数字基带信号的传输码型
基带传输的常用码型
5
X
AMI 码的功率谱
归一化功率谱 非归零码
1.0
0.5
HD B3 AMI
0
0.5
AMI 码和HDB3码的功率谱
1.0 f / fs
6
X
AMI码的优缺点
优点 没有直流成分，高、低频分量少，能量集中在1/2码速率处； 编译码电路简单，可利用传号极性交替这一规律观察误码情况； 如果它是AMI-RZ波形，接收后只要全波整流，就可变为单极性RZ波形，从中
首先，将信息码变换成AMI码； 然后，检查AMI码中连“0”的情况：
当没有发现4个以上（包括4个）连“0”时，则不作改变，AMI码就是HDB3码； 当发现4个以上或4个以上连“0”串时，就将第4个“0”变成与前一非“0”码元
（ “-1”或 “+1”）同极性的码元； 将这个码元称为“破坏码元”，并用符号“V”表示，即用“+V”表示“+1”，即用
为满足传输数字基带信号的要求，主要从两个方面来考虑： 码型:对代码的要求--码型变换，变换成适合的传输码；--本节内容 波形:对所选码型的电波形要求--波形变换。--上节内容
2
X
传输码的码型选择原则 （1）不含直流，且低频分量和高频分量尽量少； （2）含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取位定时信号； （3）功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带，码型的传输效率应尽可能地高； （4）不受信源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化； （5）码型结构含有内在的检错能力； （6）编译码简单，以降低通信延时和成本等。
×
0+100 -1 000-V +1 000+V –1+1 -B00-V +1…
√
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 )
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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 )
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。
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。
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。
第五章数字信号的基带传输
第五章 数字信号的基带传输基带传输系统频带传输系统（调制传输系统）数字基带信号：没有经过调制的原始数字信号。
（如各种二进制码PCM 码，M ∆码等）数字调制信号：数字基带信号对载波进行调制形成的带通信号。
5.1、基带信号的码型一、数字基带信号的码型设计原则：1． 对传输频带低端受限的信道，线路传输的码型的频谱中应该不含有直流分量；2．信号的抗噪声能力强；3．便于从信号中提取位定时信息；4．尽量减少基带信号频谱中的高频分量，节省传输频带、减小串扰； 5．编译码设备应尽量简单。
二、数字基带信号的常用码型。
1、单极性不归零码NRZ （Non Return Zero ）脉冲宽度τ等于码元宽度T特点：（1）有直流，零频附近的低频分量一般信道难传输。
（2）收端判决门限与信号功率有关，不方便。
（3）要求传输线一端接地。
（4）不能用滤波法直接提取位定时信号。
2、双极性非归零码（BNRZ ）T =τ，有正负电平特点：不能用滤波直接提取位定时信号。
⎩⎨⎧数字通信系统3、单极性归零码（RZ）τ<T特点：（1）可用滤波法提取位同步信号（2）NRZ的缺点都存在4、双极性归零码（BRZ）特点：（1）整流后可用滤波提取位同步信号（2）NRZ的缺点都不存在5、差分码电平跳变表1，电平不变表0 称传号差分码电平跳变表0，电平不变表1 称空号差分码特点：反映相邻代码的码元变化。
6、传号交替反转码（AMI）τ）归零码表0用零电平表示，1交替地用+1和-1半占空（T5.0=示。
优点：（1）“0”、“1”不等概时也无直流（2）零频附近低频分量小（3）整流后即为RZ码。
缺点：连0码多时，AMI整流后的RZ码连零也多，不利于提取高质量的位同步信号（位同频道抖动大）应用：μ律一、二、三次群接口码型：AMI加随机化。
7、三阶高密度双极性码()3HDBHDB3码编码步骤如下。
①取代变换：将信码中4个连0码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻的V码中间有奇数个1码时用000V代替4个连0码，有偶数个1码时用B00V代替4个连0码。
第5章 数字信号的基带传输系统
HDB3码： －1000 －V ＋1000 ＋V －1 ＋1 －B00 －V ＋1 —1
虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码比较简单。从上述 原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非“0”符号同极性（包括
B符号在内），故从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，
从而断定V符号及其前面的3个符号必是连“0”符号，然后恢复4个
一、单极性不归0二进制脉冲序列的功率谱密度数字 基带信号单个波形的频谱：
（设“1”、“0”码等概率出现，码元宽度）。
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天津电子信息职业技术学院
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二、单极性归零二进制码序列的功率谱密度：
g1(t)
g2 (t )
A
Ts 2 Ts
2Ts 3Ts t
(a) 单极性归0二进制序列
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占空比指的是脉冲宽度τ与码元宽度Tb之比τ/Tb。单极性RZ码 的占空比为50％。
4．双极性归零（RZ）码 双极性归零码的构成原理与单极性归零码相同，如图5-1d）。 每一个码元被分成两个相等的间隔，“1”码是在前一个间隔为正 电平而后一个间隔回到零电平，而“0”码则是在前一个间隔内为 负电平而后一个间隔回到零电平。
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AMI码： ＋100 —1 ＋1000 －1 ＋1 －1 …
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基带数字信号的表示和传输
图1-1：基带传输模型图
1）信号形成器：产生适合于信道传输的基带信号波形。
2）信道：允许基带信号通过的媒介。
3）接收滤波器：用来接收信号，尽可能滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带信号有利于判决。
4）抽样判决器：在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对将接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。
5）定时脉冲和同步提取：用来抽样的位定时脉冲依靠同步提取电路从接收信号中提取，位定时的准确性将直接影响判决效果。
2.常见的数字基带传输码型
（1）AMI
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1-4 数字基带传输系统模型
图1-6 AMI 码波形
（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
（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
（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
（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
（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110111000101110101011100
图1-11 CMI 码波形
（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。