常见码型

4.1.2常用的传输码型1、单极性非归零码（图4-1（a））单极性非归零码用高电平和零电平分别表示二进制信息的“1”和“0”，在整个码元期间电平保持不变，故记为NRZ（Non-Return-to-Zero）。2、单极性归零码（图4-1（b））单极性归零码也用高电平和零电平分别表示二进制信息的“1”和“0”，但与单极性非归零码不同的是，单极性归零码发送“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，故记为RZ（Return-to-Zero）。设码元间隔为sT，归零码脉冲宽度为，则sT称为占空比。图4-1（b）中RZ码占空比为50%。从图4-1中可以看出，单极性码存在直流分量，且信号功率主要集中在低频部分，因此，不适宜作为信道传输码型。但由于RZ码中含有信号脉冲的重复频率，即信号功率谱在sff处存在着离散的谱线，通过窄带滤波即可提取位定时分量，因此单极性归零码是其它码型提取同步信息时采用的一种过渡码型。即对于适合信道传输但不能直接提取同步信息的码型，可将其变成单极性归零码后提取同步信息。在PCM（脉冲编码调制）设备内部，通常是从RZ码中提取时钟。（a）Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Tsts(t)011101010fs2fs3fsf0fs2fs3fsf2TsTs3Ts4Ts5Ts6Tsts(t)（b）01110101（c）Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Tsts(t)011101010fs2fs3fsf-1(a)单极性非归零码；(b)单极性归零码；(c)双极性非归零码图4-1常用二元码及其功率谱3、双极性非归零码（图4-1（c））在这种码中，用正电平和负电平分别表示“1”和“0”。与单极性非归零码相同的是，整个码元期间电平保持不变，因而在这种码型中不存在零电平。如图4-1所示，上述三种最简单的二元码的功率谱中有丰富的低频乃至直流分量，这对于大多数采用交流耦合的有线信道来说是不允许的。此外，当信息中出现长串的连续“1”或“0”时，非归零码呈现连续的固定电平。由于信号中不出现电平跃变，因而无法提取定时信息。单极性归零码在传送连续“0”时，也存在同样的问题。这三种码型存在的另一个问题是，信息“1”和“0”分别独立地对应于某个传输电平，相邻信号之间不存在任何制约，因此基带信号不具有检测错误的能力。由于以上这些问题，这三种码型通常只用于机内和近距离的信息传输。4、差分码在差分码中，“1”、“0”分别用相邻码元之间发生电平跳变或不变来表示。若用电平跳变来表示“1”，则称为传号差分码（在电报通信中常把“1”称为传号，把“0”称为空号）。若用电平跳变来表示“0”，则称为空号差分码。图4-2中分别画出传号差分码和空号差分码的波形。二元差分码的编码规则如下：传号差分：1kkkdad空号差分：1kkkdad式中，kd为差分码序列，ka为二进制信码序列。11101001000110二进制信码AAA000（a）（b）（c）Ts（a）单极性非归零码；（b）单极性传号差分码；（c）单极性空号差分码图4-2差分码波形差分码并未解决前述三种简单二元码所存在的问题。但由于差分码的电平与信码“1”、“0”之间不存在绝对的对应关系，而是用电平的相对变化来传输信息，因此，它可以用来解决相移键控相干解调时因接收端本地载波相位模糊而引起的信息“1”、“0”倒换问题，所以得到广泛应用。由于差分码中电平只具有相对意义，因而又称为相对码。5、AMI码（图4-3（a））AMI（AlternateMarkInversion）码即传号交替反转码。它将信码（NRZ码）中的“0”仍编为“0”，而信码（NRZ码）中的“1”码编为“1”或“1”极性交替的归零码。例如：消息代码：100011101AMI码：+1000-1+1-10+1AMI码的功率谱见图4-4所示。AMI码的优点如下：（1）无直流分量，且低、高频分量少，传输频带窄，可提高信道的利用率；（2）具有一定的检错能力，因为在AMI码流中，传号“1”码的极性是交替反转的，利用这一特点可检测部分误码；（3）通过对AMI码进行全波整流使之变为RZ码，可实现定时时钟提取的目的。AMI码的主要缺点是当原二进制信码序列中出现长连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号困难。解决连“0”码问题的有效方法之一是将二进制信息先进行随机化处理，变为伪随机序列，然后再进行AMI编码。ITU（InternationalTelecommunicationUnion，国际电信联盟）建议的北美系列的一、二、三次群接口码都使用经扰码后的AMI码。解决连“0”码问题的另一类有效办法是采用AMI码的改进码型——3HDB码。6、3HDB码3HDB（HighDensityBipolar）即三阶高密度双极性码，它是AMI码的一种改进型。3HDB码为连“0”抑制码。其编码规则如下：（1）当二进制序列中的连“0”码个数不大于3时，其编码方法同AMI码。（2）当连“0”码个数超过3时，则以每四个连“0”码分为一节，分别用“V000”或“V00B”的取代节代替。其中B表示符合极性交替规律的传号，V表示破坏极性交替规律的传号。3HDB码的取代原则如下：①出现四个连“0”码时，用取代节“V000”或“V00B”取代；②如果两个相邻破坏点（V）码中间有奇数个原始传号（B码除外），用“V000”代替，且V码的极性与其前一传号的极性相同；③如果两个相邻破坏点中间有偶数个原始传号（B码除外），用“V00B”代替，且B和V与其前一传号的极性相反。[例4-1]设前一破坏点的极性为负（记为V-），求NRZ码所对应的HDB3码。NRZ码：10110000000110000001HDB3码：V-+10-1+1000V+000-1+1B-00V-00+1从HDB3码中可以看出V码的极性正好交替反转，因而整个信号仍保持无直流分量。上述3HDB码的波形示于图4-3（b）中。虽然3HDB码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从上述原理可以看出，由于3HDB码在编码时V码破坏了极性交替原则，因此译码时V码很容易识别，一经发现两个传号的极性一致，后一传号与其前三位码全部变为“0”码，从而恢复4个连“0”码。再将+1、-1变成“1”后便得到原信息代码。10110000000110000001+10-1+1000V+000-1+1B-00V-00+1二进制信息（a）（b）（a）AMI码（b）HDB3码图4-3AMI、HDB3码波形3HDB码的功率谱密度如图4-4所示。3HDB码除保持了AMI码的优点外，还将连“0”码限制在3个以内，故有利于位定时信号的提取。因此，3HDB码是应用最为广泛的码型，ITU建议3HDB码作为欧洲系列PCM一、二、三次群的传输码型。0.51.0fTs非归零码HDB3AMI0图4-4HDB3和AMI码的功率谱7、CMI码（图4-5（a））CMI（CodedMarkInversion）码即传号反转码，它是一种二电平非归零码。表4-1给出其编码规则。用“01”代表输入二元码的空号“0”；用“00”或“11”代表输入原码的传号“1”，若一个传号编为“00”，则下一个传号必须编为“11”。表4-1CMI码编码表NRZ码CMI码0101010011CMI码的主要优点是没有直流分量，有频繁出现的波形跳变，便于恢复定时信号，具有一定的检测错误的能力。由于CMI码易于实现，且具有上述优点，所以，在高次群脉冲编码调制终端设备中CMI码被广泛用作接口码型，在速率低于8448kbit/s的光纤数字传输系统中也被推荐为线路传输码型。ITU的G.703建议中，将其作为PCM四次群的接口码型。8、数字双相码（图4-5（b））数字双相码（DigitalBiphase）又称为分相码（Biphase，Split-phase）或曼彻斯特码（Manchester）。它用一个周期的方波表示“1”，而用它的反相波形表示“0”。如“0”码用01（零相位的一个周期的方波）表示，则“1”码用10（π相位的一个周期的方波）表示。[例4-2]消息代码：1100101双相码：10100101100110由于双相码在每个码元间隔的中心都存在电平跳变，因此频谱中存在很强的定时分量。此外，由于方波周期内正、负电平各占一半，因而不存在直流分量。显然，上述优点是用频带加倍来换取的。数字双相码适用于数据终端设备在中速短距离上的传输，如由Xerox、DEC和Intel公司共同开发的10Base-T“以太”网中采用了数字双相码作为线路传输码型。在数字双相码和CMI码中，原始的二元信息在编码后都用一组两位的二元码来表示，因此这类码又称为1B2B码型。9、密勒码密勒（Miller）码又称延迟调制码，它是数字双相码的一种变形。编码规则如下：“1”码要求码元起点电平与其前一个相邻码元的末相电平一致、并且在码元间隔中心点出现电平跃变来表示（即根据具体情况选用“10”或“01”表示）。“0”码有两种情况：单个“0”时，在码元周期内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变；连“0”时，则在前一个“0”结束（也就是后一个“0”开始）时出现电平跃变。AAA-A-A-A000a)b)c)t/Tst/Tst/Ts1101001（a）CMI码；（b）数字双相码；（c）密勒码图4-5CMI码、数字双相码和密勒码的波形为了便于理解，图4-5（b）和（c）示出了代码序列为11010010时，数字双相码和密勒码的波形。由图4-5（c）可见，若两个“1”码中间有一个“0”时，密勒码流中出现最大宽度，即两个码元周期。这一性质可用来进行宏观检错。比较图4-5中的（b）和（c）两个波形可以看出，数字双相码的下降沿正好对应于密勒码的跃变沿。因此，用数字双相码的下降沿去触发双稳电路，即可输出密勒码。密勒码最初用于气象卫星及磁带记录，现用于传递低速数据的基带数传机。10、多元码为了进一步提高频带利用率，可以采用信号幅度具有更多取值的数字基带信号，即多元码。在多元码中，每个符号可以表示一个二进制码组，因而成倍地提高了频带利用率。对于k位二进制码组来说，可以用kM2元码来传输。与二元码传输相比，M元码传输时所需要的信号频带可降为k1，即频带利用率提高为k倍。2B1Q中，2个二进制码元用1个四元码表示，如图4-6所示。为了减小在接收时因错误判定幅度电平而引起的误比特率，通常采用格雷码表示，此时相邻幅度电平所对应的码组之间只发生1个比特错误。01100011信息码10110100图4-62B1Q基带信号波形由于频带利用率高，多元码在频带受限的高速数字传输系统中得到广泛应用。在综合业务数字网中，以电话线为传输媒介的数字用户环路的基本传输速率为144kb/s。在这种频带受限的基带传输系统中，线路码型的选择是个重要问题，ITU已将四元码2B1Q列为建议标准。另外，在部分高速DSL，如SDSL（synchronizationDigitalSubscriberLine对称数字用户线）和HDSL（High-data-rateDigitalSubscriberLine高速率数字用户线）中也采用了2B1Q编码方式。多元码不仅用于基带传输，而且更广泛地应用于调制传输中，关于这方面的问题将在第5章中讲述。