基带信号的码型.docx

《基带信号的码型.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基带信号的码型.docx（14页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、基带信号的码型基带信号在接收时是射频信号解调后解码前的接收信号；在发射时是音频编码后调制前的发射信号，即已编码但没有调制的信号。大家习惯上称之为I、Q信号。但实际上由于芯片技术的发展，基带信号有的是以数据流的形式在机板里传递的，如V70等。 .你这泰克示波器测得的不是基带信号，是跳变的直流电平，基带信号的频率是67KHz,在三星600手机中测的最为明显。再：数字示波器在手机中没有模拟的好用，特别在突变的信号观测上。4.1 数字基带信号的码型 4.1 数字基带信号的码型 本节知识要点：数字基带信号的码型设计原则 常用码型 数字基带信号功率谱4.1.1 数字基带信号的码型设计原则 所谓数字基带信号

2、，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：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；对

3、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)

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。(7)高的编码效率。(8)编译码设备应尽量简单。上述各项原则并不是任何基带传输码型均能完全满足，往往是依照实际要求满足其中若干项。数字基带信号的码型种类繁多，下面仅以矩形脉冲组成的基带信号为例， 介绍一些目前常用的基本码型。4.1.2 数字基带

5、信号的常用码型常用的数字基带传输码型有以下几种，它们的波形示于图 4-1 。1. 单极性非归零 码单极性 NRZ 码如图 4-1 所示。在表示一个码元时，二进制符号 “1”和“0” 分别对应基带信号的正电平和零电平，在整个码元持续时间，电平保持不变。单极性 NRZ 码具有如下特点：发送能量大，有利于提高接收端信噪比；在信道上占用频带较窄；有直流分量，将导致信号的失真与畸变；且由于直流分量的存在，无法使用一些交流耦合的线路和设备；不能直接提取位同步信息；抗噪性能差。接收单极性 NRZ 码的判决电平应 取 “1”码 电平的一半。由于信道衰减或特性随各种因素变化时，接收波形的振幅和宽度容易变化，因而

6、判决门限不能稳定在最佳电平，使抗噪性能变坏； 传输时需一端接地。由于单极性 NRZ 码的诸多缺点，基带数字信号传输中很少采用这种码型，它只适合极短距离传输。2. 双极性非归零 码在此编码中，“1”和“0”分 别对应正、负电平，如图 4-1 所示。其特点除与单极性 NRZ 码特点、相同外，还有以下特点：直流分量小。当二进制符 号 “1”、“0”等 可能出现时，无直流成分；接收端判决门限为 0 ，容易设置并且稳定，因此抗干扰能力强；可以在电缆等无接地线上传输。双极性 NRZ 码常在 CCITT 的 V 系列接口标准或 RS-232 接口标准中使用。 图 4-1 二进制数字基带信号码型 3. 单极性

7、归零 码归零码是指它的有电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电平，即还没有到一个码元终止时刻就回到零值的码型。单极性归零码如图 4-1 所示，在传 送 “l”码时发送1个宽度小于码元持续时间的归零脉冲；在传送“0”码时不发送脉冲。脉冲宽度与码元宽度 之比 叫占空比。单极性 RZ 码与单极性 NRZ 码比较，缺点是发送能量小、占用频带宽，主要优点是可以直接提取同步信号。此优点虽不意味着单极性归零码能广泛应用到信道上传输，但它却是其它码型提取同步信号需采用的一个过渡码型。即对于适合信道传输的，但不能直接提取同步信号的码型，可先变为单极性归零码，再提取同步信号。4. 双极性归零 码双极性归零码构

8、成原理与单极性归零码相同，如图 4-1 所示。 “ 1”和“0” 在传输线路上分别用正和负脉冲表示，且相邻脉冲间必有零电平区域存在。对于双极性归零码，在接收端根据接收波形归于零电平便可知道 1 比特信息已接收完毕，以便准备下一比特信息的接收。所以，在发送端不必按一定的周期发送信息。可以认为正负脉冲前沿起了启动信号的作用，后沿起了终止信号的作用。因此，可以经常保持正确的比特同步。即收发之间无需特别定时，且各符号独立地构成起止方式，此方式也叫自同步方式。双极性归零码具有双极性非归零码的抗干扰能力强及码中不含直流成分的优点，应用比较广泛。5. 差分码在差分码中， “1”、“0”分别用电平跳变或不变来

9、表示。若用电平跳变来表示“1”，称为传号差分码，如图4-1 所示。若用电平跳变来表示 “0”，称为空号差分码。由图可见，这种码型在 形式上与单极性或双极性码型相同，但它代表的信息符号与码元本身电位或极性无关，而仅与相邻码元的电位变化有关。差分码也称相对码，而相应地称前面的单极性或双极性码为绝对码。差分码的特点是，即使接收端收到的码元极性与发送端完全相反，也能正确地进行判决。6. AMI 码AMI 码的全称是传号交替反转码。此方式是单极性方式的变形，即把单极性方式中的 “0”码仍与零电平对应，而“1”码 对应发送极性交替的正、负电平，如图 4-1 所示。这种码型实际上把二进制脉冲序列变为三电平的

10、符号序列，其优点如下：在 “1”、“0”码 不等概率情况下，也无直流成分，且零频附近低频分量小。因此，对具有变压器或其它交流隅合的传输信道来说，不易受隔直特性的影响。若接收端收到的码元极性与发送端的完全相反，也能正确判决。便于观察误码情况。此外， AMI 码还有编译码电路简单等优点，是一种基本的线路码，得到广泛使用。不过， AMI 码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连 0 串，因而会造成提取定时信号的困难。7. HDB 3 码为了保持 AMI 码的优点而克服其缺点，人们提出了许多种类的改进 AMI 码，其中广泛为人们接受的解决办法是采用高密度双极性码 HDB n 。

11、三阶高密度双极性码 HDB 3 码就是高密度双极性码中最重要的一种。HDB 3 码的编码规则为：先把消息代码变成 AMI 码，然后检查AMI码的连“0”串情况，当无3个以上连“0”码时，则这时的 AMI 码就是 HDB 3 码。当出现 4 个或 4 个以上连 0 码时，则将每 4 个 连 “0”小段的第4个“0”变换成“非0”码 。这个由 “0”码改变来的“非0”码称为破 坏符号，用符号 V 表示，而原来的二进制码元序列中所有 的 “l”码 称为信码，用符号 B 表示。当信码序列中加入破坏符号以后，信码 B 与破坏符号 V 的正负必须满足如下两个条件： B 码和 V 码各自都应始终保持极性交替

12、变化的规律，以便确保编好的码中没有直流成分； V 码必须与前一个码同极性，以便和正常的 AMI 码区分开来。如果这个条件得不到满足，那么应该在四个 连 “0”码的第一个“0”码位 置上加一个与 V 码同极性的补信码，用符号 表示，并做调整，使 B 码和 码合起来保持条件中信码极性交替变换的规律。 例如： 代码： 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 AMI 码： 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 0 -1 0 +1 加 V ： 0 +1 0 0 0 V+ -1 +1 0 0 0 V- 0 -1 0 +1 加 B 并调整 B 及 极性： 0 +1 0

13、 0 0 V+ -1 +1 0 0 V- 0 +1 0 -1 HDB 3 ： 0 +1 0 0 0 +1 1 +1 -1 0 0 -1 0 +1 0 -1虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从上述原理可以看出，每一破坏符号总是与前一非0符号同极性。据此，从收到的符号序列中很容易找到破坏点V，于是断定V符号及其前面的3个符号必定 是连“0”符号，从而恢复4个连“0” 码，再将所有的 1 、 1 变 成 “1”后 便得到原信息代码。HDB 3 的特点是明显的，它除了保持 AMI 码的优点外，还增加了使 连 “0” 串减少至不多于 3 个的优点，而不管信息源的统计特性如何。这对于定时

14、信号的恢复是极为有利的。 HDB 3 是 CCITT 推荐使用的码型之一。8. Manchester 码Manchester码又称为数字双相码或分相码。它的特点是每个码元用两个连续极性相反的脉冲来表示。 如 “l”码用正、负脉冲表示，“0”码用负 、正脉冲表示，如图 4-1 所示。该码的优点是无直流分量， 最长连 “0”、连“l”数为2， 定时信息丰富，编译码电路简单。但其码元速率比输入的信码速率提高了一倍。分相码适用于数据终端设备在中速短距离上传输。如以太网采用分相码作为线路传输码。分相码当极性反转时会引起译码错误，为解决此问题，可以采用差分码的概念，将数字分相码中用绝对电平表示的波形改为用

15、电平相对变化来表示。这种码型称为条件分相码或差分曼彻斯特码。数据通信的令牌网即采用这种码型。9. CMI 码CMI 码是传号反转码的简称，其编码规则为： “1”码交替用“00”和“11”表示；“0”码用“01 ” 表示，图 4-1 给出其编码的例子。 CMI 码的优点是没有直流分量，且有频繁出现波形跳变，便于定时信息提取，具有误码监测能力。由于 CMI 码具有上述优点，再加上编、译码电路简单，容易实现，因此，在高次群脉冲编码调制终端设备中广泛用作接口码型，在速率低于 8448kb/s 的光纤数字传输系统中也被建议作为线路传输码型。除了图 4-1 给出的线路码外，近年来，高速光纤数字传输系统中还

16、应用到 5B6B 码，其是将每 5 位二元码输入信息编成 6 位二元码码组输出。这种码型输出虽比输入增加 20 的码速，但却换来了便于提取定时、低频分量小、同步迅速等优点。10. 多进制码上面介绍的是用得较多的二进制代码，实际上还常用到多进制代码，其波形特点是多个二进制符号对应一个脉冲码元。图 4-2 、分别画出了两种四进制代码波形。其中图 4-2 为单极性信号，只有正电平，分别用 3E 、 2E 、 E 、 0 对应两个二进制符号 00 、 01 、 10 、 11 ；而图 4-2 为双极性信号，具有正负电平单极性信号 双极性信号 图 4-2 四进制代码波形 ，分别用 +3E 、 +E 、

17、- E 、 - 3E 对应两个二进制符号 00 、 01 、 10 、 11 。由于这种码型的一个脉冲可以代表多个二进制符号，故在高数据速率传输系统中，采用这种信号形式是适宜的。多进制码的目的是在码元速率一定时可提高信息速率。实际上，组成基带信号的单个码元波形并非一定是矩形的。根据实际的需要，还可有多种多样的波形形式，比如升余弦脉冲、高斯形脉冲等。4.1.3 数字基带信号功率谱不同形式的数字基带信号具有不同的频谱结构，分析数字基带信号的频谱特性，以便合理地设计数字基带信号，使得消息代码变换为适合于给定信道传输特性的结构，是数字基带传输必须考虑的问题。在通信中，除特殊情况外，数字基带信号通常都是

18、随机脉冲序列。因为，如果在数字通信系统中所传输的数字序列是确知的，则消息就不携带任何信息，通信也就失去了意义。故我们面临的是一个随机序列的谱分析问题。考察一个二进制随机脉冲序列。 设脉冲 、 分别表示二进制码 “ 0 ”和“1”,为码元的间隔，在任一码元时间 内， 和 出现的概率分别为 和 ，则随机脉冲序列 可表示成 其中 研究由式、所确定的随机脉冲序列的功率谱密度，要用到概率论与随机过程的有关知识。可以证明，随机脉冲序列 的双边功率谱 为 其中 、 分别为 、 的傅氏变换， 。从式可以得出如下结论： 随机脉冲序列功率谱包括两部分：连续谱和离散谱。对于连续谱而言，由于代表数字信息的 及 不能完

19、全相同，故 ，因此，连续谱总是存在；而对于离散谱而言，则在一些情况下不存在，如 及 是 双极性的脉冲，且出现概率相同时。当 、 、 及 给定后，随机脉冲序列功率谱就确定了。式的结果是非常有意义的，它一方面能使我们了解随机脉冲序列频谱的特点，以及如何去具体地计算它的功率谱密度；另一方面根据它的离散谱是否存在这一特点，将使我们明确能否从脉冲序列中直接提取离散分量，以及采取怎样的方法可以从基带脉冲序列中获得所需的离散分量。这一点，在研究位同步、载波同步等问题时，将是十分重要的；再一方面，根据它的连续谱可以确定序列的带宽。的应用及意义做进一步的说明，其结果对后续问题的研究具有实用意义。例 4.1 求单

20、极性 NRZ 信号的功率谱，假定 。解 对于 单极性 NRZ 信号，有 ， 这里， 为图 4-3 所示的高度为 1 、宽度为 的 全占空矩形脉冲。 图 4-3 全占空矩形脉冲 图 4-4 单极性 NRZ 信号的功率谱 则代入式并考虑到 ，得单极性 NRZ 信号 的功率谱密度为单极性 NRZ 信号的功率谱如图 4-3 所示。可以看出 ： 单极性 NRZ 信号的功率谱 只有连续谱和直流分量。由离散谱仅含直流分量可知， 单极性 NRZ 信号的功率谱 不含可用于提取同步信息的 分量。由连续分量可方便求出 单极性 NRZ 信号的功率谱 的带宽近似为 时，上述结论依然成立。 例 4.2 求双极性 NRZ

21、信号的功率谱，假定 。解 对于 双极性 NRZ 信号，有这里， 也 为图 4-3 所示的高度为 1 、宽度为 的 全占空矩形脉冲。 则 代入式并考虑到 ，得双极性 NRZ 信号 的谱密度为双极性 NRZ 信号的功率谱如图 4-5 所示。可以看出 ： 双极性 NRZ 信号的功率谱 只有连续谱，不含任何离散分量。当然，也不含可用于提取同步信息的 分量。 双极性 NRZ 信号的功率谱 的带宽同于单极性 NRZ 信号，为 时， 双极性 NRZ 信号的功率谱 将含有直流分量，其特点与单极性 NRZ 信号的功率谱相似。例 4.3 求单极性 RZ 信号的功率谱，假定 。解 对于 单极性 RZ 信号，有， 这

22、里， 为图 4-6 所示的高度为 1 、宽度为 的 矩形脉冲 。 图 4-6 占空比为 的 矩形脉冲 图 4-7 单极性 RZ 信号的功率谱 则 代入式并考虑到 ，得单极性 RZ 信号 的功率谱密度为 单极性 RZ 信号的功率谱如图 4-7 所示。可以看出 ： 单极性 RZ 信号的功率谱 不但有连续谱，而且在 等处还存在离散谱。由离散谱可知， 单极性 RZ 信号的功率谱 含可用于提取同步信息的 分量。由连续谱可求出 单极性 RZ 信号的功率谱 的带宽近似为较之单极性 NRZ 信号变宽。 时，上述结论依然成立。例 4.4 求双极性 RZ 信号的功率谱，假定 。解 对于双 极性 RZ 信号，有 这

23、里， 也 为图 4-6 所示的高度为 1 、宽度为 的 矩形脉冲 。则 代入式并考虑到 ，得双极性 RZ 信号 的功率谱密度为 双极性 RZ 信号的功率谱如图 4-8 所示。可以看出 ： 双极性 RZ 信号的功率谱 只有连续谱，不含任何离散分量。当然，不含可用于提取同步信息的 分量。 双极性 RZ 信号的功率谱 的带宽同于单极性 RZ 信号，为 时， 双极性 RZ 信号的功率谱 将含有离散分量，其特点与 单极性 RZ 信号的功率谱 相似。通过上述讨论可知，分析随机脉冲序列的功率谱之后，就可知道信号功率的分布，根据主要功率集中在哪个频段，便可确定信号带宽，从而考虑信道带宽和传输网络的传输函数等等。同时利用它的离散谱是否存在这一特点，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做位同步定时等。