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。

1 011

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