完整word版AMI与HDB3码波形与功率谱密度实验docWord格式文档下载.docx

1、占据的频率带宽通常从直流和低频开始， 因此称为数字基带信号。 而某些有线信道中， 特别是传输距离不太远的情况下， 数字基带信号可以直接传送， 我们称之为数字信号的基带传输。数字基带信号是数字信息的电脉冲表示， 不同形式的数字基带信号 （又称码型） 具有不同的频谱结构， 合理地设计数字基带信号以使数字信息变换为适合于给定信道传输特性的频谱结构，是基带传输首先要考虑的问题。 通常又把数字信息的电脉冲表示过程称为码型变换，在有线信道中传输的数字基带信号又称为线路传输码型。事实上，在数字设备内部用导线连接起来的各器件之间就是用一些最简单的数字基带信号来传送定时和信息的。 这些最简单的数字基带信号的频谱

2、中含有丰富的低频分量乃到直流分量。 由于传输距离很近，高频分量衰减也不大。 但是数字设备之间长距离有线传输时，高频分量衰减随着距离的增加而增大， 同时信道中往往还存在隔直流电容或耦合变压器， 因而1传输频带的高频和低频部分均受限。此时必须考虑码型选择问题。归纳起来，在设计数字基带信号码型时应考虑到以下原则：1）在选用的码型的频谱中应该没有直流分量，低频分量也应尽量少。这是因为终端机输出电路或再生中继器都是经过变压器与电缆相连接的， 而变压器是不能通过直流分量和低频分量的。2）传输型的频谱中高频分量要尽量少。这是因为电缆中信号线之间的串话在高频部分更为严重，当码型频谱中高频分量较大时，就限制了信

3、码的传输距离或传输质量。3） 码型应便于再生定时电路从码流中恢复位定时。若信号连“ 0”较长，则等效于一段时间没有收脉冲，恢复位定时就困难，所以应该使变换后的码型中连“ 0”较少。4）设备简单，码型变换容易实现。5）选用的码型应使误码率较低。双极性基带信号波形的误码率比单极性信号低。1、编码规则（1） NRZ 码NRZ 码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为零电平）分别表示二进制信息 “1和”“0”在整个码，元期间电平保持不变。例如： E（2）RZ 码RZ 码的全称是单极性归零码，与 NRZ 码不同的是，发送 “ 1时”在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余

4、时间内则返回到零电平。1 0 1 0 0 1 1 0（3） AMI 码我们用“ 0”和“ 1”代表传号和空号。 AMI 码的编码规则是“ 0”码不变，“ 1”码则交替地转换为 1 和 1。当码序列是 100100011101 时， AMI 码就变为： 100 1000 1 110 1。这种码型交替出现正、负极脉冲，所以没直流分量，低频分量也很少，它的频谱如图 5-1 所示， AMI 码的能量集中于 f0/2 处 （f0 为码速率 ）。信息代码： 10011000111AMI 码： +1 0 0-1+1 0 0 0-1+1- 1由于 AMI 码的传号交替反转，故由于它决定的基带信号将出现正负脉冲

5、交替，而0 电位保持不变的规律。 这种基带信号无直流成分， 且只有很小的低频成分， 因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。除了上述特点以外， AMI 码还有编译码电路简单以及便于观察误码情况等优点，它是以种基本的线路码，在高密度信息流得数据传输中，得到广泛采用。但是， AMI 码有一个2重要缺点， 即当它用来获取定时信息时， 由于它可能出现长的连 0 串，因而会造成提取定时信号的困难。（4） HDB3 码HDB3 码是对 AMI 码的一种改进码，它的全称是三阶高密度双极性码。其编码规则如下：用 B 脉冲来保证任意两个相连取代节的 V 脉冲间“ 1”的个数为奇数。当相邻 V 脉冲间“

6、1”码数为奇数时，则用“ 000V ”取代，为偶数个时就用“ B00V ”取代。在 V 脉冲后面的“ 1”码和 B 码都依 V 脉冲的极性而正负交替改变。为了讨论方便，我们不管“ 0”码，而把相邻的信码“ 1”和取代节中的 B 码用 B1B2 .Bn 表示， Bn 后面为 V ，选取“ 000V ”或“ B00V ”来满足 Bn 的 n 为奇数。当信码中的 “ 1”码依次出现的序列为 VB1B2B3.BnVB1时， HDB3 码为 .或为 .。由此看出， V 脉冲是可以辩认的，这是因为 Bn 和其后出现的 V 有相同的极性，破坏了相邻码交替变号原则，我们称 V 脉冲为破坏点，必要时加取代节 B

7、OOV ，保证 n 永远为奇数，使相邻两个 V 码的极性作交替变化。由此可见，在 HDB3 码中。相邻两个 V 码之间或是其余的“ 1”码之间都符合交替变号原则，而取代码在整修码流中不符合交替变号原则。经过这样的变换，既消除了直流成分，又避免了长连 “0”时位定时不易恢复的情况， 同时也提供了取代信息。 图 5-2 给出了 HDB3码的频谱，此码符合前述的对频谱的要求。代码： 1000 0 1000 0 1 1 000 0 1 1 -1000 0 +1000 0 -1 +1 000 0 -1 +1HDB3 码：-1000 -V +1000 +V -1 +1 -B00 -V +1 -1HDB3

8、码的特点是明显的，它除了保持 AMI 码的优点外，还增加了使连 0 串减少到至多 3 个的优点，而不管信息源的统计特性如何。 这对于定时信号的恢复是十分有利的。 HDB3码是 CCITT 推荐使用的码型之一。（5） CMI 码CMI 码是传号反转码的简称， 其编码规则为： “ 1码”交替用 “ 11和”“ 00表”示；“ 0码”用 “ 01”表示。CMI 码：110 00 11 1这种码型有较多的电平跃变，因此含有丰富的定时信息。该码已被CCITT 推荐为 PCM（脉冲编码调制）四次群的接口码型。在光缆传输系统中有时也用作线路传输码型。（6） BPH 码BPH 码的全称是数字双相码（ Digi

9、tal Biphase），又称 Manchester 码，即曼彻斯特码。它是对每个二进制码分别利用两个具有 2 个不同相位的二进制新码去取代的码， 编码规则之一是：3010（零相位的一个周期的方波）101（ 相位的一个周期的方波）双相码：0110双相码的特点是只使用两个电平，这种码既能提供足够的定时分量，又无直流漂移， 编码过程简单，但这种码的带宽要宽些。2、功率谱计算数字基带信号一般是随机信号， 因此不能用求确定信号频谱函数的方法来分析它的频谱特性。 随机信号的频谱特性必须用功率谱密度来描述。 对任意一种给定的数字基带信号， 计算功率谱密度不是一件容易的事，往往需要繁复的数学计算。假设数字基

10、带信号以某种标准波形 g（t）在码元周期 Ts 内传送出去，则数字基带信号可用随机序列S（t）nan g （t nTs ）（ 2-1）这里， an 是基带信号在 nTs t （n+1）Ts 时间间隔内幅度值，由编码规律及输入信码决定； Ts 为码元周期； g（t） 为标准脉冲波形。由于一般情况下， 数字基带信号不是广义平稳随机过程，因此不能直接引用确定信号时自相关函数和功率谱密度之间存在的傅氏变换关系，即维纳-幸钦关系式。但若这种周期性平稳随机过程是各态历经性的，则可以导出它的平均功率谱密度计算式，于是：s （ f ）1 G（ f ）E 2 a（ R（k ）E2 a） cos（2 kfTs ）

11、（ 2-2）R（0）Tsk 1其中， G（f） 是脉冲波形 g（t）的傅氏变换，E a E an an ，（ n 为任何值）； R（k ）E an ank an an k除了上式所定义的连续谱外，还在频率为k / Ts 处存在如下所示的离散线谱：k2E 2 a）（ 2-3）S（ ）Ts2G （ f）这里， （ f ） 为狄拉克函数。AMI 码与 HDB3 码的频谱示意图如图2-1 与 2-2。4pf0 f0/2 f0 3f0/2 2f0图 2-1 AMI 码的频谱示意图非归零码1.0 HDB3谱率功 AMI0.5 化一归0.5 fT 1.0图 2-2 HDB3 码的频谱示意图四、实验仪器Windows NT/2000/XP/Windows 7/VISTA ；MATLAB V6.0 以上。五、实验内容1、利用 MATLAB 软件，编写 .M 文件，随机产生一组单极归零（ RZ ）码与单极非归零（NRZ ）码，并计算出功率谱，如图 2-1。5单极性RZ码波形单极性NRZ码波形值幅-1-22030