。
(3) 码型变换设备简单可靠；
(4) 数字基带信号占据较小的带宽，以提高频带利用率。
数据通信原理第6章
码型的频域特性 抗噪声能力 提取位定时信息 简单二元码 1B2B码 AMI码 HDB3码 2B1Q码
2. 二元码
每个码元上传送一位二进制信息
3. 三元码
4. 多元码
每个码元上传送一位多进制信息
28
2.简单二元码的功率谱
花瓣形状：主瓣，旁瓣 主瓣带宽：信号的近似带宽-----谱零点带宽
数字信息--------------->码型---------->数字信息
5
数字基带信号的码型设计原则
⑴ 码型应不含有直流，且低频成分小，尽量减少高频分量以节约 频率资源减少串音；
(2)码型中应含有定时信息，便于提取定时信息；
(3)码型变换设备要简单； (4)编码应具有一定的检错能力； (5)编码方案应对信息类型没有任何限制； (6)低误码率繁殖；
H ( ) GT ( )C( )GR ( )
假定输入基带信号的基本脉冲为单位冲击δ(t)，这样发送 滤波器的输入信号可以表示为
d (t )
k
a (t kT )
k b
图 6 – 6 基带传输系统简化图
38
其中ak 是第k个码元，对于二进制数字信号，ak 的取值为0、 1(单极性信号)或-1、+1(双极性信号)。
(7) 高的编码效率；
6
7
8
1.单极性非归零（NRZ）码 单极性：1---高电平；0---0电平，码元持续期间电平不变 非归零：NRZ (nor-return to zero) 有直流且有固定0电平，多用于终端设备或近距离传输 （线路板内或线路板间）；
特点：发送能量大，有利于提高收端信噪比；信道上占 用频带窄；有直流分量，导致信号失真；不能直接提取 位同步信息；判决门限不能稳定在最佳电平上，抗噪声 性能差；需一端接地。
通信原理(第六章 数字基带传输系统)图片公式
七、什么是眼图？眼图模型、说明什么问题？
八、时域均衡：基本原理、解决什么问题？如何衡量均 衡效果？
一、数字基带系统和频带系统结构
一、数字基带信号(电波形)及其频谱特性(1)
二元码：幅度取值只有两种“1”、“0”或“1”、 “-1”
单极性非归零码：用高低电平分别表示“1”和“0”， 如图6-1(a) 。一般用于近距离之间的信号传输 双极性非归零码：用正负电平分别表示“1”和“0”， 如图6-1(b)。应用广泛，适应于在有线和电缆信道中 传输。 单极性归零码：有电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉 冲都回到零电位。如图6-1(c)。利于减小码元间波形 的干扰和同步时钟提取。但码元能量小，匹配接收时 输出信噪比低些
二、基带传输码的常用码型（4）
HDB3特点：保持AMI码的优点，三元码，无直流分量，主 要功率集中在码速率fb的1/2出附近（如图）。 位定时频率分量为零，通过极性交替规律得到检错能力。 增加了使连0串减少到 至多3个的优点，而不管 信息源的统计特性如何。
对于定时信号的恢复 是十分有利的。广泛应 用于基带传输与接口码。
Pv (w) = 2p å
¥ m =-
Cn d (w - mws )
2
Pv ( f ) = å
2
Cn d ( f - mf s )
2
故稳态波的双边功率谱密度
Pv ( f ) = å
¥ m =-
f s [ PG1 (mf s ) + (1 - P)G2 (mf s )] ? d ( f
mf s )..(6.1 - 14)
代入(6.1-26)得单极性非归零波形的双边功率谱密度
Ps (w) = Ts 2 1 Sa (p fTs ) + d ( f )..(6.1 - 30) 4 4
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。
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。
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。
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。
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。
1.数字基带信号与AMI,HDB3编译码-通信原理实验报告
计算机与信息工程学院验证性实验报告一、实验目的1、掌握单极性码、双极性码、归零码、非归零码等基带信号波形特点。
2、掌握AMI、HDB3码的编码规则。
3、掌握从HDB3码信号中提取位同步信号的方法。
4、掌握集中插入帧同步码同步时分复用信号的帧结构特点。
二、实验原理及方法本实验使用数字信源模块和AMI/HDB3编译码模块。
1、数字信源模块本模块有以下信号测试点及输出点：• CLK 晶振信号测试点• BS-OUT 信源位定时信号测试点/输出点• FS 信源帧定时信号测试点• NRZ-OUT(AK) NRZ信号(绝对码AK) 测试点/输出点•晶振CRY：晶体；U1：反相器7404•并行码产生器K1、K2、K3：8位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数据1、数据2相对应；发光二极管：左起分别与一帧中的24位代码相对应•八选一U5、U6、U7：8位数据选择器4512而分频器、三选一、倒相器、抽样等单元由一片CPLD（Altera公司的EPM7 064芯片或其全兼容芯片－ATMEL公司的ATF1504AS）完成。
2. AMI/HDB3编译码模块本模块的原理框图如图1.6所示，电原理图如图1.7所示，图中NRZ-IN接信源模块的输出信号NRZ-OUT，BS-IN接信源模块的输出位定时信号BS-OUT，它们已在印刷电路板上连通。
模块内部使用+5V和-5V电压，其中-5V电压由-12V 电源经三端稳压器7905变换得到。
本模块有以下信号测试点：• NRZ 译码器输出信号测试点• BS-R 锁相环输出的位同步信号测试点• AMI-HDB3 编码器输出信号测试点• BPF 带通滤波器输出信号测试点• DET 整流器输出信号测试点三、实验内容及步骤1、熟悉数字信源模块和AMI/HDB3编译码模块的工作原理，接好电源线，打开实验设备电源开关。
2、用示波器观察数字信源模块上的各种信号波形。
将示波器置于外同步触发状态，用信源模块的FS信号作为示波器的外同步触发信号。
基带传输之码型编码
基带传输之码型编码常见的传输码型有NRZ码、RZ码、AMI码、HDB3码及CMI码，其中最适合基带传输的码型是HDB3码。
另外，AMI码也是CCITT建议采用的基带传输码型，但其缺点是当长连0过多时对定时信号提取不利。
CMI码一般作为四次群的接口码型。
1、什么是基带传输？基带传输指的是基带信号的传输。
先看看什么是基带信号？数字通信系统所传输的原始数字信号，如计算机输出的数字码流，各种文字、图像的二进制代码，由数字电话终端送出的PCM脉冲编码信号等。
这些信号具有较低的频谱分量，所占据的频谱通常是从直流式低频段开始的，其带宽是有限的，所以称为数字基带信号。
下面讲讲基带传输；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，如直接在有线市话电缆中传输，利用中继方式也可以实现长距离的直接传输。
实际上，基带传输不如频带传输那样广泛，但是在基带传输中要讨论的问题在频带传输中也必须考虑，因此掌握好基带传输原理很有必要。
2、基带传输讨论的问题？主要涉及两个问题，一个是码型问题，另一个是无失真传输条件。
3、引入码型编码；如何确定二进制码组的位数，采用怎样的码型非常重要二进制码组的位数决定了它能表示的状态的多少；而确定应该采用怎样的码型，即采用怎样的电脉冲形式来表述这些二进制码组。
下面专门讨论这个问题：对于码型问题，通常会自然而然的认为，“1”就用高电平，“0”就用低电平或零表示。
但实际上没那么简单。
通常由信源编码输出的数字信号多为经自然编码的电脉冲序列，正如人们通常认为的，高电平表示1，低电平表示0，此信号虽然是名副其实的数字信号，却不适合在信道中传输。
数字通信系统一般并不采用这样的数字信号进行基带传输，因此就需要通过码型编码或码型变换将数字信号用合适的电脉冲表示。
1）、为什么信源编码输出的数字信号不适合基带传输？这种数字基带信号常常包含直流分量或低频分量，因此对于低频受限的信道，信号可能传不过去，比如说有线信道的低频特性就很差，很难传输零频率附近的分量，并且经过自然编码后，有可能出现连“0”或连“1”数据，这是的数字信号会出现长时间不变的低电平或高电平，以致接收端在确定各个码元的位置时会遇到困难。
数字基带信号
数字信号基带传输
3. 双极性不归零信号 双极性是指用正、负两个极性来表示数据信号的“1”或“0”；在“1”和
“0”等概率出现的情况下双极性序列中不含有直流分量，对传输信道的直 流特性没有要求；如图4.1(c)所示。 4. 双极性归零信号
“1”码和“0”码在一个码元周期Tb内，高电位只维持一段时间就返回零 位；如图4.1(d)所示。这种波形的每一个码元最后都要回到零电位。由于 正负极性均归零，所以包含有比单极性归零波形更多的同步信息，无论是 连续的1还是连续的0，均可以方便地在接收端识别出来。 5. 伪三元信号
AMI码对应的基带信号是正负极性交替的脉冲序列，而0电位持不变的规律。 AMI码的优点是，由于+1与-1 交替， AMI码的功率谱中不含直流成分，高、低频 分量少，能量集中在频率为1/2码速处。此外，AMI码的编译码电路简单，便于利 用传号极性交替规律观察误码情况。鉴于这些优点，AMI码是CCITT建议采用的 传输码性之一。
AMI码的不足是，当原信码出现连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成 提取定时信号的困难。解决连“0”码问题的有效方法之一是采用HDB3码。
2. HDB3码 HDB3码的全称是3阶高密度双极性码，它是AMI码的一种改进型， 其目的是为
了保持AMI码的优点而克服其缺点， 使连“0”个数不超过3个。其编码规则如下：
数字信号基带传输
图4.1 常用数字序列电信号形式
数字信号基带传输
1.2 数字基带信号的常用码型
在实际的基带传输系统中，并不是所有代码的电波形都能在信道中传输。 例如，前面介绍的含有直流分量和较丰富低频分量的单极性基带波形就不适 宜在低频传输特性差的信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。又如， 当消息代码中包含长串的连续“1”或“0”符号时，非归零波形呈现出连续的固 定电平，因而无法获取定时信息。单极性归零码在传送连“0”时，存在同样 的问题。因此，对传输用的基带信号主要有下面几个方面的要求： (1) 线路传输码型的频谱应不含直流分量； (2)便于从线路内传输码型中提取定时信息； (3)线路传输码型具有一定的检错能力； (4)尽量减少基带信号频谱中的高频分量，以节省传输频带并减少串扰； (5)编码效率高。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
1 011
100+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。
1 011
100+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。
1 011
100+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。
1 011
100+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。
波形如图1-5所示。
1 011
100+E
-E
+E
-E
图1-5 差分波形
1.2.6 多电平波形
上述波形的电平取值只有两种，即一个二进制码对应一个脉冲，为了提高频带利用率，可以采用多电平波形或多值波形。
其编码规则是，用多个二进制码表示一个脉冲。
在波特率相同（传输带宽相同）的条件下，比特率提高了，因此多电平波形在频带受限的告诉数据传输系统中得到了广泛的应用。
表示信息码元的单个脉冲的波形并非一定是矩形的，根据实际情况，还可以是高斯脉冲、升余弦脉冲等其他形式。
1.3 基带传输的常用码型
1.3.1 AMI 码
AMI(Alternative Mark Inversion)码的全称是传号交替反转码，其编码规则是 ● 三元码，“1”交替地变换为“+1”和“-1”，“0”保持不变
● 采用归零码，脉冲宽度为码元宽度之半
● “0”，“1”不等概时也无直流；零频附近的低频分量小；频率集中在1/2
码速处；编解码电路简单，且可以利用传号极性交替这一规律观察五码情
况；整流成归零码之后，从中可以提取定时分量。
● 连0码多时，AMI 整流后的RZ 码连0也多，不利于提取高质量的位同步
信号
AMI 码的波形图如图1-6所示： 1 011100000000111
+1-1000000000+1+1+1-1-1二进制码
二进制波形AMI 波形
AMI 码
图1-6 AMI 码波形
1.3.2 HDB 3码
HDB 3(3nd Order High Density Bipolar)码的全称是三阶高密度双极性码，是AMI 码的一种改进，保持了AMI 码的优点，使“0”连续不超过3个。
其编码规则为：
● “1”交替地变换为＋1与－1的半占空归零码，但连“0”数小于或者等
于3。
● 当连“0”数等于4时，用取代节“000V ”或者“B00V ”代替，“V ”的极
性与前一个非零符号的极性相同(这破坏了极性交替的规则，所以V 又称
为破坏脉冲)；并要求相邻的“V ”也满足极性必须交替。
V 的取值为+1
或-1.
● B 的取值可以是0、+1、-1，以使V 同时满足(3)中的要求。
HDB3码波形如下： 1 011100000000111
+1-10000+V -B 00-V +1-1
+1-1+1二进制码
二进制波形HDB3码波形
HDB3码
图1-7 HDB 3码波形
1.3.3 双相码
双向码又称为曼彻斯特(Manchester)码，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”，其编码规则：
● “1”用“10”表示，“0”用“01”表示，
● 是一种双极性不归零波形，只有极性相反的两个电平；
● 每个码元中心都有电平跳变，含有丰富的定时信息，且没有直流分量，编
码过程也简单；
● 缺点是占用带宽加宽，使频率利用率降低。
双相码波形如下： 1 01110000011
二进制码
二进制波形双相码波形
双相码1001100110101010
01010101 图1-8 双相码波形
1.3.4 差分双相码
为了解决双相码因极性反转而引起的译码错误，采用差分码的概念，每个码中间的电平跳变用于同步，而每个码元的开始出是否存在额外的跳变用来确定信码，有跳变则表示二进制“1”、无跳变则表示“0”，即跳变与上个码元不同则为“1”，相同则为“0”。
差分双相码的波形如下。
1 01110000011
二进制码
二进制波形差分双相码波形
差分双相码1010011010011001
10010101
图1-9 差分双相码波形
1.3.5 密勒码
密勒(Miller)码又称延迟调制码，是双相码的一种变形，编码规则如下：
● ‘1’：10或01表示；连‘1’交替使用这两种方式
● ‘0’：00或11表示；连‘0’交替使用这两种方式
● ‘10’或‘01’的交界处保持电平不发生跃变
● 双相码的下降沿对应延迟调制码的跃变沿
密勒码的波形图如下：
1 01110000011二进制码
双相码波形双相码
1001100110101010
01010101
密勒码波形
图1-10 密勒码波形
1.3.6 CMI 码
CMI(Coded Mark Inversion)码是传号反转码的简称，与双相码类似，也是一种双极性二电平码。
编码规则：
● ‘1’交替用11和00来表示，‘0’固定用01来表示；
● 易于实现，有较多的电平跃变，含有丰富的定时信息；
● 10为禁用码组，不会出现三个以上的连码，具有检错能力
CMI 码的波形如下：
1 01110000011
二进制码
二进制波形CMI 码波形
CMI 码1101110001011101010111
00
图1-11 CMI 码波形
1.3.7 块编码
为了提高线路编码性能，需要某种冗余来确保码型的同步和检错能力。
引入快编码可以在某种程度上达到这两个目的。
块编码的形式有nBmB 、nBmT 码等。
nBmB 码的编码规则：
● 把原信息码流的n 位二进制码作为一组，变换为m 位二进制码作为新的
码组。
● 1B2B 码：双相码、延迟调制码、CMI 码。