数字基带信号的码型

数字基带信号的码型 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。 (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。 数字基带信号的常用码型 双极性非归零（ NRZ ） 码 在此编码中，“1”和“0”分别对应正、负电平，有以下特点： （ 1 ）直流分量小。当二进制符 号 “1”、“0”等可能出现时，无直流成分； （ 2 ）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； （ 3 ）可以在电缆等无接地线上传输。（ 1 ）发送能量大，有利于提高接收端信噪比； （ 4 ）在信道上占用频带较窄； （ 5 ）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； （ 6）不能直接提取位同步信息（稍后将通过例题予以说明）； 差分码 在差分码中， “1”、“0”分别用电平跳变或不变来表示。若用电平跳变来表示“1”，称为传号差分码（在电报通信中，常把“1”称为传号，把“0”称为空号），如图4-1 （ e ） 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。 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 （ f ）所示。这种码型实际上把二进制脉冲序列变为三电平的符号序列（故叫伪三元序列），其优点如下： （ 1 ）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。 （ 2 ）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。 （ 3 ）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 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 。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： 　（ 1 ）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。 （ 2 ）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变化的规律，以便确保编好的码中没有直流成分； ② V 码必须与前一个码（信码 B ）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①中信码（含 B 及 ）极性交替变换的规律。 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。这对于定时信号的恢复是极为有利的。 HDB 3 是 CCITT 推荐使用的码型之一。 Manchester 码 Manchester（ 曼彻斯特 ）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 （ g ）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 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 （ h ）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（分相码和 CMl 码属于 lB2B 类）。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。