数字基带信号的码型

4.1.1 数字基带信号的码型设计原则

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。

4.1.2 数字基带信号的常用码型

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（NRZ ）码

单极性NRZ 码如图4-1 （ a ）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：

（1 ）发送能量大，有利于提高接收端信噪比；

（2 ）在信道上占用频带较窄；

（3 ）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；

（4 ）不能直接提取位同步信息（稍后将通过例题予以说明）；

（5 ）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，因而判决门限不能稳定在最佳电平，使抗噪性能变坏；

（6 ）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（NRZ ）码

在此编码中，“1”和“0”分别对应正、负电平，如图4-1 （b ）所示。其特点除与单极性NRZ 码特点（1 ）、（2 ）、（4 ）相同外，还有以下特点：

（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。

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. 单极性归零（RZ ）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 （c ）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（RZ ）码

双极性归零码构成原理与单极性归零码相同，如图4-1 （ d ）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