815数字基带信号传输码型发生器设计

8.15数字基带信号传输码型发生器设计常见的几种基带码1.单极性非归零码（NRZ码）2.双极性非归零码（NRZ码）3.单极性归零码（RZ码）4.双极性归零码（RZ码）5.差分码6.交替极性码（AMI码）7.分相码（曼彻斯特码）8.编码信号反转码（CMI码）单极性非归零码（NRZ码）双极性非归零码（NRZ码）单极性归零码（RZ码）双极性归零码（RZ码）差分码1.单极性非归零码（NRZ码）这种传输码的零电平与正电平（或负电平）分别对应于二进制代码中的“0”码与“1”码。它的特点是：脉冲极性单一，有直流分量；脉冲波的占空比为100％，即一个脉冲持续的时间等于一个码元的宽度，在整个码元期间电平保持不变。单极性非归零码不能直接提取同步信号，传输时需要信道一端接地，这样不能用两根芯线均不接地的电缆等传输线。2.双极性非归零码（NRZ码）这种传输码的正、负电平分别对应于二进制代码中的“1”码与“0”码。从信号的一般统计规律看，由于“1”码与“0”码出现的概率相等，所以这种传输码的平均电平为零，即无直流分量。这样在接收端恢复信号时，其判决电平可取为零伏，因而可消除因信道对直流电平的衰减而带来判决电平变化的影响。这种传输码还有抗干扰能力强的特点。双极性非归零码的主要缺点是：不能直接从双极性码中提取同步信号；“1”“0”码不等概时，仍有直流成分。3.单极性归零码（RZ码）与单极性非归零码不同，发送“1”时在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平，即此方式中，在传送“1”码时发送一个宽度小于码元持续时间的归零脉冲；传送“0”码时不发送脉冲。其特征是所用脉冲宽度比码元宽度窄，即还没到一个码元的终止时刻就回到零值，因此称单极性归零码。脉冲宽度，与码元宽度T之比τ／T叫占空比。单极性归零码与单极性非归零码比较，主要优点是可以直接提取同步信号。接下页它可作为其它码型提取同步信号时需要采取的一个过渡码型，即其它适合信道传输，但不能直接提取同步信号的码型，可先变换为单极性归零码再提取同步信号。单极性归零码脉冲间隔明显，有利于减小码元间的波形干扰和提取同步时钟信息，但由于脉宽窄，码元能量小，匹配接收时的输出信噪比比NRZ码低。4.双极性归零码（RZ码）这种传输码与RZ码相似，都是脉冲的持续时间小于码元宽度，并且都是在码元时间内回到零值。与RZ码不同的是，“1”码与“0”码分别是用正、负两种电平来表示。由于相邻脉冲之间必有零电平区域存在。因此，在接收端根据接收波形归于零电平便知道1比特的信息已接收完毕，以便准备下一比将信息的接收。接下页正负脉冲的前沿起了起动信号的作用，后沿起了终止信号的作用，有利于接收端提取定时信号。因此可以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。此方式也叫做自同步方式。5.差分码差分码利用前后码元电平的相对极性变化来传送信息，又称为相对码。这种传输码不是用脉冲本身的电平高低来表示二进制代码的“1”码与“0”码，而是用脉冲波的电平变化来表示码元的取值，即当码元的取值为“1”时，脉冲波的电平变化一次；而当码元的取值为“0”时，脉冲波的电平不变。这种方式的特点是，即使接收端收到的码元极性与发送端的完全相反，也能正确进行判决。采用这种波形传送二进制代码时，可以消除设备初态的影响，尤其对于调相系统来说，可以有效地消除解调时相位模糊的问题。6.交替极性码（AMI码）AMI码名称较多，如双极方式码、平衡对称码、传号交替反转码等。它是CCITT建议作为基带传输系统中的传输码型之一。编码规则是，二进制代码中的“1”码由正、负极性交替的脉冲表示，其脉宽等于码元周期的一半；二进制代码中的“0’码由零电平表示。此方式是单极性方式的变形，即把单极性方式中的“0”码与零电平对应，而“1”码发送极性交替的正、负电平。这种码型实际上把二进制脉冲序列变成为三电平的符号序列（故叫伪三元信号）其优点如下：在“1”、“0”码不等概条件下也无直流成分，且零频附近低频分量小，因此对具有变压器或其它交流耦合的传输信道来说，不易受到隔直特性的影响；若接收端收到的码元极性与发送端完全相反也能正确判决；只要进行全波整流就可以变为单极性码，如果交替极性码是归零的，变为单极性归零码后就可以提取同步信号。由于这些优点，因此它是最常用的码型之一。但当传输信息中存在长连“0”码的情况时，这种传输码将会由于长时间不出现电平跳变，从而给接收端在提取定时信号时带来困难。AMI码在连0码过多时提取定时信号有困难。这是因为在连0码时AMI输出均为零电平，连0码这段时间内无法提取同步信号，而前面非连0码时提取的位同步信号又不能保持足够的时间。这是这种传输码的不足之处。7.分相码（曼彻斯特码）这种码型的特点是每个码元用两个连续极性相反的脉冲表示。如“1”码用正、负脉冲表示，“0”码用负、正脉冲表示。这种码型不论信号的统计关系如何，均完全消除了直流分量，且有较尖锐的频谱特性。同时这种码在连1和连0的情况下都能显示码元间隔，这有利于接收端提取码同步信号。8.编码信号反转码（CMI码）编码信号反转码（CMI码）是由CCITT建议、适合于光信道传输的码型之一。它的基本设想是将原来二进制代码序列中的一位码变为两位码，以增加信号的富裕度。其具体的编码规则是：二进制代码中的“1”码交替地用“11”和“00”表示；“0”码则固定地用“01”表示。接下页CMI码是一种二元码。CMI码的特点是电平随二进制数码依次跳变，因而便于恢复定时信号，尤其当用负跳变直接提取定时信号时，不会产生相位不确定问题；具有检测错误的能力。因为在这种传输码中，只有00、11、01这三种码组，而没有10这一码组。因此，接收端可根据这一特性对接收码进行检错。基带码发生器方框图及电路符号常用基带码发生器的原理框图说明：双极性的码形需要数字部分+模拟电路来实现，图中没有包含模拟电路部分，输出信号为数字信号。对双极性的信号如双极性归零码（RZ）、交替极性码（AMI）码码形输出时引入正负极性标志位，而对双极性非归零码（NRZ）和差分码码形输出时由低电平表示负极性。基带码发生器外部接口引脚图Dat：二进制数据输入端；Clk：系统时钟输入端；Start：始能信号输入端；AMI（0）：交替极性码码形输出端；AMI（1）：正负极性标志位输出端；SRZ（0）：双极性信号码形输出端；SRZ（1）：正负极性标志位输出端；CFM：差分码码形输出端；CMI：编码信号反转码码形输出端；DRZ：单极性归零码码形输出端；FXM：分相码（曼彻斯特码）码形输出端；NRZ：单极性非归零码码形输出端；码形转换原理说明：1.“高位”为正负极性标志位，其中高电平（‘1’）表示负极性，低电平（‘0’）表示正极性；2.“”表示高、低两种电平；基带码发生器VHDL程序与仿真基带码发生器程序--文件名：HS_UJDM--功能：基于VHDL硬件描述语言，产生常用基带码--最后修改日期：2004.3.27libraryIEEE;useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;接下页entityHS_UJDMisPort(clk:instd_logic;--系统时钟Start:instd_logic;--始能信号dat:instd_logic_vector(15downto0);--二进制数据输入端NRZ:outstd_logic;--非归零信号输出端DRZ:outstd_logic;--单极性归零信号输出端SRZ:outstd_logic_vector(1downto0);--双极性归零信号输出端AMI:outstd_logic_vector(1downto0);--交替极性信号输出端CFM:outstd_logic;--差分信号输出端CMI:outstd_logic;--编码信号反转码信号输出端FXM:outstd_logic);--分相码（曼彻斯特码）信号输出端endHS_UJDM;architectureBehavioralofHS_UJDMisbegin接下页process(clk,start)variablelatch_dat:std_logic_vector(15downto0);--十六位二进制信号锁存器variablelatch_sig:std_logic;--高位信号锁存器variablelatch_cfm:std_logic;--差分码信号寄存器variablelatch_cnt:std_logic;--基带码同步信号variablecount_fri:integerrange0to8;--分频计数器（码宽定义）variablecount_mov:integerrange0to16;--移位计数器beginifstart='0'thenlatch_cnt:='0';--异步复位latch_cfm:='0';latch_sig:='0';count_fri:=7;count_mov:=16;--异步置位latch_dat:=0000000000000000;接下页elsifrising_edge(clk)thencount_fri:=count_fri+1;--分频计数器+1ifcount_fri=8thencount_fri:=0;--计数到8ifcount_mov16thencount_mov:=count_mov+1;--移位计数器+1latch_sig:=latch_dat(15);--二进制码高位移入latch_sig中atch_dat:=latch_dat(14downto0)&'0';--二进制数据向高位移动一位，低位补零elselatch_dat:=dat;count_mov:=0;--载入下一轮将发送的数据latch_cfm:='0';latch_sig:='0';latch_cnt:='0';--寄存器复位endif;iflatch_sig='1'thenlatch_cfm:=not(latch_cfm);--差分码信号寄存器中信号取反endif;endif;ifcount_fri4thenlatch_cnt:='1';--基带码同步信号的占空比调节elselatch_cnt:='0';endif;endif;接下页NRZ=latch_sig;--非归零码信号DRZ=latch_sigandlatch_cnt;--单极性归零码信号SRZ(0)=latch_cnt;--双极性归零码信号SRZ(1)=not(latch_sig);--SRZ（1）=‘1’表示负极性AMI(0)=latch_sigandlatch_cnt;--极性交替码信号AMI(1)=not(latch_cfm);--AMI（1）=‘1’表示负极性CFM=latch_cfm;--差分码信号FXM=latch_cntxnorlatch_sig;--分相码信号iflatch_sig='1'thenCMI=latch_cfm;--编码信号反转码elseCMI=not(latch_cnt);endif;endprocess;endBehavioral;（常用基带码时序仿真全图）（常用基带码时序仿真-局部放大图）