实验五基带码型产生实验33.docx
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实验五基带码型产生实验33
实验五基带码型产生实验
1、实验目的
1、掌握基带传输码型的特点；
2、掌握常用的基带传输码的产生方法；
3、能用matlab编写程序产生一些常用的码型，如RZ、NRZ、AMI、Miller、双相码等。
2、实验原理
1、数字基带信号
设消息代码由二进制符号0和1组成
（1）单极性码：
基带信号的0电位及正电位分别与二进制符号的0与1对应；
（2）双极性码：
二进制符号0、1分别与正、负电位相对应；
（3）单极性归零码：
有电脉冲比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电位；
（4）双极性归零码：
相邻脉冲之间必定留有零电位的间隙。
（5）差分波形：
用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码，以电平跳变表示“1”，以电平不变表示“0”。
2、基带传输码的要求
（1）能从其相应的基带信号中获取定时信息；
（2）相应的基带信号无直流成分和只有很少的低频成分；
（3）不受信源统计特性的影响，即能适应于信源的变化；
（4）尽可能地提高传输码型的传输效率；
（5）具有内在的检错能力。
3、基带传输常用码型
（1）AMI码－传号交替反转码
编码规则：
“1”交替变成“＋1”和“－1”；“0”仍保持为“0”。
消息码
1
1
0
0
1
0
1
AMI码
+1
-1
0
0
+1
0
-1
特点：
无直流成分，且只有很少的低频成分，编码简单，提取定时信号困难。
（2）HDB3码－三阶高密度双极性码
编码规则：
先检查消息代码中的连0情况，当没有4个或4个以上连0时，按AMI码的编码原则；当有时则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一个非0符号同极性的符号。
但这可能会破“环极性交替反转”的规律。
这个符号被称为破环符号，用V表示（即+1记为+V,-1记为-V）。
为使附加V符号后原码仍为无直流分量，还必须保证相邻V符号也极性交替。
这一点，当相邻V符号之间有奇数个非0符号时，是能保证的；当有偶数个非0符号时，则不能保证，这时再将该小段的第1个0变换成+B或-B，B符号的极性与前一个非0符号极性相反，并让后面的非0符号从V符号开始在交替变化。
消息码
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
AMI码
-1
0
0
0
0
+1
0
0
0
0
-1
+1
0
0
0
0
-1
+1
HDB3码
-1
0
0
0
-V
+1
0
0
0
+V
-1
+1
-B
0
0
-V
+1
-1
-1
0
0
0
-1
+1
0
0
0
+1
-1
+1
-1
0
0
-1
+1
-1
译码
-1
0
0
0
0
+1
0
0
0
0
-1
+1
0
0
0
0
+1
-1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
（3）、双相码-曼彻斯特码
编码规则为：
每个二进制代码分别用两个具有不同相位的二进制新码去取代的码。
0→01；1→10。
消息码
1
1
0
0
1
0
1
双相码
10
10
01
01
10
01
10
（4）Miller码－延迟调制码
编码规则：
“1”码用码元持续时间中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示。
“0”码分两种情况处理：
对于单个“0”时，在码元持续时间内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变；对于连“0”时，在两个“0”码的边界处出现电平跃变，即“00”与“11”交替。
双相码的下降沿正好对应于密勒码的跃变沿。
（5）CMI码－传号反转码
编码规则：
“1”码交替用“11”和“00”表示；“0”码用“01”表示。
（6）条件双相码（差分曼彻斯特码）：
编码方法：
不仅与当前的信息有关，而且与前一个信息也有关，也就是说同一个码元的电平有关，即用中央时刻的电平跳变来表示信息。
与绝对双相码的不同的是：
对于信息1，则前半时间的电平与前一码元的后半时间电平相同，后半时间与本码元前半时间值相反；对信息0，则前半时间的电平与前一
3、实验步骤
1.产生一组单极性码，并绘制出其时域波形（16个）和功率谱波形
M=10000;%产生码元数
L=20;%每码元复制32次
dt=0.001;%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/TotalT;%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
%单极性码
randwave=round（rand（1,M））;%产生二进制随机码,M为码元个数
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
X=fft（unipolarwave）;
X=X/N;
mPSD=abs（X）.^2/（df^2）;
PSD=fftshift（mPSD）;
PSD=（1/TotalT）.*PSD;
figure;subplot（2,1,1）;plot（Showt,unipolarwave（1:
ShowN））;
subplot（2,1,2）;plot（f,10*log（PSD））;
2.产生步骤1中极性码对应的双极性码、单极性归零码和双极性归零码的时域波形和功率谱波形；
%双极性码
bipolarwave=unipolarwave*2-1;%转换成双极性的
X1=fft（bipolarwave）;
X1=X1/N;
mPSD1=abs（X1）.^2/（df^2）;
PSD1=fftshift（mPSD1）;
PSD1=（1/TotalT）.*PSD1;
figure;subplot（3,2,1）;plot（Showt,bipolarwave（1:
ShowN））;
subplot（3,2,2）;plot（f,10*log（PSD1））;
%单极性归零波形
unipolarzerowave=zeros（1,N）;
fori=1:
dutyradio*L%dutyradio为占空比
unipolarzerowave（i+[0:
M-1]*L）=randwave;
end
X2=fft（unipolarzerowave）;
X2=X2/N;
mPSD2=abs（X2）.^2/（df^2）;
PSD2=fftshift（mPSD2）;
PSD2=（1/TotalT）.*PSD2;
subplot（3,2,3）;plot（Showt,unipolarzerowave（1:
ShowN））;
subplot（3,2,4）;plot（f,10*log（PSD2））;
%双极性归零波形
bipolarzerowave=unipolarzerowave*2-1;%转换成双极性的
X3=fft（bipolarzerowave）;
X3=X3/N;
mPSD3=abs（X3）.^2/（df^2）;
PSD3=fftshift（mPSD3）;
PSD3=（1/TotalT）.*PSD3;
subplot（3,2,5）;plot（Showt,bipolarzerowave（1:
ShowN））;
subplot（3,2,6）;plot（f,10*log（PSD3））;
3.产生步骤1中极性码对应的曼彻斯特码、差分曼彻斯特码和CMI码的时域波形和功率谱波形；
%曼彻斯特码
manchesewave=zeros（1,N）;
fori=0:
M-1%
if（randwave（i+1）==1）
manchesewave（i*L+1:
i*L+L/2）=0;
manchesewave（i*L+L/2+1:
i*L+L）=1;
else
manchesewave（i*L+1:
i*L+L/2）=1;
manchesewave（i*L+L/2+1:
i*L+L）=0;
end
end
X4=fft（manchesewave）;
X4=X4/N;
mPSD4=abs（X4）.^2/（df^2）;
PSD4=fftshift（mPSD4）;
PSD4=（1/TotalT）.*PSD4;
figure;subplot（2,2,1）;plot（Showt,manchesewave（1:
ShowN））;
subplot（2,2,2）;plot（f,10*log（PSD4））;
%差分曼彻斯特码
diffmanchesewave=zeros（1,N）;
lastcode=1;
fori=0:
M-1%
if（randwave（i+1）==1）%有跳变
if（lastcode==1）
diffmanchesewave（i*L+1:
i*L+L/2）=0;
diffmanchesewave（i*L+L/2+1:
i*L+L）=1;
lastcode=1;
else
diffmanchesewave（i*L+1:
i*L+L/2）=1;
diffmanchesewave（i*L+L/2+1:
i*L+L）=0;
lastcode=0;
end
else
if（lastcode==1）
diffmanchesewave（i*L+1:
i*L+L/2）=1;
diffmanchesewave（i*L+L/2+1:
i*L+L）=0;
lastcode=0;
else
diffmanchesewave（i*L+1:
i*L+L/2）=0;
diffmanchesewave（i*L+L/2+1:
i*L+L）=1;
lastcode=1;
end
end
end
X5=fft（diffmanchesewave）;
X5=X5/N;
mPSD5=abs（X5）.^2/（df^2）;
PSD5=fftshift（mPSD5）;
PSD5=（1/TotalT）.*PSD5;
subplot（2,2,3）;plot（Showt,diffmanchesewave（1:
ShowN））;
subplot（2,2,4）;plot（f,10*log（PSD5））;
4、产生步骤1中极性码对应的密勒码、AMI码和HDB3码的时域波形和功率谱波形。
%密勒码
millwave=zeros（1,N）;
lastcode=1;
zeronum=0;
fori=0:
M-1%
if（randwave（i+1）==1）%有跳变
if（lastcode==1）
millwave（i*L+1:
i*L+L/2）=1;
millwave（i*L+L/2+1:
i*L+L）=0;
lastcode=0;
zeronum=0;
else
millwave（i*L+1:
i*L+L/2）=0;
millwave（i*L+L/2+1:
i*L+L）=1;
lastcode=1;
zeronum=0;
end
else
if（lastcode==1）
if（zeronum==0）%单零不跳
millwave（i*L+1:
i*L+L/2）=1;
millwave（i*L+L/2+1:
i*L+L）=1;
lastcode=1;
else
millwave（i*L+1:
i*L+L/2）=0;
millwave（i*L+L/2+1:
i*L+L）=0;
lastcode=0;
end
zeronum=zeronum+1;
else
if（zeronum==0）%单零不跳
millwave（i*L+1:
i*L+L/2）=0;
millwave（i*L+L/2+1:
i*L+L）=0;
lastcode=0;
else
millwave（i*L+1:
i*L+L/2）=1;
millwave（i*L+L/2+1:
i*L+L）=1;
lastcode=1;
end
zeronum=zeronum+1;
end
end
end
X7=fft（millwave）;
X7=X7/N;
mPSD7=abs（X4）.^2/（df^2）;
PSD7=fftshift（mPSD7）;
PSD7=（1/TotalT）.*PSD7;
%figure;subplot（3,2,1）;plot（Showt,millwave（1:
ShowN））;
%subplot（3,2,2）;plot（f,10*log（PSD7））;
%AMI码
amiwave=zeros（1,N）;
lastcode=1;
fori=0:
M-1%
if（randwave（i+1）==1）%有跳变
if（lastcode==1）
amiwave（i*L+1:
i*L+L）=-1;
lastcode=-1;
else
amiwave（i*L+1:
i*L+L）=1;
lastcode=1;
end
else
amiwave（i*L+1:
i*L+L）=0;
end
end
X8=fft（amiwave）;
X8=X8/N;
mPSD8=abs（X8）.^2/（df^2）;
PSD8=fftshift（mPSD8）;
PSD8=（1/TotalT）.*PSD8;
%subplot（3,2,3）;plot（Showt,amiwave（1:
ShowN））;
%subplot（3,2,4）;plot（f,10*log（PSD8））;
%HDB3码
hdb3wave=zeros（1,N）;
lastcode=1;%上一个1状态
vonevcount=0;%相邻V之间连1数目
zerocount=0;%连零数目
fori=0:
M-1%
if（randwave（i+1）==1）%有跳变
if（lastcode==1）
hdb3wave（i*L+1:
i*L+L）=-1;
lastcode=-1;
vonevcount=vonevcount+1;
else
hdb3wave（i*L+1:
i*L+L）=1;
lastcode=1;
vonevcount=vonevcount+1;
end
else
zerocount=zerocount+1;
if（zerocount==4）
if（mod（vonevcount,2）==1）%相邻V之间有奇数个1
if（lastcode==1）%插入000+V
hdb3wave（i*L+1:
i*L+L）=1;
else%插入000-V
hdb3wave（i*L+1:
i*L+L）=-1;
end
vonevcount=0;
else
if（lastcode==1）%插入-B00-V
hdb3wave（（i-3）*L+1:
（i-3）*L+L）=-1;
hdb3wave（i*L+1:
i*L+L）=-1;
lastcode=-1;
else%插入+B00+V
hdb3wave（（i-3）*L+1:
（i-3）*L+L）=+1;
hdb3wave（i*L+1:
i*L+L）=1;
lastcode=1;
end
vonevcount=0;
end
zerocount=0;
else
hdb3wave（i*L+1:
i*L+L）=0;
end
end
end
X9=fft（hdb3wave）;
X9=X9/N;
mPSD9=abs（X9）.^2/（df^2）;
PSD9=fftshift（mPSD3）;
PSD9=（1/TotalT）.*PSD3;
%subplot（3,2,5）;plot（Showt,hdb3wave（1:
ShowN））;
%subplot（3,2,6）;plot（f,10*log（PSD9））;
四、思考题
1、分析产生的各种基带码型的时域波形和功率谱特性；
2、试从曼彻斯特码、差分曼彻斯特码、CMI码密勒码、AMI码和HDB3码中任选一种设计其解码波形；
2、试从曼彻斯特码、差分曼彻斯特码、CMI码密勒码、AMI码和HDB3码中任选一种设计其基于VHDL的编解码波形。
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