大數據背景下數字基帶信號傳輸常用碼型的專業分析與比較

趙瑄（西安明德理工學院信息工程學院）

■ 引言

在基帶傳輸系統中，并非所有原始基帶數字信號都適合在線路上傳輸。例如，富含DC和低頻成分的基帶信號不適合在某些具有電容耦合電路或線路的低端傳輸頻帶受限的設備中進行傳輸，因為這會導致信號失真。在另一個示例中，如果代碼以長連續的“0”或“1”符號顯示，則基帶信號顯示為長期不變的低電平或高電平，因此基帶信號有多種可能性。概括地說，對傳輸用基帶信號的要求主要有兩點：

（1）對傳輸碼型的要求：將原始信息符號編制成適合傳輸用的碼型。

（2）對基帶脈沖波形的要求：電波型要適合在信道中傳輸。[1]

■ 傳輸碼型選擇原則

傳輸代碼也稱為條形碼，其結構取決于實際通道的特性和系統的工作條件。由于不同的代碼模式具有不同的屬性，因此在為特定的信道傳輸屬性設計適當的代碼模式時，通常應遵循以下原則：

（1）代碼模板不包含直流項，并且低頻項盡可能少。

（2）編碼方案中的高頻元素盡可能小，以便存儲發射頻帶并減少交叉。

（3）信號的干擾抑制能力必須強。

（4）碼型中應包含定時分量，以便提取位同步信號。

（5）編碼方案要適用于信源變化。

（6）誤碼增值要小。

（7）碼型具有一定的檢錯能力。

（8）編碼效率應該很高，并且編碼和解碼設備應該盡可能簡單。

任何基帶信號都不能完全滿足上述原理，應根據實際要求滿足幾個要點（如圖1）。

■ 幾種常用的傳輸碼型

（一）AMI碼（傳號交替反轉碼）

編碼規則：二進制碼0保持不變，1碼交替用半占空歸 零碼+1和-1如圖2示。

優點：（1）沒有DC分量，其概率為0和1。

（2）Malalt零頻率附近的低頻元素很小。

（3）整流后的RZ碼（雙極性歸零碼）。

（4）如果接收端接收到的符號的極性相反，則可以正確地做出判斷。

缺點：如果0代碼太多，則提取位同步信號將變得困難。

（二）HDB3碼（三階高密度雙極性碼）

編碼規則：如果信息代碼包含4個或多個0代碼，請改用000V或B00V。

如果兩個V代碼之間有奇數個1，則將其替換為000V。否則，將其替換為000V。

如果兩個V代碼之間有偶數個1，請改用B00V。

1個代碼，補碼（代碼B），兩個符號極性相反；（如圖3）

譯碼簡單：V碼及前3個信碼必是連零的，以便恢復4個連0碼，再將所有的-1、+1恢復為原始信息代碼。

（三）雙相碼（曼徹斯特碼）

編碼規則：正負對稱方波的周期代表0，反向波代表1，兩者均為雙極NRZ碼。也就是說，代碼1用數字10表示；代碼1用數字10表示。代碼0用01表示。

特點：僅使用兩個電平，它們可以提供足夠的定時分量，而不會產生直流漂移。編碼很簡單，但是需要相當大的帶寬（如圖4）。

（四）密勒碼（延遲調制碼）

編碼規則：1個代碼用10或01表示； 0碼有兩種情況：如果單個0碼沒有電平跳變，則相鄰符號之間的邊界上就沒有跳變；如果連接了0碼，則兩個0碼邊界，位置跳，即00和11交替出現（如圖5）。

特征：如果兩個之間有一個0，則兩個之間的符號中間沒有電平跳躍。此屬性可用于檢測錯誤。

缺點：所需帶寬寬。

（六）CMI碼（傳號反轉碼）

編碼規則：1代碼由00和11交替表示，0代碼由01指定。

特點：它很容易沒有直流分量并且頻繁出現波形跳躍。該點可用于恢復時間信號。10是禁止的代碼組，連續的代碼不超過3個（如圖6）。

此規則可用于宏識別。

（七）多進制碼(nBmB碼）

將原始信息代碼流的n位二進制代碼用作一個組，并將m位二進制代碼轉換為新的代碼組。其中m〉n，例如雙相碼、CMI碼是1B2B碼。

■ 比較教學

將以上幾種碼型進行比較，根據其特點整理成表格（如表1）

表1 幾種碼型進行比較

■ 結語

綜上所述，對數字基帶信號進行分類對照，這樣對于初學者更容易接受，尤其是對于基礎較弱的人群，可以舉一反三應用到其他知識點上，以此來達到最佳的學習效果。