滕琳 数字基带传输系统的仿真.doc

山 东 工 商 学 院SHANDONG INSTITUTE OF BUSINESS AND TECHNOLOGY毕业论文(设计)GRADUATIONTHESIS（DESIGN）论文（设计）题目Title Of Thesis（Design） 数字基带传输系统的仿真 分院（系别）Department 计算机科学与技术学院 专业Speciality 通信工程 班级Class通信091论文（设计）作者Author of Thesis（Design）滕琳论文完成日期Date 2013年05月论文（设计）指导教师Advisor李源指导教师职称The Title of Advisor讲师 数字基带传输系统的仿真 Digital Baseband Transmission System Simulation滕琳Teng Lin2013年 5 月 12 日May 12th, 2013指导教师对毕业论文（设计）的评语 Advisors Comments on Graduation Thesis (Design)评语： 指导教师（签章）Signature of Advisor 日期 Date 评阅人意见评阅人姓名：职称：选项标准： A很同意 B同意 C基本同意 D不同意分项评价评价项目ABCD选题质量1选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求2题目难易适度3题目工作量适当4有理论意义或实际价值能力水平5查阅文献资料能力强6综合运用知识能力强7研究方案的设计能力强8研究方法和手段的运用能力强9外文应用能力强成果质量10文题相符11写作水平高12写作规范13篇幅适度14成果有理论或实际价值总体评价： 优 良 中 及格 不及格 评阅人评语 评阅人签字： 年 月 日答辩（评审）委员会意见 Appraisal of Defence Commission答辩（评审）成绩Mark of Defence鉴定意见Appraisal & Comments 主任（签章） Signature of Dean 日期Date数字基带传输系统的仿真摘要 伴随着现代计算机科学技术快速发展，新一代的可视化的仿真软件也随着产生。这些功能强大的仿真软件，使得通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷，由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的发展。通信系统仿真具有广泛的适应性和极好的灵活性，有助于我们更好地研究通信系统性能。本文主要研究通信系统中的关键技术数字基带传输，主要包括基带系统的组成、传输的方式及无码间串扰条件的特性研究。还着重的研究基于Matlab语言的数字基带传输特性，通过Matlab设计并仿真基带系统，在比较实测系统与理论研究的基础上加深了对基带传输特性的理解。以便基带传输理论和仿真在实际中得到更广泛的应用。理论知识是用来指导具体实践的。本文在深刻理解通信系统理论的基础上利用Matlab强大的仿真功能，设计了通信系统仿真模型。关键字 MATLAB 基带传输码型 眼图 滚降 误码率 码间串扰 数字基带传输系统 Digital Baseband Transmission System SimulationAbstract With the development of computer, the successful research and development of new generation visual simulation software were burned. The simulation software is powerful which makes the process of design and analysis of communications system simulation more intuitional and convenient. Today, the communications system simulation is rapid developing. Communications system simulation has comprehensive adaptability and wonderful agility, which is helpful for us to research the function of communications system well.The text introduces mostly about key technology of correspondence system which is numeric base band transmission. It includes structure of the correspondence system and it does transmit manner and the condition of without Inter-code interference. In following, the text emphasizes studies numeric base band transmission base-on matlab language and we use it to design and imitate base band system. We compare true-test system with theoretic system, so we get more understanding in the field of base band transmission.Theory of knowledge is used to guide the practice. In this paper,we design the communication system simulation model,using the powerful Matlab simulation based on a deep understanding of the communication system theory.Keywords MATLAB baseband transmission code eye pattern roll-off error rate intersymbol interference digital baseband transmission system目录前 言1第一章 数字基带传输系统21.1 绪论21.2 基带传输系统组成21.2.1 数字基带信号31.2.2 数字基带信号的频谱特性4第二章 MATLAB仿真的介绍72.1 MATLAB简介72.1.1 MATLAB系统组成72.1.2 MATLAB的功能介绍72.1.3 MATLAB的特点82.2 SIMULINK简介92.2.1 SIMULINK的启用102.2.2 SIMULINK的特点102.2.3 建模与仿真11第三章 基带传输码型及仿真123.1 数字基带信号123.1.1 传输码的码型选择123.2 数字基带信号的几种简单的码型133.2.1 几种二电平码型133.2.2 常用的三电平码型16第四章 数字基带传输系统的性能194.1 数字基带传输系统组成194.1.1 奈奎斯特第一准则204.1.2 余弦滚降特性214.2 眼图244.3 基带系统性能改善254.3.1 时域均衡254.3.2 部分响应264.4 基于simulink的数字基带传输系统的仿真28结 论35致 谢 语36参考文献37附录38前 言通信系统一般由信息源、发送设备、信道、接收设备和受信者五部分组成。按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应的把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。数字通信具有许多优良的特性，但其主要缺点就是设备复杂并且需要较大的传输带宽。近年来随着大规模集成电路的出现，数字系统的设备复杂和技术难度大大降低，同时高效的数据压缩技术以及光纤等大容量传输介质的应用正逐步使带宽问题得到解决。因此数字传输方式日益受到欢迎。随着数字技术的飞速发展与数字器件的广泛使用,数字信号处理在通信系统中的应用已经越来越重要。数字信号的传输方式按其在传输中对应的信号的不同可分为数字基带传输系统和数字带通传输系统。不使用调制和解调而直接传输数字基带信号的系统称为数字基带传输系统。虽然在实际使用的数字通信系统中基带传输不如带通传输那样广泛，但是，对于基带传输系统的研究仍然是十分有意义的。主要有以下原因:1）在利用对称电缆构成的近程的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，基带传输这种方式也有迅速发展的趋势。目前,它不仅用于低速数据传输,而且还用于高速数据传输。3) 在带通传输制式里同样存在基带传输的问题(如码间干扰等)。也就是说，基带传输系统的许多问题是带通传输传输系统必须考虑的问题，即基带传输是带通传输的基础。4)理论上也可以证明，任何一个采用线性调制的带通传输系统，总是可以由一个等效的基带传输系统所替代。第一章 数字基带传输系统1.1 绪论在数字传输系统中，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，也可能是来自数字电话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fm ，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。一种不搬移基带信号频谱的传输方式。未对载波调制的待传信号称为基带信号，它所占的频带称为基带，基带的高限频率与低限频率之比通常远大于1。由信号源产生或形成的数字信号都有一个共同特点，就是它的频谱都是从零频或零频附近开始一直扩展到很宽，这种信号称为数字基带信号。在某些场合的通信中，基带信号不需要调制就可以直接在某些信道中传输，这种直接传输基带信号的系统就称为基带传输系统。1.2 基带传输系统组成模拟信号经过信源编码得到的信号为数字基带信号，将这种信号经过码型变换，不经过调制，直接送到信道传输，称为数字信号的基带传输。基带传输系统的组成框图如图1-1所示。它主要由码波形变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器和取样判决器等5个功能电路组成。 干扰 抽样判决码波形变换器发送滤波器信道接收滤波器均衡器取样判决 图1-1 基带传输系统模型基带传输系统的输入信号是由终端设备编码器产生的脉冲序列，为了使这种脉冲序列适合于信道的传输，一般要经过码型变换器，码型变换器把二进制脉冲序列变为双极性码（AMI码或HDB3码），有时还要进行波形变换，使信号在基带传输系统内减小码间干扰。当信号经过信道时，由于信道特性不理想及噪声的干扰，使信号受到干扰而变形。在接收端为了减小噪声的影响，首先使信号进入接收滤波器，然后再经过均衡器，校正由于信道特性（包括接收滤波器在内）不理想而产生的波形失真或码间串扰。最后在取样定时脉冲到来时，进行判决以恢复基带数字码脉冲。码形变换器：基带传输系统的输入是由终端设备或编码器产生的脉冲序列，它往往不适合直接送到信道中传输。信道信号形成器的作用就是把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换实现的，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。信道：是允许基带信号通过的媒质。信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，恒参信道如（明线、同轴电缆、对称电缆、光纤通道、无线电视距中继、卫星中继信道）对信号传输的影响主要是线形畸变；随参信道如（短波电离层反射、对流层散射信道等）对信号传输的影响主要有频率弥散现象（多径传播）、频率的选择性衰落。信道的线性噪声和加性噪声的影响。接收滤波器：它的主要作用的滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。抽样判决器：它是在传输特性不理想及噪声背景下，在由位定时脉冲控制的特殊点对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。1.2.1 数字基带信号通信的根本任务是远距离传输信息，准确地传输数字信息是数字通信中的一个重要环节。在数字传输系统中，其传输对象通常是二进制数字信息。它可能是来自计算机、网络或其他数字设备的各种数字代码，也可能来自数字电话终端的脉冲编码信号。数字基带信号是数字信息的电波形表示，它可以用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。数字基带信号（以下简称基带信号）的类型有很多，以矩形脉冲为例，可分为单极性波形，双极性波形，单极性归零波形，双极性归零波形，差分波形，多电平波形。1.2.2 数字基带信号的频谱特性从传输的角度研究基带信号的频谱结构是十分必要的。通过频谱分析，我们可以确定信号需要占据的频带宽度，还可以获得信号频谱中的直流分量、位定时分量、主瓣宽度和谱滚降衰减速度的信息。这样我们可以针对信号谱的特点来选择相匹配的信道，或者说根据信道的传输特性来选择适合的信号形式或码型。由于数字基带信号是一个随机脉冲序列，没有确定的频谱函数，所以只能用功率谱来描述它的频谱特性。设一个二进制随机脉冲序列如图1-2所示。这里g1（t）和g2（t）分别代表符号的0和1，Ts为每一个码元宽度。应当说明的是，图中虽然把g1（t）和g2（t）都画成了三角形（高度不同），但实际上g1（t）和g2（t）可以是任意的脉冲。Ts图1-2 任一随机脉冲序列示意波形现在假设序列中任一码元序列时间Ts内g1（t）和g2（t）出现的概率分别为P，1P,且认为它们的出现是互不依赖的（统计独立），则该序列s(t)可写成： 其中 （1-1）随机基带序列的功率谱密度由于，故当T时，将变成于是，的功率密度谱Ps（w）最后表示为 （1-2）式1-2是双边的功率谱密度表示式。如果写成单边的，则有 (1-3) 其中、分别为g1（t）、g2（t）的傅立叶变换,从公式1-3可以得出如下结论：（1）随机脉冲序列功率谱包括两部分：连续谱和离散。（2）当g1（t）和g2（t）、p、Ts给定后，随机脉冲序列功率谱就确定了。（3）根据连续谱可以确定随机序列的宽度；根据离散谱可以确定随机序列是否包含直流成分（m=0）及定时信号(m=1)。连续谱总存在，而离散谱视情况而定。对于单极性波形：若假设g1（t）=0,g2（t）=g(t) , 随机脉冲序列的功率谱密度（双边）为 (1-4)式中，是的频谱函数。 当，且为矩形脉冲，即(1-5)则将变成 （1-6） 可知有连续谱和直流分量。对于双极性波形：若假设g1（t）=g2（t）=g(t)，则有 （1-7） 同理，当，且为矩形脉冲，式（1-7）将变成 （1-8） 可知只有连续谱分量。由以上分析可以看出，随机脉冲序列的功率谱密度可能包括两个部分：连续谱和离散谱。对于连续谱而言，代表数字信息的g1（t）和g2（t）不能完全相同，故，因而总是存在的；对于离散谱来说，在一般情况下，它也总是存在的。但我们容易观察到，若g1（t）和g2（t）是双极性的脉冲，且波形出现概率相同，则式（1-3）中的第二、第三项为零，故此时没有离散谱。分析数字信号的脉冲序列码的功率谱可以知道信号功率的分布，根据主要功率集中在哪个频段，可以确定信号带宽，进而考虑信道带宽和传输网络（滤波器、均衡器）的传输特性。同时利用它的离散谱是否存在这个特点，可以明确能否从脉冲序列中直接提取所需的离散分量和采取怎样的方法可以从序列中获得所需的离散分量，以便在接收端用这些成分作位同步定时等。脉冲序列码主要研究NRZ码、RZ码、AMI码。分析噪声的功率谱密度可以知道噪声对系统的影响，并且可以人为的仿真噪声。 第二章 MATLAB仿真的介绍2.1 MATLAB简介Matlab是当今最优秀的科技应用软件之一，它以强大的科学计算与可视化功能、简单易用、开放式可扩展环境，特别是所附带的30多种面向不同领域的工具箱支持，使得它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。2.1.1 MATLAB系统组成Matlab是整个系统的基础，它提供完整的操作环境和核心计算函数，完成各种数学算法、数据分析、图形显示和程序编辑调试等功能。集成开发环境，包括操作桌面、命令窗、历史命令窗、编辑调试器、帮助浏览器、工作空间浏览器、当前路径浏览器、搜索路径浏览器等工具，方便用户使用和管理Matlab的函数和文件。数学函数库，它是Matlab语言的基础，也是各种工具箱 应用的基础，这些数学函数采用国际上公认的最先进的可靠算法，经过专家优化后以简单易用的形式呈现出来。Matlab语言，其使用方便灵活，它不仅具有条件控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等一般程序语言特性，而且更有利于矩阵和数组的操作和运算。句柄图形系统，是Matlab图形显示和数据可视化功能的基础，也是用户创建GUI应用程序的基础。应用程序接口库（API）和MATLAB编译器。借助API接口函数，一方面能够在C/C+或Fortran中直接调用MATLAB函数，或读写MATLAB的MAT文件，或把整个Matlab当作计算引擎来用；另一方面可以在MATLAB环境中直接重用C/C+，Fortran，Java等代码。而编译器不但可以把纯M文件（Matlab语言的源代码）编译成独立应用程序可以脱离Matlab环境而独立运行。2.1.2 MATLAB的功能介绍1. Matlab的界面窗口Matlab启动时，包含四个界面窗口：(1) 命令窗口，是Matlab的主窗口，默认位于Matlab桌面的右侧，用于命令并显示运行结果。(2) 历史命令窗口，位于Matlab桌面的左下侧，默认为前台显示。历史命令窗口可以保存用户输入过的所有历史命令，为用户下一次使用同一命令提供方便。(3) 是当前目录浏览器，位于Matlab桌面的左上侧，默认为前台显示。该窗口显示当前目录及其所有文件。(4) 工作空间窗，位于Matlab桌面的左上侧，默认为后台显示。可以通过点击左上方的Workplace按钮使它在前台显示。2Matlab的帮助系统Matlab提供了强大而完善的帮助系统，包括命令行帮助、联机帮助和演示帮助。要学会Matlab必须充分利用其帮助系统，尤其是命令行帮助功能。命令行帮助可以通过help命令获得。其命令格式是：help或help目录名/命令名/函数名/主题名/符号3Matlab的搜索路径Matlab利用自身的搜索路径来寻找M文件函数，如果要执行的文件不在搜索路径中，就无法执行。利用Matlab主界面File菜单中的“Set Path”项可以将需要的目录/文件夹添加到Matlab搜索路径中。4Matlab的运行方式Matlab有两种运行方式，即命令运行方式和M文件运行方式。当用户实现一些简单的功能，如简单的计算与画图时，因为输入的语句不多，可以采用命令方式。即在命令窗口中一行的输入命令，并能方便的修改。但如果事先较复杂的功能，或是一次要执行大量的Matlab指令，且需要经常修改其中的参数或多次调用，就需要采用M文件方式来运行。M文件使用Matlab语言编写的文件，其扩展名为.m，可以用Matlab的M文件编辑器生成。2.1.3 MATLAB的特点 1编程效率高 2用户使用方便 Mat1ab语言不仅是一种语言，广义上讲是一种该语言开发系统，即语言调试系统。 3扩充能力强 高版本的Matlab语言有丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用，而且Matlab的库函数同用户文件在形成上一样，所以用户文件也可作为Matlab的库函数来调用。因而，用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数，以便提高Matlab使用效率和扩充它的功能。4语句简单，内涵丰富 5高效方便的矩阵和数组运算 Matlab语言象Basic、Fortran和C语言一样规定了矩阵的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符，而且这些运算符大部分可以毫无改变地照搬到数组间的运算，有些如算术运算符只要增加"·"就可用于数组间的运算， 6方便的绘图功能 Matlab的绘图是十分方便的，它有一系列绘图函数（命令），例如线性坐标、对数坐标，半对数坐标及极坐标，均只需调用不同的绘图函数（命令），在图上标出图题、XY轴标注，格（栅）绘制也只需调用相应的命令，简单易行。2.2 SIMULINK简介Simulink是Matlab最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink是Matlab中的一种可视化仿真工具， 是一种基于Matlab的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 2.2.1 SIMULINK的启用启动Simulink十分容易，只需在Matlab的命令窗口键入“Simulink”命令，此时出现一个Simulink窗口，包含七个模型库，分别是信号源库、输出库、离散系统库、线性系统库、非线性系统库及扩展系统库。 1.信号源库 包括阶跃信号、正弦波、白噪声、时钟、常值、文件、信号发生器等各种信号源，其中信号发生器可产生正弦波、方波、锯齿波、随机信号等波形。 2.输出库 包括示波器仿真窗口、MATLAB工作区、文件等形式的输出。 3.离散系统库 包括五种标准模式：延迟，零-极点，滤波器，离散传递函数，离散状态空间。 4.线性系统库 提供七种标准模式：加法器、比例环节、积分环节、微分环节、传递函数、零-极点、状态空间。 5.非线性系统库 提供十三种常用标准模式：绝对值、乘法、函数、回环特性、死区特性、斜率、继电器特性、饱和特性、开关特性等。 6.系统连接库包括输入、输出、多路转换等模块，用于连接其他模块。 7.系统扩展库考虑到系统的复杂性，Simulink另提供十二种类型的扩展系统库，每一种又有多种模型供选择。2.2.2 SIMULINK的特点1. 丰富的可扩充的预定义模块库 2. 交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图 3. 以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理 4. 通过Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码 5. 提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成 6. 使用Embedded MATLAB 模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用Matlab算法 7. 使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型 8. 图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为 9. 可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据 10. 模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误2.2.3 建模与仿真 建模仿真的一般过程是：1. 打开一个空白的编辑窗口；2. 将模块库中模块复制到编辑窗口，并依照给定的框图修改编辑窗口中模块的参数；3. 将各个模块按给定的框图连接起来；4. 用菜单选择或命令窗口键入命令进行仿真分析，在仿真的同时，可以观察仿真结果，如果发现有不正确的地方，可以停止仿真，对参数进行修正；5. 如果对结果满意，可以将模型保存。第三章 基带传输码型及仿真3.1 数字基带信号在数字传输系统中，其传输对象通常是二进制数字信息。它可以直接来自计算机、网络或其他数字设备的各种数字代码，也可来自模拟信号经过抽样、量化、编码得到的代码。数字基带信号可以用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。其类型有很多，以矩形脉冲为例，可分为单极性波形，双极性波形，单极性归零波形，双极性归零波形，差分波形，多电平波形。3.1.1 传输码的码型选择 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。例如，含有丰富直流和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，因为这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，也存在同样的问题。因此，对传输用的基带信号主要有以下两个方面的要求。首先，对代码的要求：原始消息代码必须编成适合于传输的码型；其次，对所选码型的电波形要求：电波形应适合于基带系统的传输。前者属于传输码型的选择，后者是基带脉冲的选择。在选择传输码型时，一般应考虑一下原则：（1） 不含直流，且低频分量尽量少；（2） 有利于提高系统的频带利用率；（3） 应含有丰富的定时信息，以便于从接受码流中提取定时信号；（4） 功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带；（5） 不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；（6） 具有内在的检错能力，即码型应具有一定的规律性，以便利用这一规律性进行宏观监测；（7） 编译码简单，以降低通信延时和成本；3.2 数字基带信号的几种简单的码型3.2.1 几种二电平码型 1.单极性不归零码单极性不归零码，是一种最简单的基带信号码型。它用正电平和零电平分别对应二进制码“1”和“0”，电平在整个码元的时间里不变，记作码。单极性不归零码的优点是实现简单，但由于含有直流分量，对在带限信道中传输不利，另外，当出现连续的0或连续的1时，电平长时间保持一个值，不利于提取时间信息以便获得同步。当输入t=1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1;时，波形仿真如下： 图3-1 单极性不归零码2. 单极性归零码单极性归零码与单极性不归零码不同，当处于输入二元信息为1时，给出的码元前半时间为1，后半时间为0，输入0则完全相同。单极性归零码部分解决了传输问题，直流分量减小，但遇上连续长0时间，同样无法给出定时信息。波形仿真如下：图3-2 单极性归零码3. 双极性不归零码双极性不归零码与单极性不归零码类似，区别仅在于双极性使用电平-1来表示信息0。波形仿真如下：图3-3 双极性不归零码4. 双极性归零码双极性归零码比较特殊，它使用前半时间1、后半时间0来表示信息1；使用前半时间-1、后半时间0来表示信息0。因此它具有3个电平，严格来说是一种三电平码。双极性归零码包含了丰富的信息，每一个码元都有一个跳变沿，便于接收方定时。同时对随机信号，信息1和0出现概率相同，所以每种码元几乎没有直流分量。波形仿真如下：图3-4 双极性归零码5. 曼彻斯特码曼彻斯特码采用一个码元时间的中央时刻从0到1的跳变来表示信息1，从1到0的跳变来表示信息0。曼彻斯特码含有丰富的定时信息，每一个码元都有跳变沿，遇到连续的1或0时不会出现长时间保持同一电平的现象。波形仿真如下：图3-5 曼彻斯特码6. 差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码不仅与当前的信息元有关，并且与前一个信息元也有关。条件双相码也使用中央时刻的电平跳变来表示信息，与数字双相码不同在于对于信息1，则前半时间的电平与前一个码元的后半时刻电平相同，在中央处再跳变。对于信息0，则前半时间的电平与前一码元的后半时间相反。条件双相码的好处是当遇到传输中电平极性反转情况时，不会受到影响。波形仿真如下：图3-6 差分曼彻斯特码3.2.2 常用的三电平码型1.AMI码AMI码全程是传号交替反转码，其编码规则是将消息码的“1”（传号）交替地变为“+1”和“-1”，而“0”（空号）保持不变。AMI码主要有以下几个方面的优点：（1）没有直流成分，且高低频分量少，能量集中在频率为1/2码速处。编解码电路简单，且可利用传号极性交替这一规律观察误码情况；（2）如果它是AMI-RZ波形，接受后只要全波整流，就可变为单极性RZ波形，从中可以提取位定时分量；但是AMI码也是有缺点的，其中最主要的就是当原信码出现长连“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。为了加深对AMI码的认识，编写程序对AMI码进行了仿真仿真如下图3-7 AMI码2.HDB3码HDB3码的全称是三阶高密度双机型码。它是AMI码的一种改进型。从上面的内容可以看出AMI的最大缺点是当原信码出现长连“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。而HDB3码就解决了这个缺点。HDB3码中V表示违反极性交替规则的传号脉冲，B表示符合极性交替规则的传号脉冲。其具体编码规则是：1) 检查消息码中“0”的个数。当连“0”的个数小于等于3时，HDB3码于AMI码一样，+1与-1交替；2) 当连“0”的数目超过3时，将每4个连“0”化作一小节，定义为BOOV，称为破坏节，其中V称为破坏脉冲，而B称为调节脉冲；3) V与前一个相邻的非“0”脉冲的极性相同（这破坏了极性交替地规则，所以V称为破坏脉冲），并且要求相邻的V码之间极性必须交替，V的取值为+1或-1；4) B的取值可选0、+1、-1，以使V同时满足上述三个条件（起到调节作用，所以B称为调节脉冲）；5) V码后面的传号码极性也要交替；虽然HDB3码的编码比较复杂，但是它的解码比较简单，根据V脉冲的极性破坏规则，只要发现当前脉冲极性与上一个脉冲极性相同，就可判断当前脉冲为V脉冲，从而将V脉冲连同之前的三个传输时隙均置为0，就可以清除取代节，然后取绝对值即可恢复归零二进制序列。为了更好的了解HDB3码及其编码规则，编写程序并仿真仿真图如下，第一个图为AMI码型图，第二个为HDB3码型图，第三个为解码后输出的图。图3-8 HDB3码第四章 数字基带传输系统的性能4.1 数字基带传输系统组成发送滤波器