基带传输编码-技术PPT

• 在极化编码各种变型中，只讨论三类最普遍的：
– 非归零制 NRZ
• 非归零电平编码NRZ-L • 非归零反相编码NRZ-I
– 归零制 RZ – 双相位制
• 曼彻斯特编码 用于以太(Ethernet)局域网中 • 差分曼彻斯特编码 用于令牌环(Token Ring)局域网中
极化编码
• 非归零编码 NRZ
模拟信号发送： 模拟数据（声音）
数字数据（二进制脉冲）
电话系统
调制解调器 MODEM
模拟信号 模拟信号
数字信号发送： 模拟数据
数字数据（二进制脉冲）
编码解码器 CODEC
数字 编码解码器
数字信号 数字信号
数字信号发送的优点是：价格便宜，对噪声不敏感； 缺点是：易受衰减，频率越高，衰减越厉害。
传输线路类型
方式C由于采用了对地平衡式结构，使得外界干扰同时附加于两 线上, 而两线间的电压差值不变，从而使线路噪声大为下降。 （？差分信号的抗干扰原理）
数据编码技术
数据编码技术 研究数据在信号传输过程中如何进行编码（变换）
• 信源的信息在进入信道传输之前，必须进行编码。或者说，当具体表示信息
的原始信号形式不符合信道的频率特性时，必须对原始信号进行变换，以适 应传输信道的要求。
B8ZS
双极性编码
• 双极性信号交替反转码（AMI）
– 双极性编码中最简单的一种，是对单极性编码的改进。 – 零电平代表二进制0，交替出现的正负电压表示1。 – AMI实现了两个目标：一是直流分量为零；二是可对连续的比特1可
进行同步。 – 但对一连串的比特0并无同步确保机制。 – 为解决比特0的同步，两种AMI的变型B8ZS和HDB3被研究出来，
双极性编码
AMI(ALIERNATE MARK INVERSION CODE ) HDB3(High Density Bipolar 3)
双极性编码
• 三阶高密度双极性码（HDB3）
– HDB3码是AMI码的改进，与AMI码一样,也是“1”交替地变换为+1与-１的占空比为 50%的归零码。但与AMI码不同的是：HDB3码中的连“0”数被限制为小于或等于3个。
单极性编码与极化编码
NRZ-L
0
0
1
1
0
1
NRZI
Manchester Differential Manchester
单极性编码与极化编码特点
– 单极性编码占用带宽小，传输效率高，但存在直流分量和同 步两大问题。
– 非归零编码减轻了直流分量，但仍存在同步问题。其中NRZI只解决了连续1的同步问题。
t 曼彻斯 特编码
（全0）
双极性编码
• 双极性编码中采用三阶信号
– 像归零编码一样，也使用正、负、零三个电平。但与归零编 码不同的是，0电平代表比特值，表示二进制0，正负电平交 替表示比特值1。
• 常用的双极性编码
双极性编码
双极性信号 交替反转码
AMI
高密度双极 性3零编码
HDB3
双极性8零 替换编码
系统信号的传输质量，有利于基带传输系统的维护与使用
常见数字基带信号波形
1
1
0
1
0
0
A
Ts
0
A
0
A 0 －A
A 0 －A
A 0 －A
A 0 －A
A 0 －A
0
0
1 a
NRZ码
b 单极性归零码 c 双极性非归零码
d 双极性归零码 e Manchester码 f AMI码
g HDB3
单极性编码
• 数字编码用电压改变来指示比特位的变化 • 单极性编码只使用一个电压值。代表二进制中的一个状态，而以
占空比
占空比： 为脉冲宽度τ与码元宽度Ts之比(τ/Ts),如图所示
。
τ Ts′
图 3-6 占空比说明
单极性
极化： 非归零 电平编码
极化： 归零编码 (RZ)
单极性编码与极化编码
极化编码分类图
极化编码
非归零 编码
NRZ
归零 编码
RZ
双相位 编码
Biphase
非归零 电平编码
NRZ-L
非归零 反相编码
– 归零编码减轻了直流分量，解决了同步，但有三个电平，占 用带宽过大。
– 双相位编码解决了直流分量和同步问题，且只有两个电平， 每个比特位信号跳变比归零编码少，占用带宽比它小。但传 输效率是单极性的一半。
例题
• 比较单极性编码和RZ编码所需的带宽，假设两者都处于最坏（所
需带宽最大）状况下。
解对于单极性编码，最坏状况是0、1交替出现；对于RZ编码最坏情 形是全为1。 如图所示，RZ码需要两倍于单极性编码的带宽。
在传输时直接使用基带信号。基带传输是一种最简单最 基本的传输方式，一般用低电平表示“0”，高电平表示“1”。 适用范围：低速和高速的各种情况。 限制：因基带信号所带的频率成分很宽，所以对传输线有一定 的要求。
基带信号码型设计要求
– 选择传输码型的原则
• 码流中应含有时钟频率分量，以便于接收端从码流中提取
彻斯特编码最坏情形是出现连续0。对于这两种编码的最坏情况，
每个比特周期都需要两次变换。因为带宽与比特率成正比，所以
两者需要相同带宽。
111111111111
A
曼彻斯 特编码
t（全1）
-A T T T T T T T T T T T T
0 0 0 0 0 00 0 0 0百度文库0 0
A
-A T T T T T T T T T T T T
– 几种典型码型的波形与频谱
➢ 多进制码
• 单极性编码
波特率和比特率
– 非归零单极性编码
光纤收发器编码
• 极化编码
➢ MLT-3 编码方式
– 非归零电平编码，非归零反
➢ 4B/5B和MLT-3编码
相编码
通信系统的基本结构
信源
发送设备
信道
接收设备
受信者
噪声源
数据表示和传输方式
数据表示 数据： 模拟数据 (Analog Data) 连续值 数字数据 (Digital Data) 离散值
步,只适用于极短矩离的传输。
• 归零编码 RZ
– 使用正、负、零三个电平，但零不表示值;占空比为50% ,由于脉冲宽度窄，使 得码元能量下降。
– 归零制是自同步编码。通过归零，使每个比特位（码元）都发生信号变化， 接收端可利用信号跳变建立与发送端之间的同步。它比单极性和非归零编码 有效。
– 缺陷是具有很高的直流和低频分量,另外每个比特位发生两次信号变化，多占 用了带宽。
A1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0
T
T
T
T
T
T
A1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
TTTTTTTTTTTT
单极性 编码 t
RZ编码 t
例题
• 比较曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码所需带宽，假设两者都处
于最坏状况下。
解 对于曼彻斯特编码，最坏状况是出现连续1或连续0；对于差分曼
– 用脉冲的有无来表示“1”或“0”.零电压代表线路空闲, NRZ码的占空比为100% – 非归零电平编码中，信号的电平取决于所代表的比特。 – 非归零反相编码中，如遇到比特值1，信号电平反转。 – 非归零编码减轻了直流分量。 – 非归零制仍然不是自同步编码， NRZ码中不能提取同步信号,接收端易失去同
数据传输方式 信号： 模拟信号 (Analog Signals) 数字信号 (Digital Signals) 信号发送方式： 模拟信号发送（模拟信道） 数字信号发送（数字信道）
数字信号的发送方式： 基带（Baseband)传输：直接控制信号状态 宽带（Broadband)传输：控制载波信号的传输
信号发送
基带传输编码
目录
• 通信系统的基本结构
➢ 归零编码
• 数据表示和传输方式 • 传输线路类型
➢ 曼彻斯特编码，差分曼彻斯 特编码
• 数据编码的分类
双极性编码
• 数字-数字编码
➢ AMI， HDB3 ， B8ZS
• 数字数据基带信号码型设计要求 mBnB码
– 选择传输码型的原则
➢ 4B5B，5B6B
HDB3码的编码规则如下: ①检查数字序列中0数目。当连“0”数目小于等于3时，HDB3码就是 AMI码，+1、-1交替.
中②V称当为出破3个坏以点上，连而“B可0”称时为，调将节每点4个。连“0”划作一小节，定义为B00V，称为破坏节。其 ③V与前一相邻的“1”，极性相同，即破坏了“1”极性交替的规律。 同时V还要满足Vi－1、Vi、Vi＋1之间极性交替的规律。V的取值是+1或-1。 ④B作为调节点，可选0或＋1或－1，以让V同时满足③中的两个要求。
NRZ-I
曼彻斯特 编码
Manchester
差分曼彻 斯特编码
Differential Manchester
极化编码
• 极化编码使用一正一负两个电压值代表二进制比特值。 • 比单极性编码平均电压值下降，减轻了直流分量，尤其是在双相位编
码方法中，每个比特均含有正电压与负电压，彻底解决了直流分量问 题。
前者在北美使用，后者用于日本和欧洲。 * “0”与零电平对应，而“1”则交替地与正负电平所对应，占空比为50%
* AMI码 实际上是用三种电平来表示二进制信号，因此又称这种码为 伪三元码
* AMI码经过全波整流就可变为单极性归零码，从而可以提取时钟分量 * AMI码还具有一定的检错能力 * 当码流中出现长连“0”时，提取同步信息困难
零电压代表另一个状态。
• 占空比100%，占用带宽最小，效率最高。 • 单极性编码能耗小，且实现简单廉价。 • 两个问题使得单极性编码较少采用：
– 直流分量 单极性信号平均振幅不为零，含有直流分量，不能 在没有处理直流分量能力的媒质（如微波）上传输
– 同步 当连续0或连续1时电压不变，接收端无法知道每比特的 开始和结束；而且传输时延会使时序失步 ，使连续0/1状态的 数目被误识。通常需外加同步定时脉冲传送线路，从而使系 统成本增加。
地球作为地线环路 A 单线非平衡线路 B 双线非平衡线路
C 双线平衡线路
传输线路类型
方式A使用地球代替两线中的一条。但由于地球并不总是一个良 好导体，因此这种方式传输衰耗大，同时在线路上感应出大 量的噪声，因而这种方式不理想；
方式B与方式A相比，减小了传输衰耗，但由于线路仍未达到对地 平衡，因而外界干扰对线路的影响仍很大；
当 Vi-1=-1：
• 结论：一个编码良好的数字信号必须携带同步信息。
极化编码
双相位编码 – 使用两种电平 – 自同步编码，每个比特位间隙中信号出现一次电平跳变（相位改变），但不 归零。 – 正因为每个码元都发生信号跃迁，故传输效率几乎减小了一半。 – 曼彻斯特编码中，比特位的信号跃迁同时是同步信息和比特编码。 – 差分曼彻斯特编码中，比特间隙中的信号跃迁只表示同步信息，不同比特通 过在比特开始位置有无电平反转来表示。在比特开始位置电平跃迁代表0，否 则为1。 曼彻斯特码(Manchester码) – 将每一个码元划分成等宽的间隔：“1”码前一个间隔为高电平而后一个间隔 为低电平；“0”码则正好相反，从低电平变到高电平; – 由于每一个码元的正中间都出现一次电平的转换，它可以实现自同步; – Manchester码完全消除了码型的直流分量; – Manchester码的传输效率减少了一半;
同步信息，同步信息保证接收端按正确时序再生原始信息， 减小误码率。
• 选择码型应基于对传输信息码流的分析，码流中“1”和
“0”的统计概率应各占1/2，长“1”或长“0”会带来较多 的直流分量，也不容易提取出同步信号来。
• 码型的变换设备应简单可靠 • 有一定噪声及码间干扰抵抗能力，这样便于实时监测传输
数据编码的分类
编码
数字-数字 模拟-数字 数字-模拟 模拟-模拟
编码
编码
编码
编码
扩频
数字-数字编码
数字-数字编码 Digital to Digital Encoding
01011101
数字-数字编码
数字数据的数字传输（基带传输）
基带： 基本频带，指传输变换前所占用的频带，是原始信号所
固有的频带。 基带传输：
HDB3码的码流无直流分量，低频成分少，即使出现长连“0”也能提取同步信息 * HDB3码与AMI码相比丧失了一定的检错能力，但与Manchester码相比效率提高一倍
双极性编码
• 举例说明如下:
二进制数字序列：
… 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1…
划分为破坏节：
… 1 B 0 0 Vi 1 0 1 1 B 0 0 Vi+1 0 1…
• 如上所述的工作，可用数据编码或者信号调制两个术语中的任一个来概括。
在此前提下，编码与调制可以是同义词。
• 更准确地描述如下：
数字信息能以数字信道选定的众多数字编码形式之一进行基带 传输，如果原始信号编码与信道支持的编码一致，即可直接传送信息； 如果不一致，则需要进行信源编码，即数字信号形式的转换。我们可 称其为数字信息的数字编码。