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,就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
这就是一种最简单的基带信号波形,用正电平与零电平分别表示对应二进制“1”与“0”,极性单一,易于用TTL 与CMOS 电路产生。缺点就是有直流分量,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”与“0”,其正负电平
的幅度相等、极性相反,当“1”与“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
这种波形就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,就是其她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与归零波形的特点,由于其相邻脉冲之间存在零电位的间隔,就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
这种波形就是用相邻码元的电平的跳变与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。其编码规则就是,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就是矩形的,根据实际情况,还可以就是高斯脉冲、升余弦脉冲等其她形式。
1.3 基带传输的常用码型
1.3.1 AMI 码
AMI(Alternative Mark Inversion)码的全称就是传号交替反转码,其编码规则就是
● 三元码,“1”交替地变换为“+1”与“-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)码的全称就是三阶高密度双极性码,就是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 的取值可以就是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,
● 就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;
● 缺点就是占用带宽加宽,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就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,就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
密勒码的波形图如下:
20090401310074 实验一数字基带信号 一、实验目的 1、了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。 2、掌握AMI、HDB3码的编码规则。 3、掌握从HDB3码信号中提取位同步信号的方法。 4、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。 5、了解HDB3（AMI）编译码集成电路CD22103。 二、实验内容 1、用示波器观察单极性非归零码（NRZ）、传号交替反转码（AMI）、三阶高密度双极性码（HDB3）、整流后的AMI 码及整流后的HDB3 码。 2、用示波器观察从HDB3 码中和从AMI 码中提取位同步信号的电路中有关波形。 3、用示波器观察HDB3、AMI 译码输出波形。 三、基本原理 本实验使用数字信源模块和HDB3 编译码模块。 1、数字信源 本模块是整个实验系统的发终端，模块内部只使用+5V 电压，其原理方框图如图1-1 所示，电原理图见附录一。本单元产生NRZ 信号，信号码速率约为170.5KB，帧结构如图1-2 所示。帧长为24 位，其中首位无定义，第2 位到第8 位是帧同步码（7 位巴克码1110010），另外16 位为2 路数据信号，每路8位。此NRZ 信号为集中插入帧同步码时分复用信号，实验电路中数据码用红色发光二极管指示，帧同步码及无定义位用绿色发光二极管指示。发光二极管亮状态表示1 码，熄状态表示0 码。 图 1-1 数字信源方框图 图 2-2 帧结构
本模块有以下测试点及输入输出点： ?CLK 晶振信号测试点 ?BS-OUT 信源位同步信号输出点/测试点（2个） ?FS 信源帧同步信号输出点/测试点 ?NRZ-OUT(AK) NRZ信号(绝对码)输出点/测试点（4个）图1-1中各单元与电路板上元器件对应关系如下： ?晶振 CRY 晶体；U1：反相器7404 ?分频器 U2 计数器74161；U3：计数器74193；U4：计数器40160 并行码产生器 K1、K2、K3：8位手动开关，从左到右依次 与帧同步码、数据1、数据2相对应；发光二极管：左起分 别与一帧中的24位代码相对应 ?八选一 U5、U6、U7：8位数据选择器4512 ?三选一 U8：8位数据选择器4512 ?倒相器 U20：非门74HC04 ?抽样 U9：D触发器74HC74 下面对分频器，八选一及三选一等单元作进一步说明。 （1）分频器 4161进行13分频，输出信号频率为341kHz。74161是一个4位二进制加计数器，预置在3状态。 74193完成÷2、÷4、÷8、÷16运算，输出BS、S1、S2、S3等4个信号。BS 为位同步信号，频率为170.5kHz。S1、S2、S3为3个选通信号，频率分别为BS信号频率的1/2、1/4和1/8。74193是一个4位二进制加/减计数器，当CPD= PL =1、MR=0时，可在Q0、Q1、Q2及Q3端分别输出上述4个信号。 40160是一个二一十进制加计数器，预置在7状态，完成÷3运算，在Q0和Q1端分别输出选通信号S4、S5，这两个信号的频率相等、等于S3信号频率的1/3。 分频器输出的S1、S2、S3、S4、S5等5个信号的波形如图1-4（a）和1-4（b）所示。 图 1-4 分频器输出信号波形 （2）八选一 采用8路数据选择器4512，它内含了8路传输数据开关、地址译码器和三态驱动器，其真值表如表1-1所示。U5、U6和U7的地址信号输入端A、B、C并连在一起并分别接S1、S2、S3信号，它们的8个数据信号输入端x0 ~ x7分别K1、K2、K3输出的8个并行信号连接。由表1-1可以分析出U5、U6、U7输出信号都是码速率为
数字基带信号 通信系统2007-09-24 16:40:29 阅读1500 评论3 字号：大中小订阅 一,数字基带信号 1.数字基带信号 所谓数字基带信号，就是消息代码的电波形。数字基带信号的类型很多，本节以由矩形脉冲构成的基带信号为例，主要研究这些基带信号的时域波形、频谱波形以及功率谱密度波形。 单极性不归零信号： 设消息代码由二进制符号0、1组成，则单极性不归零信号的时域波形如图5-2-1所示，其中基带信号的0电位对应于二进制符号0;正电位对应于二进制符号1。单极性不归零信号在一个码元时间内，不是有电压(或电流),就是无电压(或电流),电脉冲之间没有间隔，不易区分识别，归零码可以改善这种情况。单极性不归零信号的频域波形和功率谱密度波形分别如图所示。 (1) 时域波形 单极性不归零信号的时域波形 (2) 频谱波形 单极性不归零信号的频谱图 (3) 功率谱密度波形
单极性不归零信号的功率谱密度 单极性归零信号： 设消息代码由二进制符号0、1组成，则单极性归零信号的时域波形如图5-2-4所示，发"1"码时对应于正电位，但持续时间短于一个码元的时间宽度，即发出一个窄脉冲，当发"0"码时，仍然完全不发送电流，所以称这种信号为单极性归零信号。单极性归零信号的频域波形和功率谱密度波形分别如图5-2-5、图5-2-6 所示。 (1) 时域波形 单极性归零信号的时域波形 (2) 频谱波形 单极性归零信号的频谱图 (3) 功率谱密度波形
单极性归零信号的功率谱密度 双极性不归零信号： 设消息代码由二进制符号0、1组成，则双极性不归零信号的时域波形如图5-2-7所示，其中基带信号的负电位对应于二进制符号0;正电位对应于二进制符号1。双极性不归零信号的频域波形和功率谱密度 波形分别如图所示。 (1) 时域波形 双极性不归零信号的时域波形 (2) 频谱波形 双极性不归零信号的频谱图 (3) 功率谱密度波形
数字基带信号实验 一、实验目的： 学会利用MATLAB软件对数字基带信号的仿真。通过实验提高学生实际动手 能力和编程能力，为日后从事通信工作奠定良好的基础。 二、实验内容：利用MATLAB软件编写数字基带信号程序，进一步加强对数字基 带信号的理解。 (1)单极性不归零数字基带信号 (2)双极性不归零数字基带信号 (3)单极性归零数字基带信号 (4)双极性归零数字基带信号 三、程序 (1) 单极性不归零数字基带信号程序 function y=zhou(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if(x(i)==1) for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=0; end end end y=[y,x(i)]; M=max(y); m=min(y); subplot(1,1,1) plot(t,y);grid on; axis([0,i,m-0.1,M+0.1]); title('1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1'); (2) 双极性不归零数字基带信号 function y=zhou(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if(x(i)==1) for j=1:t0
y((i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=-1; end end end y=[y,x(i)]; M=max(y); m=min(y); subplot(1,1,1) plot(t,y);grid on; axis([0,i,m-0.1,M+0.1]); title('1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1'); (3)单极性归零数字基带信号 function y=zhou(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if(x(i)==1) for j=1:t0/2 y((2*i-2)*t0/2+j)=1; y((2*i-1)*t0/2+j)=0; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=0; end end end y=[y,x(i)]; M=max(y); m=min(y); subplot(1,1,1) plot(t,y);grid on; axis([0,i,m-0.1,M+0.1]); title('1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1') (4)双极性归零数字基带信号 function y=zhou(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x);
上次课回顾 非导向性媒体→ 无线电波→ 不同波段无线电波的作用及传播方式 无线传播模型： → 自由空间传播模型→ 信号衰减与距离的平方成正比 → 双线地面反射模型→ 信号衰减与距离的四次发成正比，并与天 线的高度有关 多径效应→ 频率选择性衰弱 多普勒效应+ 多径效应→ 多普勒扩展→ 时间选择性衰落 阴影衰落 分集接收 7
2.4 基带传输技术 2.4.1 基带传输的常用码型 在采用无线基带传输时，信号无需载波调制而直接被发射出去。送 入信道的数字基带信号的码型应该符合以下一些要求： ?传输码型应不含直流分量； ?可以从基带信号中提取位同步信号； ?基带编码最好能够具有内在检错能力； ?码型变换过程应具有透明性，即与信源的统计特性无关； ?应尽量减少基带信号频谱中的高频分量，以节省传输频带，提 高信道的频谱利用率，并减少串扰。 8
2.4 基带传输技术 2.4.1 基带传输的常用码型 AMI（Alternative Mark Inversion）码 原信息码的“0”编为传输码的“0”；原信息码的“1”，在编为 传输码时，交替的用“+1”和“-1”表示。 例： 消息代码：1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1” AMI码：+1 0 -1 0 +1 0 0 0 -1 0 +1 -1 +1” 评价： ?AMI码所确定的基带信号无直流分量 ?但当信息代码中出现长零串时，信道中会出现长时间的0电位， 而影响定时信号的提取。 9
2.4 基带传输技术 2.4.1 基带传输的常用码型 HDB3（High Density Bipolar of order 3 code）码 ?先检查消息代码的连“0”个数，当连“0”个数少于4个时，仍按 AMI码规则进行编码； ?消息代码的连“0”个数达到或超过4个时，则将每个4连“0”小 段的第4个“0”变换成非“0”符号（+1或-1），这个符号称为破 坏符号，用V符号表示，记作“+V”或“-V”。 ?V码的极性应与其前一个非“0”符号极性相同，同时满足V码的 极性必须交替出现。否则，将4连“0”小段的第1个“0”变换成 “+B”或“-B”，称为恢复码或平衡码。B符号的极性应与其前 一个非“0”符号极性相反。
通信原理课程设计报告 题目：数字基带信号HDB3码型编码转换实现 专业班级： 姓名： 学号： 指导教师：
设计任务要求: 仿真实现数字基带通信系统信源输入24位二进制序列产生HDB3码，通过高斯白噪声信道，接收端滤波、解码的时域图及频谱图。以矩形波为例，要求实现输入24位二进制序列产生AMI码，HDB3码，接收端滤波、解码上述码型。
摘要 HDB3码全称三阶高密度双极性码(英语:High Density Bipolar of Order 3，简称:HDB3码)是一种适用于基带传输的编码方式，它是为了克服AMI码的缺点而出现的，具有能量分散，抗破坏性强等特点。HDB3码实行转换一般分为三个步骤，先将消息码转换AMI码然后加“V”,接着加“B”，这几部我们可以使用C语言进行编程实现。为了实现HDB3码的编码与转换，同时加深对通信系统工作原理的了解，我们采用了MATLAB软件进行编码仿真，同时学习掌握MATLAB软件的基础使用。 关键词：AMI码；HDB3码；编码；解码；MATLAB；仿真
目录 1. 设计原理 (4) 1.1 HDB3码的介绍 (4) 1.2 HDB3码的编码转换规则 (5) 1.3 HDB3码的解码转换规则 (5) 1.4 HDB3码的软件程序设计 (6) 2. MATLAB软件仿真结果及其分析 (10) 2.1 MATLAB软件的介绍 (10) 2.2 仿真结果图示 (12) 2.3 仿真结果分析 (15) 3. 设计总结及心得体会 (22) 4. 参考文献 (22) 5. 致谢 (23)
正文 1.设计原理 1.1 HDB3码的介绍 HDB3码即三阶高密度双极性码(英语:High Density Bipolar of Order 3，简称:HDB3码)是一种适用于基带传输的编码方式，“三阶”通俗讲就是最多3个连0码元，“高密度双极性”就是没有直流分量，不会连续出现+1或-1，它是为了克服AMI码的缺点而出现的，具有能量分散，抗破坏性强等特点。 三阶高密度双极性码用于所有层次的欧洲E-carrier系统，HDB3码将4个连续的"0"位元取代成"000V"或"B00V"。这个做法可以确保连续的相隔单数的一般B记号。 1.2 HDB3的编码转换规则 HDB3码的编码规则主要分为3步： 1 .先将消息代码变换成AMI码，若AMI码中连0的个数小于4,此时的AMI 码就是HDB3码; 2 .若AMI码中连0的个数大于等于4,则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一个非0符号(+1或-1)同极性的符号,用表示(+V,-V);
第四章（数字基带传输系统）习题及其答案 【题4－1】设二进制符号序列为110010001110，试以矩形脉冲为例，分别画出相应的单极性码型，双极性码波形，单极性归零码波形，双极性归零码波形，二进制差分码波形。 【答案4－1】 【题4－2】设随机二机制序列中的0和1分别由()g t 和()g t -组成，其出现概率分别为p 和(1)p -： 1）求其功率谱密度及功率； 2）若()g t 为图（a ）所示的波形，s T 为码元宽度，问该序列存在离散分量 1 s f T =否？ 3）若()g t 改为图（b ）所示的波形，问该序列存在离散分量 1 s f T =否？
【答案4－2】 1）随机二进制序列的双边功率谱密度为 2 2 1212()(1)()()[()(1)()]() s s s s s s m P f P P G f G f f PG mf P G mf f mf ωδ∞ -∞=--++--∑ 由于 12()()()g t g t g t =-= 可得： 2 2 22 ()4(1)()(12) ()() s s s s s m P f P P G f f P G mf f mf ωδ∞ =-∞ =-+--∑ 式中：()G f 是()g t 的频谱函数。在功率谱密度()s P ω中，第一部分是其连续谱成分，第二部分是其离散谱成分。 随机二进制序列的功率为 2 2 2 2 2 2 22 1()2 [4(1)()(12)()()] 4(1)()(12)() () 4(1)()(12) () s s s s s m s s s s m s s s m S P d f P P G f f P G mf f mf df f P P G f df f P G mf f mf df f P P G f df f P G mf ωω π δδ∞ ∞ ∞ ∞∞ =-∞ ∞ ∞ ∞ ∞∞ =-∞ ∞ ∞ ∞ =-∞ = =-+--=-+ --=-+-? ∑ ?∑ ?? ∑ ? －－－－－ 2）当基带脉冲波形()g t 为 1 (){2 0 else s T t g t t ≤= ()g t 的付式变换()G f 为
基于G U I的数字基带传输码型仿真—采用 M i l l e r码C M I码双极性归零码双极性不归零 码 文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
《通信原理》 CDIO项目设计总结报告 项目名称：基于GUI的数字基带传输码型仿真—采用 Miller码、CMI码、双极性归零码、双极性不 归零码 班级：班 学号： 姓名： 年月日
目录目录
1.项目目的与要求 项目目的 1.对数字基带传输系统主要原理和技术进行研究，包括基带传输的常用码型Miller码、CMI码、双极性归零码、双极性不归零码。 2.建立数字基带传输系统数学模型。 3.利用Matlab编写基于GUI的数字基带传输码型程序。 4.对系统进行仿真、分析。 5.观察并记录信息码波形和传输码的波形，并进行分析。 项目要求 1.建立数字基带传输系统数学模型。 2.利用Matlab编写基于GUI的数字基带传输码型程序。 3.对通信系统进行时间流上的仿真，得到仿真结果。 4.将仿真结果与理论结果进行比较、分析。 2.项目设计 项目分析 数字基带传输系统 基带传输系统的基本组成如下图所示，它主要由信道信号形成器、信道、接受滤波器和抽样判决器。
其中各部分的作用如下： 脉冲形成器：基带传输系统的输入是由终端设备或编码器产生的脉冲序列，脉冲形成器的作用就是形成适合信道传输的基带信号，主要是通过码型变换和波形变换来实现的，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。 信道：它是允许基带信号通过的煤质。信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，另外信道还会进入噪声。 接受滤波器：它的主要作用是滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。 抽样判决器：它是在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接受滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。 miller码 密勒码又称为延迟调制码，是双相码的一种变形。编码规则如下：“1”码用码元间隔中心点出现越变来表示，即用10或01表示。“0”码有两种情况：对原始符号“0”则分成单个“0”还是连续“0”予以不同处理，单个“0”时，在码元边界处电平不跃变，在码元中间点电平也不跃变；对于连续“0”，则使连续两个“0”的边界处发生电平跃变，即“00”与“11”交替。
单极性不归零 function y=snrz(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if x(i)==1 for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=0; end end end y=[y,x(i)]; plot(t,y); title('1 0 1 1 0 0 1 0'); grid on; axis([0,i,-0.1,1.1]); 单极性归零 function y=srz(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if x(i)==1 for j=1:t0/2 y((2*i-2)*to/2+j)=1; y((2*i-1)*t0/2+j)=0; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=0; end end end y=[y,x(i)]; plot(t,y); grid on; axis([0,i,-0.1,1.1]);
x=[10101010] srz(x) 蒙特卡罗 EbN0dB=0:0.5:10; N0=10.^(-EbN0dB/10); sigma=sqrt(N0/2); %理论计算误码率 pb=0.5*erfc(sqrt(1./N0)); %仿真误码率 for n=1:length(EbN0dB) %产生等概率信源 a=sign(randn(1,100000)); %离散等效接收模型 rk=a+sigma(n)*randn(1,100000); dec_a=sign(rk);%判决 %计算误码率 ber(n)=sum(abs(a-dec_a)/2)/length(a); end semilogy(EbN0dB,pb); hold; semilogy(EbN0dB,ber,'rd-'); legend('理论值','仿真结果'); xlabel('Eb/N0(dB)'); ylabel('pb'); 双极性不归零 function y=shuangsnrz(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if x(i)==1 for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=-1; end end end y=[y,x(i)];
实验二基带传输常用码的编码解码方法 一、实验目的 了解基带传输常用码的编码解码方法。 二、实验内容 设定一个信息码串，产生常见的编码如单极性非归零、双极性非归零、单极性归零、双极性归零、AMI、HDB3码的时域波形；不考虑噪声影响，以采样电平为依据恢复出原始信息串。 三、实验原理 1、单极性非归零。它用正电平和零电平分别对应二进制码“1”和“0”，波形特点是电脉冲之间无间隔，极性单一。 2.双极性非归零。用正负电平的脉冲分别代表二进制代码“1”和“0”。其正负电平的幅度相等、极性相反。 3.单极性归零。是单极性非归零波形的形式。 4.双极性归零。是双极性非归零波形的形式，兼有双极性和归零波形的特点。 5.AMI。全称是传号交替反转码，其编码规则是将消息码的“1”交替的变换为“+1”和“-1”，而“0”保持不变。 6.HDB3。全称是三阶高密度双极性码。编码规则是： 1）检查消息码中“0”的个数。当连“0”数目小于等于3时，HDB3码与AMI码一样，+1、-1交替； 2）当连“0”个数超过3时，将每四个连“0”化作一小节，定义为B00V，称为破坏节，其中V称为破坏脉冲，而B称为调节脉冲；
3）V与前一个相邻的非“0”脉冲的极性相同，并且要求相邻的V码之间极性必须交替。V的取值为+1或-1； 4)B的取值可选0、+1或-1，以使V同时满足（3）中的两个要求；5）V码后面的传号码极性也要交替。 译码：从收到的符号序列中可以很容易的找到破坏点V，就可以断定V符号及前面的三个符号必须是连“0”符号，从而恢复四个连“0”码，再将所有-1变成+1后便得到原消息代码。 四、实验内容 (一)单极性非归零、双极性非归零、单极性归零、双极性归零时域波形。 实验代码： M=10000; %产生码元数 L=10; %每码元复制32次 dt=0.1; %采样间隔 T=L*dt; %码元时间 TotalT=M*T; %总时间 t=0:dt:TotalT; %时间 F=1/dt; %仿真频宽 df=1/T otalT; %频率间隔 f=-F/2:df:F/2-df; %频率 N=M*L; %总长度 ShowM=16; %显示码元数 ShowN=ShowM*L; ShowT=(ShowN-1)*dt; Showt=0:dt:ShowT; %时间 dutyradio=0.5; %占空比 randwave=round(rand(1,M)); %产生二进制随机码,M为码元个数 randwave(1:16)=[1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0]; onessample=ones(1,L); %定义复制的次数L,L为每码元的采样点数rerandwave=randwave(onessample,:); %复制的第1行复制L次 unipolarwave=reshape(rerandwave,1,L*M); %重排成1*L*M数组 %单极性不归零码 subplot(4,1,1);plot(Showt,unipolarwave(1:ShowN));axis([0 20 -1.2 1.2]);
通信原理课程设计报告题目：数字基带信号HDB3码型编码转换实现 专业班级： 姓名： 学号：
指导教师： 设计任务要求: 仿真实现数字基带通信系统信源输入24位二进制序列产生HDB3码，通过高斯白噪声信道，接收端滤波、解码的时域图及频谱图。以矩形波为例，要现输入24位二进制序列产生AMI码，HDB3码，接收端滤波、解码上述码型。
摘要 HDB3码全称三阶高密度双极性码(英语:High Density Bipolar of Order 3，简称:HDB3码)是一种适用于基带传输的编
码方式，它是为了克服AMI码的缺点而出现的，具有能量分散，抗破坏性强等特点。HDB3码实行转换一般分为三个步骤，先将消息码转换AMI码然后加“V”,接着加“B”，这几部我们可以使用C语言进行编程实现。为了实现HDB3码的编码与转换，同时加深对通信系统工作原理的了解，我们采用了MATLAB软件进行编码仿真，同时学习掌握MATLAB软件的基础使用。 关键词：AMI码；HDB3码；编码；解码；MATLAB；仿真 目录 1. 设计原理 (4) 1.1 HDB3码的介绍 (4)
1.2 HDB3码的编码转换规则 (5) 1.3 HDB3码的解码转换规则 (5) 1.4 HDB3码的软件程序设计 (6) 2. MATLAB软件仿真结果及其分析 (10) 2.1 MATLAB软件的介绍 (10) 2.2 仿真结果图示 (12) 2.3 仿真结果分析 (15) 3. 设计总结及心得体会 (22) 4. 参考文献 (22) 5. 致 (23)
正文 1.设计原理 1.1 HDB3码的介绍 HDB3码即三阶高密度双极性码(英语:High Density Bipolar of Order 3，简称:HDB3码)是一种适用于基带传输的编码方式，“三阶”通俗讲就是最多3个连0码元，“高密度双极性”就是没有直流分量，不会连续出现+1或-1，它是为了克服AMI码的缺点而出现的，具有能量分散，抗破坏性强等特点。 三阶高密度双极性码用于所有层次的欧洲E-carrier系统，HDB3码将4个连续的"0"位元取代成"000V"或"B00V"。这个做法可以确保连续的相隔单数的一般B记号。 1.2 HDB3的编码转换规则 HDB3码的编码规则主要分为3步： 1 .先将消息代码变换成AMI码，若AMI码中连0的个数小于4,此时的AMI 码就是HDB3码;
数字基带传输常用码型的MATLA表示 在某些具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离较近的情况下，数字基带信号不经调制可以直接传输，这种系统称为数字基带系统。而具有调制解调过程的数字系统称为数字带通传输系统。在第七章中，将列举数字带通传输系统仿真的例子，在本章中，我们重点讨论数字基带常用码型的产生，即数字基带信号的产生。教材中，我们以单极性不归零码和单极性不归零码的实现作为参考。 单极性不归零码MATLA程序如下： function y=snrz(x) % 本函数实现输入二进制码，输出编号的单极性非归零码 % 输入x 为二进制码，输出y 为单极性非归零码 num=200; % 单极性非归零码每一个码元包含的点 t=0:1/num:length(x); for i=1:length(x); if x(i)==1; for j=1:num; y((i-1)*num+j)=1; % 对应的点赋值为1 end else for j=1:num; y((i-1)*num+j)=0; % 对应的点赋值为0 end end end y=[y,x(i)]; % 为了绘制图形，注意要将y 序列加最后一位 plot(t,y); grid on; axis([0 i -0.2 1.2]); title(' 单极性非归零码1 0 0 1 0 1'); % 绘图 在MATLA命令行窗口中键入x的值，并调用函数snrz(x)，就可以得到对应的单极性不归零码。如输入以下指令，将出现图 1 所示的结果。
单极性不归零码MATLA 程序如下： fun ctio n y=srz(x) %本函数实现输入二进制码，输出编号的单极性归零码 %输入x 为二进制码，输出y 为单极性归零码 plot(t,y); grid on; axis([0 i -0.2 1.2]); title(' 单极性非归零码 1 0 0 1 0 1'); num=200; %单极性非归零码每 t=0:1/num:le ngth(x); for i=1:le ngth(x); if x(i)==1; for j=1: nu m/2; y((i*2-2)* num/2+j)=1; % y((i*2-1)*num/2+j)=0; % end else for j=1: num; y((i-1)*num+j)=0; % end end end y=[y,x(i)]； % 个码元包含的点 对1而言，前半部分时间值为1 对1而言，后半部分时间值为0 对应的点赋值为0 为了绘制图形，注意要将 y 序列加最后一位 单极性非归零码1 0 0 1 0 1 图1单极性不归零码
基带传输常用码型及基带信号频谱实验 一、实验目的 1、熟悉通信基带信号功率谱基本原理 2、熟悉SYSTEMVIEW软件的信号谱分析应用 3、掌握使用SYSTEMVIEW软件生成最常用基带信号与数字双相传输码的基本方法 二、实验原理： 1、数字基带信号的频谱特性 数字基带信号是随机的脉冲序列，只能用功率谱来描述它的频谱特性。研究好数字基带信号的功率谱，就可以了解信号带宽，有无直流分量，有无定时分量。这样才能选择匹配的信道，确定是否可提取定时信号。 经过合理假设下的严格数学推导，可以得到以下主要结论： （1）随机脉冲序列功率谱包括连续谱和离散谱； （2）单极性信号中有无离散谱取决于矩形脉冲的占空比，归零信号中有定时分量。不归零信号中无定时分量。0、1等概的双极性信号没有离散谱，即同时没有直流分量和定时分量。 （3）随机序列的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数G1(f)或G2(f)，通常以谱的第一个零点作为矩形脉冲的近似带宽，它等于脉宽τ的倒数。 2、传输系统发射与信道部分的基本结构如图2—1所示。如果系统直接传送基带信号，称之为基带传输系统。 图2—1 在基带传输系统中，系统的输入是数字基带信号，它不一定适合直接在信道中传输。信道信号形成器的作用就是把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。称此信号形成器为数字基带调制器；与此对应的，在接收端将信道基带信号变换成原始数字基带信号，称之为基带解调器。 3、数字基带调制器中的波形变换与码型变换 在数字基带调制器中，波形变换后传输电波形常见的有矩形脉冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲波形等。最常用的是矩形脉冲波形，正如我们在前面通原
通信原理大作业 用matlab仿真 1.幅频失真 S(t)=sint+1/3sin3t, S’(t)=sint+sin3t; 相频失真 S(t)=sint+1/3sin3t, S’(t)=sin(t+2pi)+1/3sin(3t+3pi). 程序： x=0:pi/20:3*pi; y1=sin(x)+(sin(3*x))/3; y2=sin(x)+sin(3*x); y3=sin(x+2*pi)+(sin(3*x+3*pi))/3; figure(1) plot(x,y1); hold on plot(x,y2,'r-'); legend('S(t)=sint+1/3sin3t','S(t)=sint+sin3t') figure(2) plot(x,y1); hold on plot(x,y3,'r-'); legend('S(t)=sint+1/3sin3t','S(t)=sin(t+2*pi)+1/3sin(3t+3*pi)')
幅频失真 相频失真
2. 将输入的一串0,1编码 1） 转换成AMI 码 2） 转换成HDB3码 3） 转换成双相码 4） 转换成Miller 码 5） 转换成CMI 码 总流程 开始 输入数组 依次显示五种码形 结束 转换成AMI 码 转换成CMI 码 转换成 HDB3 码 转换成双相码 转换成Miller 码
转化成五种码具体流程 思路：数组xn 中0保持不变；并统计1个数，当为偶数1保持不变；当为奇数1变换为-1 1) 转换成AMI 码 no no no 得到数组xn Xn （i ）是否=1 num=num+1 num 是否为偶数 得到数组xn 长度k i=1; num=0 yn(i)=xn(i) yn(i)=xn(i) yn(i)= -xn(i) i 是否=k 得到数组yn i=i+1
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。
数字基带传输常用码型的MATLAB表示 在某些具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离较近的情况下，数字基带信号不经调制可以直接传输，这种系统称为数字基带系统。而具有调制解调过程的数字系统称为数字带通传输系统。在第七章中，将列举数字带通传输系统仿真的例子，在本章中，我们重点讨论数字基带常用码型的产生，即数字基带信号的产生。教材中，我们以单极性不归零码和单极性不归零码的实现作为参考。 单极性不归零码MA TLAB程序如下： function y=snrz(x) % 本函数实现输入二进制码，输出编号的单极性非归零码 % 输入x为二进制码，输出y为单极性非归零码 num=200; % 单极性非归零码每一个码元包含的点 t=0:1/num:length(x); for i=1:length(x); if x(i)==1; for j=1:num; y((i-1)*num+j)=1; % 对应的点赋值为1 end else for j=1:num; y((i-1)*num+j)=0; % 对应的点赋值为0 end end end y=[y,x(i)]; % 为了绘制图形，注意要将y序列加最后一位 plot(t,y); grid on; axis([0 i -0.2 1.2]); title('单极性非归零码1 0 0 1 0 1'); % 绘图 在MATLAB命令行窗口中键入x的值，并调用函数snrz(x)，就可以得到对应的单极性不归零码。如输入以下指令，将出现图1所示的结果。
单极性非归零码 1 0 0 1 0 1 0123456 图1 单极性不归零码 单极性不归零码MA TLAB程序如下： function y=srz(x) % 本函数实现输入二进制码，输出编号的单极性归零码 % 输入x为二进制码，输出y为单极性归零码 num=200; % 单极性非归零码每一个码元包含的点 t=0:1/num:length(x); for i=1:length(x); if x(i)==1; for j=1:num/2; y((i*2-2)*num/2+j)=1; % 对1而言，前半部分时间值为1 y((i*2-1)*num/2+j)=0; % 对1而言，后半部分时间值为0 end else for j=1:num; y((i-1)*num+j)=0; % 对应的点赋值为0 end end end y=[y,x(i)]; % 为了绘制图形，注意要将y序列加最后一位 plot(t,y); grid on; axis([0 i -0.2 1.2]); title('单极性非归零码1 0 0 1 0 1'); 同上，在MATLAB命令行窗口中键入x的值，并调用函数srz(x)，就可以得到对应的单极性归零码。如输入以下指令，将出现图2所示
信息院 14电本 基带信号的常见码型变换实验 一、实验目的 1．熟悉RZ 、BNRZ 、BRZ 、CMI 、曼彻斯特、密勒、PST 码型变换原理及工作过程； 2．观察数字基带信号的码型变换测量点波形。 二、实验仪器 1．时钟与基带数据发生模块，位号：G 2．20M 双踪示波器1台 三、实验工作原理 在实际的基带传输系统中，传输码的结构应具有下列主要特性： 1) 相应的基带信号无直流分量，且低频分量少； 2) 便于从信号中提取定时信息； 3) 信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰； 4) 不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化； 5) 编译码设备要尽可能简单 1.1 单极性不归零码（NRZ 码） 单极性不归零码中，二进制代码“1”用幅度为E 的正电平表示，“0”用零电平表示，单极性码中含有直流成分，而且不能直接提取同步信号。 0000 E +1111 图16-1 单极性不归零码 1.2 双极性不归零码（BNRZ 码） 二进制代码“1”、“0”分别用幅度相等的正负电平表示，当二进制代码“1”和“0”等概出现时无直流分量。 10111000E +E -0 图 16-2 双极性不归零码 1.3 单极性归零码（RZ 码） 单极性归零码与单极性不归零码的区别是码元宽度小于码元间隔，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。单极性码可以直接提取定时信息，仍然含有直流成分。
0000 1111E +0 图 16-3 单极性归零码 1.4 双极性归零码（BRZ 码） 它是双极性码的归零形式，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。 0000 1111E +0E - 图 16-4 双极性归零码 1.5 曼彻斯特码 曼彻斯特码又称为数字双相码，它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”。编码规则之一是：“0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10”两位码表示。 例如： 消息代码： 1 1 0 0 1 0 1 1 0… 曼彻斯特码：10 10 01 01 10 01 10 10 01… 曼彻斯特码只有极性相反的两个电平，因为曼彻斯特码在每个码元中期的中心点都存在电平跳变，所以含有位定时信息，又因为正、负电平各一半，所以无直流分量。 0000 1111E +E -0 图 16-5 曼彻斯特编码 1.6 CMI 码 CMI 码是传号反转码的简称，与曼彻斯特码类似，也是一种双极性二电平码，其编码规则： “1”码交替的用“11“和”“00”两位码表示； “0”码固定的用“01”两位码表示。 例如： 消息代码：1 0 1 0 0 1 1 0… CMI 码： 11 01 00 01 01 11 00 01… 或： 00 01 11 01 01 00 11 01…
第十六讲数字基带信号及其 频谱特性 第二节几种基本的数字基带信号 1 几种基本的数字基带信号 (1)单极性（不归零）波形 a)有直流成份；判决电平不能稳定在最佳的电平，抗噪声性能不好； b)不能直接提取同步信号； c)传输时要求信道的一端接地，这样不能用两根芯线均不接地的电缆 传输线。 2
3 几种基本的数字基带信号 (2) 双极性（不归零）波形a)当1、0 符号等概出现时无直流分量； b)接收端恢复信号时的判决电平为0，稳定不变，因而不受信道 特性变化的影响，抗干扰能力较强。 c)主要缺点：不能直接提取同步信号；1、0符号不等概出现 时，仍有直流成份。4 几种基本的数字基带信号 (3) 单极性归零波形 a)单极性归零码与单极性不归零码的区别是码元宽度小于码 元间隔，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电 平。 b)设码元间隔为T s ，归零码宽度为τ，则称τ/T s 为占空比，τ /T s =0.5 称为半占空码。 c)单极性归零码可以直接提取位定时信息。E t 1 1 0 1 0 1 τ
5 几种基本的数字基带信号 (4) 双极性归零波形a)双极性归零码：每个码元内的脉冲都回到零电平，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。b)它除了具有双极性不归零码的特点外，还可以通过简单的变换电路（全波整流电路），变换为单极性归零码，有利于同步脉冲的提取。6 几种基本的数字基带信号 (5) 差分波形 传号差分 空号差分 NRZ 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1k k k d a d ?=⊕1k k k d a d ?=⊕传号差分： 空号差分：
中南大学 《通信原理》 实验报告 专业班级：物联网专业1102班 姓名： 学号：0909112017 实验时间：2013年4月25日第九周周一实验名称：数字基带信号
（一）实验目的： 1、了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。 2、掌握AMI、HDB3码的编码规则。 3、掌握从HDB3码信号中提取位同步信号的方法。 4、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。 5、了解HDB3（AMI）编译码集成电路CD22103。 （二）实验内容： 1、用示波器观察单极性非归零码（NRZ）、传号交替反转码（AMI）、三阶高密度双极性码（HDB3）、整流后的AMI码及整流后的HDB3码。 2、用示波器观察从HDB3码中和从AMI码中提取位同步信号的电路中有关波形。 3、用示波器观察HDB3、AMI译码输出波形。 （三）基本原理： 本实验使用数字信源模块和HDB3编译码模块。 1、数字信源 本模块是整个实验系统的发终端，模块内部只使用+5V电压，其原理方框图如所示。 本单元产生NRZ信号，信号码速率约为170.5KB，帧结构如图所示。
帧长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码（7位巴克码1110010），另外16位为2路数据信号，每路8位。此NRZ信号为集中插入帧同步码时分复用信号，实验电路中数据码用红色发光二极管指示，帧同步码及无定义位用绿色发光二极管指示。发光二极管亮状态表示1码，熄状态表示0码。 本模块有以下测试点及输入输出点： ? CLK 晶振信号测试点 ? BS-OUT 信源位同步信号输出点/测试点（2个） ? FS 信源帧同步信号输出点/测试点 ? NRZ-OUT(AK) NRZ信号(绝对码)输出点/测试点（4个） 图1-1中各单元与电路板上元器件对应关系如下： ?晶振CRY：晶体；U1：反相器7404 ?分频器U2：计数器74161；U3：计数器74193；U4：计数器40160 ?并行码产生器K1、K2、K3：8位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数 据1、数据2相对应；发光二极管：左起分别与一帧中的 24位代码相对应 ?八选一U5、U6、U7：8位数据选择器4512 ?三选一U8：8位数据选择器4512 ?倒相器U20：非门74HC04 ?抽样U9：D触发器74HC74 2. HDB3编译码 原理框图如图所示。 本模块内部使用+5V和-5V电压，其中-5V电压由-12V电源经三端稳压器7905变换得到。本单元有以下信号测试点： ? NRZ 译码器输出信号