数字数据和数字信号.ppt

《数字数据和数字信号.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字数据和数字信号.ppt（93页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第第3 3章章 数字数据和数字信号数字数据和数字信号 数字数据通信数字数据通信(Digital Data Communication)指指直接利用数字传输技术在数字设备之间传输数字数据。直接利用数字传输技术在数字设备之间传输数字数据。数字技术比模拟技术发展更快，数字设备很容易通过集数字技术比模拟技术发展更快，数字设备很容易通过集成电路来实现，并与计算机相结合，由于超大规模集成成电路来实现，并与计算机相结合，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，数字设备的体积与成本的下降速电路技术的迅速发展，数字设备的体积与成本的下降速度大大超过模拟设备。数字数据通信以数据帧为传输单度大大超过模拟设备。数字数据通

2、信以数据帧为传输单位，通过检错编码和重发数据帧来检错和纠错，使用加位，通过检错编码和重发数据帧来检错和纠错，使用加密技术可有效增强通信的安全性。目前结合光纤的数字密技术可有效增强通信的安全性。目前结合光纤的数字数据通信已经成为未来数字通信系统的主流。数据通信已经成为未来数字通信系统的主流。本章主要介绍常用的数字编码，包本章主要介绍常用的数字编码，包括括ASCII码、码、EBCDIC码、码、Unicode和和UTF-8编码和其它汉字编码方式。常见的编码和其它汉字编码方式。常见的数字编码方法，包括单极性编码极化编数字编码方法，包括单极性编码极化编码和双极性编码码型等。码和双极性编码码型等。数字通信

3、系统包括数据通信系统都是以数数字通信系统包括数据通信系统都是以数字信号为载体传输信息，而数字信号可以是模字信号为载体传输信息，而数字信号可以是模拟信号经数字化处理后形成的编码信号，也可拟信号经数字化处理后形成的编码信号，也可能来自数据终端设备（比如计算机）的原始数能来自数据终端设备（比如计算机）的原始数据信号，数字信号在一般情况下可以表示为一据信号，数字信号在一般情况下可以表示为一个数字序列：个数字序列：a-2,a-2,a0,a1,a2,简记简记an。An是数字序列的基本单元，是数字序列的基本单元，成为码元。每个码元只能取离散的有限个值，成为码元。每个码元只能取离散的有限个值，例如在二进制中，

4、只能取例如在二进制中，只能取0活活1两个值；在两个值；在M进进制中取制中取0，1，2，M-1等等M个值。个值。由于码元的取值有限，因此通常用不同幅度的电由于码元的取值有限，因此通常用不同幅度的电脉冲表示码元的不同取值。例如用幅度为脉冲表示码元的不同取值。例如用幅度为A的矩形脉冲的矩形脉冲（高电平）表示（高电平）表示1，用幅度为，用幅度为0的矩形脉冲（低电平）的矩形脉冲（低电平）表示表示0.由此形成的二进制电脉冲序列被称为数字基带由此形成的二进制电脉冲序列被称为数字基带信号，这是因为他们占据的频带通常从直流和低频开信号，这是因为他们占据的频带通常从直流和低频开始未经载波调制。因此，我们可以这样定

5、义：频带分始未经载波调制。因此，我们可以这样定义：频带分布在低频段（通常暴汗直流）且未经过调制的信号称布在低频段（通常暴汗直流）且未经过调制的信号称为基带信号。为基带信号。从形式上看，基带信号有模拟和数字之分，具有从形式上看，基带信号有模拟和数字之分，具有高、低两种电平状态的电脉冲序列被称为数字基带信高、低两种电平状态的电脉冲序列被称为数字基带信号，其特点是信号频带通常从直流和低频开始并且未号，其特点是信号频带通常从直流和低频开始并且未经过载波调制；而未经调制的模拟信号可称为模拟基经过载波调制；而未经调制的模拟信号可称为模拟基带信号。带信号。首先我们介绍几个新的概念首先我们介绍几个新的概念关于

6、码型的几个名词关于码型的几个名词*码型数字基带信号可以以不同形式的电脉冲出现，电码型数字基带信号可以以不同形式的电脉冲出现，电脉冲的存在形式称为码型。脉冲的存在形式称为码型。*码型编码通常把数字信号的电脉冲表示过程称为码型码型编码通常把数字信号的电脉冲表示过程称为码型编码或码型变换，由码型还原为原来数字信号的过程编码或码型变换，由码型还原为原来数字信号的过程称为码型译码。称为码型译码。*线路传输码型在有线信道中传输的数字基带信号又称线路传输码型在有线信道中传输的数字基带信号又称为线路传输码型。为线路传输码型。通常由信源编码输出地数字信号多为经自然编码通常由信源编码输出地数字信号多为经自然编码的

7、电脉冲序列（高电平表示的电脉冲序列（高电平表示1，低电平表示，低电平表示0，或者相，或者相反），这种经过自然编码的数字信号虽然是名副其实反），这种经过自然编码的数字信号虽然是名副其实的数字信号，但却并不适合在信道中直接传输，或者的数字信号，但却并不适合在信道中直接传输，或者说，数字通信系统一般不采用这样的数字信号进行基说，数字通信系统一般不采用这样的数字信号进行基带传输，为什么？因为用这样的数字信号进行基带传带传输，为什么？因为用这样的数字信号进行基带传输会出现很多问题，换句换说，就是他的码型不满足输会出现很多问题，换句换说，就是他的码型不满足通信的要求。通信的要求。我们先看看传输这种数字基带

8、信号会遇到什么问题。我们先看看传输这种数字基带信号会遇到什么问题。（1）由于这种数字基带信号包含直流分量或低频分量，）由于这种数字基带信号包含直流分量或低频分量，那么对于一些具有电容耦合电路的设备或者传输频带那么对于一些具有电容耦合电路的设备或者传输频带低端受限的信道，信号将可能传不过去。低端受限的信道，信号将可能传不过去。（2）自然编码后，有可能出现连）自然编码后，有可能出现连“0”或连或连“1”数据，数据，这时的数字信号会出现长时间不变的低电平或高电平，这时的数字信号会出现长时间不变的低电平或高电平，以致收信端在确定各个码元的位置时遇到困难。换句以致收信端在确定各个码元的位置时遇到困难。换

9、句话说，收信端无法从接收到的数字信号中获取定时定话说，收信端无法从接收到的数字信号中获取定时定位信息。位信息。（3）对收信端而言，从接收到的这种基带信号中无法判）对收信端而言，从接收到的这种基带信号中无法判断是否包含有错码。断是否包含有错码。以上以上3个问题足以说明经过自然编码的数字信号不个问题足以说明经过自然编码的数字信号不适合直接在信道中传输。因此，人们需要寻求能够解适合直接在信道中传输。因此，人们需要寻求能够解决上述问题及其他问题的基带信号码型。决上述问题及其他问题的基带信号码型。由于不同的码型具有不同的特性，因此在设计或选择适合于给定由于不同的码型具有不同的特性，因此在设计或选择适合于

10、给定信道传输特性的码型时，通常要考虑一下的因素：信道传输特性的码型时，通常要考虑一下的因素：（1）对于传输频带低端受限的信道，线路传输码型的频谱中应）对于传输频带低端受限的信道，线路传输码型的频谱中应不含有直流分量。不含有直流分量。（2）信号的抗噪声能力要强。产生误码时，在译码中产生误码）信号的抗噪声能力要强。产生误码时，在译码中产生误码扩散的的影响越小越好。扩散的的影响越小越好。（3）便于从信号中提取位定时信息。）便于从信号中提取位定时信息。（4）尽量减少基带信号频谱中的高频分量，以节省传输频带并）尽量减少基带信号频谱中的高频分量，以节省传输频带并减小串扰减小串扰（5）对于采用分组形式传输的

11、基带通信，收信端除了要提取位）对于采用分组形式传输的基带通信，收信端除了要提取位定时信息，还要恢复出分组同步信息，以便正确划分码组。定时信息，还要恢复出分组同步信息，以便正确划分码组。（6）编译码的设备应尽量简单，易于实现。）编译码的设备应尽量简单，易于实现。数字基带信号的码型种类很多，但没有一种码型能满足上述所有数字基带信号的码型种类很多，但没有一种码型能满足上述所有要求，在实际应用中，往往是根据需要全盘考虑，有取有舍，要求，在实际应用中，往往是根据需要全盘考虑，有取有舍，合理选择。下面个大家介绍一些目前广泛应用的重要码型。合理选择。下面个大家介绍一些目前广泛应用的重要码型。第第3 3章章

12、数字数据和数字信号数字数据和数字信号3.1数字编码概述数字编码概述3.2 单极性编码单极性编码3.3 极化编码极化编码3.4 双极性编码双极性编码3.5 其它混合编码其它混合编码本本 章章 小小 结结3.13.1数字编码概述数字编码概述 在数据通讯设备内部，由于各电路在数据通讯设备内部，由于各电路功能模块之间以及模块内部的元器件之功能模块之间以及模块内部的元器件之间距离很短且工作环境可以通过各种措间距离很短且工作环境可以通过各种措施加以保护，所以通常将原始的二进制施加以保护，所以通常将原始的二进制并行或串行数据直接进行传输。而在远并行或串行数据直接进行传输。而在远程传输数据时，为便于同步，减少

13、在传程传输数据时，为便于同步，减少在传输介质中的传输损耗和提高抗环境干扰输介质中的传输损耗和提高抗环境干扰能力，需要将传输的数据进行编码。能力，需要将传输的数据进行编码。3.1.1 ASCII码码 ASCII，美国信息交换标准码，是标准的，美国信息交换标准码，是标准的国际通用信息交换用代码。该码由国际通用信息交换用代码。该码由7位二进制位二进制构成，为了保证传输可靠性，常在码字的尾部构成，为了保证传输可靠性，常在码字的尾部增加一位做奇偶检验用，这样可由识别该增加一位做奇偶检验用，这样可由识别该8位位二进制码组中出现二进制码组中出现“1”的总个数为奇或偶来的总个数为奇或偶来判定是否在传输中产生错

14、误，以便采取相应的判定是否在传输中产生错误，以便采取相应的措施。常见的措施。常见的ASCII对照表有二进制方式、十对照表有二进制方式、十进制方式、十六进制方式三种。表进制方式、十六进制方式三种。表3-1是是ASCII表的十进制方式对照表。表的十进制方式对照表。表表3-1 ASCII对照表对照表ASCII值值 字符字符 ASCII值值 字符字符 32spc 41)33!42*34 43+35#44,36$45-37%46。38&47/39 48040(491ASCII值值 字符字符 ASCII值值 字符字符 50259;5136054663?5576456865A57966B58:67CASCI

15、I值值 字符字符 ASCII值值 字符字符 68D77M69E78N70F79O71G80P72H81Q73I82R74J83S75K84T76L85UASCII值值 字符字符 ASCII值值 字符字符 86V95_87W96 88X97a89Y98b90Z99c91100d92101e93102f94103gASCII值值 字符字符 ASCII值值 字符字符 104 h113q105i114r106j115s107k116t108l117u109m118v110n119w111o120 x112p121yASCII值值 字符字符 122z123124|1251263.1.2 EBCDIC码码

16、 EBCDIC码是一种码是一种8位的位的BCD码，其全称码，其全称为扩充的二为扩充的二十过制交换码。就编码长度而言，十过制交换码。就编码长度而言，这种编码所能表示字符的上限为这种编码所能表示字符的上限为256个，但事个，但事实上它目前仅对实上它目前仅对143个字符进行了定义。表个字符进行了定义。表3-2列出了列出了EBCDIC码的定义情况。码的定义情况。表3-2 EBCDIC代码对照表3.1.3 Unicode和和UTF-8编码编码 ISO（国际化标准组织）将全世界所有的符号（国际化标准组织）将全世界所有的符号进行统一编码，称为进行统一编码，称为Unicode编码。编码。Unicode编码编码

17、的字符占用两个字符的大小，对于的字符占用两个字符的大小，对于ASCII码表示的码表示的字符，字符，Unicode只是简单的在只是简单的在ASCII码原来的一个码原来的一个字节码值上增加一个所有位全为字节码值上增加一个所有位全为0的字节。的字节。Unicode使用两个字节编码，因此能表示的字符集使用两个字节编码，因此能表示的字符集最大为最大为65536，另外，另外Unicode中还保留两千多个数中还保留两千多个数值未用于字符编码。由于值未用于字符编码。由于Unicode编码的空间有限，编码的空间有限，只能包含各个地区常用的字符而非所有字符，因此，只能包含各个地区常用的字符而非所有字符，因此，在相

18、当长的一段时间里，本地化字符编码和在相当长的一段时间里，本地化字符编码和Unicode编码将共存。编码将共存。UTF-8是是Unicode的其中一个使用方式。的其中一个使用方式。UTF是是 UnicodeTranslationFormat，即把，即把Unicode转做某种格式的意思。转做某种格式的意思。UTF-8使用可使用可变长度字节来储存变长度字节来储存Unicode字符，例如字符，例如ASCII字母继续使用字母继续使用1字节储存，重音文字、希腊字字节储存，重音文字、希腊字母或西里尔字母等使用母或西里尔字母等使用2字节来储存，而常用字节来储存，而常用的汉字就要使用的汉字就要使用3字节。辅助平

19、面字符则使用字节。辅助平面字符则使用4字节。字节。UTF-8使用使用14个字节的序列对个字节的序列对Unicode代码点进行编码。代码点进行编码。3.1.4 汉字编码方式汉字编码方式 1.GB2312-80 GB2312-80是我国于是我国于1980年颁布的汉字编码年颁布的汉字编码标准，是目前国内所有汉字系统的统一标准。为标准，是目前国内所有汉字系统的统一标准。为了保持国际上的通用性和兼容性，汉字编码不能了保持国际上的通用性和兼容性，汉字编码不能脱离国际标准的脱离国际标准的ASCII码，但由于码，但由于7位的位的ASCII码最码最多只能表示多只能表示128个不同的字符，而且已经被英文字个不同的

20、字符，而且已经被英文字符占用了，因此符占用了，因此GB2312-80的国家标准采用了扩的国家标准采用了扩充编码的办法，使用充编码的办法，使用16位二进制数表示一个汉字位二进制数表示一个汉字的编码。的编码。GB2312-80基本集收入汉字信息交换用基本集收入汉字信息交换用的基本图形字符，采用一字一码的原则，具体包的基本图形字符，采用一字一码的原则，具体包括一般符号，序号，数字，拉丁字母，日文假名，括一般符号，序号，数字，拉丁字母，日文假名，希腊字母，俄文字母，汉语拼音符号，汉语注音希腊字母，俄文字母，汉语拼音符号，汉语注音字母及简化汉字字母及简化汉字6763个，总计个，总计7445个图形字符。个

21、图形字符。2.GBK GBK是是GB2312-80的扩展，使用了的扩展，使用了原来编码空间的一些空白，增加了一些原来编码空间的一些空白，增加了一些汉字，因此向下兼容，是汉字，因此向下兼容，是Windows中文中文系统的缺省字符集。它包含了系统的缺省字符集。它包含了20902个汉个汉字，其所有字符都可以一对一映射到字，其所有字符都可以一对一映射到Unicode2.0。3.BIG5码码 BIG5码又被称为大五码，是中国港台地区码又被称为大五码，是中国港台地区使用的字符编码方式。使用的字符编码方式。TW-BIG5码将所有字分为码将所有字分为两大群，即常用字区和次常用字区，每个字区分两大群，即常用字区

22、和次常用字区，每个字区分都采用笔画排序，同笔画的字依部首排序。都采用笔画排序，同笔画的字依部首排序。TW-BIG5每个字由两个字节组成，第一个字节编码每个字由两个字节组成，第一个字节编码范围是范围是0 xA1-0 xF9，第二个字节编码范围是，第二个字节编码范围是0 x40-0 x7E和和0 xA1-0 xFE，共计收入，共计收入13868个字，个字，其中包括其中包括5401个常用字、个常用字、7652个次常用字、个次常用字、7个个扩充字、以及扩充字、以及808个其他符号。个其他符号。3.2 3.2 单极性编码单极性编码 数字编码只指的是用电压改变来指示比特数字编码只指的是用电压改变来指示比特

23、位的变化。单极性编码只使用一个电压值代表位的变化。单极性编码只使用一个电压值代表二进制中的一个状态，而以零电压代表另一个二进制中的一个状态，而以零电压代表另一个状态。常见的单极性编码包括单极性归零码和状态。常见的单极性编码包括单极性归零码和单极性非归零码两个类型。单极性非归零码两个类型。单极性编码单极性编码单极性单极性非归零码非归零码单极性归单极性归零码零码归零码（归零码（Return Zero code，RZ码）指的是在码）指的是在整个码元期间高电平只维持一段时间，其余时整个码元期间高电平只维持一段时间，其余时间返回零电平，即归零码的有电脉冲宽度比码间返回零电平，即归零码的有电脉冲宽度比码元

24、宽度窄元宽度窄(即占空比即占空比1），每个脉冲在还没有），每个脉冲在还没有到一个码元终止时刻就回到零值。到一个码元终止时刻就回到零值。非归零码（非归零码（Not Return Zero code，NRZ码）指码）指的是在整个码元期间电平保持不变。归零码与的是在整个码元期间电平保持不变。归零码与非归零码的差别在于脉冲时间与码元的全部时非归零码的差别在于脉冲时间与码元的全部时间的关系。若在一个码元的全部时间内发出或间的关系。若在一个码元的全部时间内发出或不发出电流则为不归零码。若发出的电流小于不发出电流则为不归零码。若发出的电流小于一个码元的全部时间则为归零码，即归零码是一个码元的全部时间则为归零

25、码，即归零码是发出窄的脉冲。发出窄的脉冲。1.单极性非归零码单极性非归零码 单极性非归零波形如图单极性非归零波形如图3-1所示，这所示，这是一种最简单、最常用的基带信号形式。是一种最简单、最常用的基带信号形式。这种信号脉冲的零电平和正电平分别对这种信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码应着二进制代码0和和1，或者说，它在一，或者说，它在一个码元时间内用脉冲的有或无来对应表个码元时间内用脉冲的有或无来对应表示示0或或1码。其特点是极性单一，有直流码。其特点是极性单一，有直流分量，脉冲之间无间隔。另外位同步信分量，脉冲之间无间隔。另外位同步信息包含在电平的转换之中，当出现连息包含在电平的转换

26、之中，当出现连0序序列时没有位同步信息。列时没有位同步信息。图图3-1 单极性非归零码单极性非归零码 2.单极性归零编码单极性归零编码 单极性归零码在每一码元的时间间隔内单极性归零码在每一码元的时间间隔内,当发当发1时时,发出正电流发出正电流,但是发电流的时间短于一个码元的但是发电流的时间短于一个码元的时间时间,就是说就是说,发一个窄脉冲；当发发一个窄脉冲；当发0时时,仍然完全不仍然完全不发送电流。这样发发送电流。这样发1时有一部分时间不发电流时有一部分时间不发电流,幅度幅度降为回零电平。单极性归零码与单极性非归零码降为回零电平。单极性归零码与单极性非归零码的区别是，有电脉冲宽度小于码元宽度，

27、每个有的区别是，有电脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平，所以电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平，所以称为归零波形。单极性归零波形可以直接提取定称为归零波形。单极性归零波形可以直接提取定时信息，是其他波形提取位定时信号时需要采用时信息，是其他波形提取位定时信号时需要采用的一种过渡波形。单极性归零码的波形如图的一种过渡波形。单极性归零码的波形如图3-2所所示。示。图图3-2 单极性归零码单极性归零码 非归零编码的缺点是无法判断一位非归零编码的缺点是无法判断一位的开始与结束，收发双方不能保持同步。的开始与结束，收发双方不能保持同步。为保证收发双方的同步，必须在发送为保

28、证收发双方的同步，必须在发送NRZ码的同时，用另一个信道同时传送码的同时，用另一个信道同时传送同步信号。它的另一个缺点是当信号中同步信号。它的另一个缺点是当信号中“0”与与“1”的个数不相等时，将存在的个数不相等时，将存在直流分量，这是在数据传输中不希望存直流分量，这是在数据传输中不希望存在的。在的。两个问题使得单极性编码较少采用：两个问题使得单极性编码较少采用：直流分量直流分量:单极性信号平均振幅不为零，含有单极性信号平均振幅不为零，含有直流分量，不能在没有处理直流分量能力的直流分量，不能在没有处理直流分量能力的媒质（如微波）上传输媒质（如微波）上传输同步同步:当连续当连续0 0或连续或连续

29、1 1时电压不变，接收端无时电压不变，接收端无法知道法知道每比特每比特的开始和结束；而且传输时延的开始和结束；而且传输时延会使时序失步会使时序失步 ，使连续，使连续0/10/1状态的数目被误状态的数目被误识。通常需外加识。通常需外加同步定时脉冲同步定时脉冲传送线路，从传送线路，从而使系统成本增加。而使系统成本增加。3.3 3.3 极化编码极化编码 极化编码使用一正一负两个电压值极化编码使用一正一负两个电压值(即双极性）即双极性）代表二进制比特值。比单极性编码平均电压值下降，代表二进制比特值。比单极性编码平均电压值下降，减轻了直流分量，尤其是在双相位编码方法中，每减轻了直流分量，尤其是在双相位编

30、码方法中，每个比特均含有正电压与负电压，彻底解决了直流分个比特均含有正电压与负电压，彻底解决了直流分量问题。量问题。在极化编码各种变型中，只讨论三类最普遍的：在极化编码各种变型中，只讨论三类最普遍的：非归零制非归零制 非归零电平编码非归零电平编码非归零反相编码非归零反相编码归零制归零制:双极性归零码双极性归零码 双相位制双相位制曼彻斯特编码曼彻斯特编码 用于以太用于以太(Ethernet)(Ethernet)局域网局域网差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码 用于令牌环用于令牌环(Token Ring)(Token Ring)局域网中局域网中极化编码极化编码_ _非归零编码非归零编码(NRZ)(NR

31、Z)码型码型 编码方式编码方式 非归零电平码非归零电平码 1一正一正电平平0一负电平一负电平 非归零反相码非归零反相码 l l一比特起始时刻出现电平跳变一比特起始时刻出现电平跳变0 0一一比比特特起起始始时时刻刻不不出出现现电电平平跳跳变变 3.3.1 非归零编码非归零编码(NRZ)双极性的非归零编码只的是描述信号的双极性的非归零编码只的是描述信号的0和和1均可以由正电平和负电平来表示。均可以由正电平和负电平来表示。1.非归零电平码（非归零电平码（NRZ-L）非归零电平码指的是用正电平来描述信号非归零电平码指的是用正电平来描述信号1，用负电平来描述信号，用负电平来描述信号0。非归零电平码。非归

32、零电平码（NRZ-L）的码型如图）的码型如图3-3所示。所示。图图3-3 非归零电平码非归零电平码 在采用在采用NRZ-L的情况下，若线路上的电压为的情况下，若线路上的电压为0，则，则说明当前线路上没有信号正在传输。说明当前线路上没有信号正在传输。NRZ-L编码思编码思想简单，易于实现；但是不易提取同步信息，特别想简单，易于实现；但是不易提取同步信息，特别是在长是在长0长长1串时。串时。2.非归零反相码（非归零反相码（NRZ-I）非归零反相码指的是如果传输一个比特的起始时刻非归零反相码指的是如果传输一个比特的起始时刻发生了电平跳变，那么这个比特就是二进制发生了电平跳变，那么这个比特就是二进制1

33、，如果，如果此刻没有发生电平跳变，那么这个比特就代表二制此刻没有发生电平跳变，那么这个比特就代表二制的的0。实际上非归零反相码是差分码的一个实例。所。实际上非归零反相码是差分码的一个实例。所谓差分码指的是一种以电平的跳转状况来表示数据谓差分码指的是一种以电平的跳转状况来表示数据时，在一个比特持续的时间内信号电平不出现跳变，时，在一个比特持续的时间内信号电平不出现跳变，而且这段时间内电平的值与数据信息不相关，而与而且这段时间内电平的值与数据信息不相关，而与数据信息相关的电平跳转只发生在比特传输的开始。数据信息相关的电平跳转只发生在比特传输的开始。非归零反相码的码型如图非归零反相码的码型如图3-4

34、所示。所示。图图3-4 非归零反相码非归零反相码 非归零反相码解决了长非归零反相码解决了长1串的问题，但是串的问题，但是对连续的长对连续的长0串仍然无能为力。串仍然无能为力。NRZ编码虽然编码虽然简单简单,但其抗干扰能力比较差。另外但其抗干扰能力比较差。另外,由于接收由于接收方不能正确判断开始与结束方不能正确判断开始与结束,从而收发双方不能从而收发双方不能保持同步保持同步,需要采取另外的措施来保证发送时钟需要采取另外的措施来保证发送时钟与接收时钟的同步与接收时钟的同步,需要另一个信道同时传送同需要另一个信道同时传送同步时钟信号。步时钟信号。3.3.2 归零编码归零编码 双极型归零码使用正、负二

35、个电平分别来描述信双极型归零码使用正、负二个电平分别来描述信号号0和和1，每个信号都在比特位置的中点时刻发生信，每个信号都在比特位置的中点时刻发生信号的归零过程号的归零过程,在每个码之间都有间隙产生在每个码之间都有间隙产生。通过归。通过归零，使每个比特位（码元）都发生信号变化，接收零，使每个比特位（码元）都发生信号变化，接收端可利用信号跳变建立与发送端之间的同步。它比端可利用信号跳变建立与发送端之间的同步。它比单极性和非归零编码有效。缺陷是每个比特位发生单极性和非归零编码有效。缺陷是每个比特位发生两次信号变化，多占用了带宽。两次信号变化，多占用了带宽。图图3-5所示的是双极性归零码的波形表示，

36、其中所示的是双极性归零码的波形表示，其中1码发正的窄脉冲码发正的窄脉冲,0码发负的窄脉冲码发负的窄脉冲,两个码元的两个码元的间隔时间可以大于每一个窄脉冲的宽度间隔时间可以大于每一个窄脉冲的宽度,取样时间是取样时间是对准脉冲的中心。对准脉冲的中心。图图3-5 双极性归零码双极性归零码 双极性归零码的特点是：接收端根据接收波形归双极性归零码的特点是：接收端根据接收波形归于零电平就可以判决于零电平就可以判决 比特的信息已接收完毕，然后比特的信息已接收完毕，然后准备下一比特信息的接收，因此发送端不必按一定的准备下一比特信息的接收，因此发送端不必按一定的周期发送信息可以认为正负脉冲的前沿起了起动信周期发

37、送信息可以认为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因此可以经常号的作用，后沿起了终止信号的作用因此可以经常保持正确的比特同步即收发之间元需特别的定时，保持正确的比特同步即收发之间元需特别的定时，且各符号独立地构成起止方式，此方式也叫做自同步且各符号独立地构成起止方式，此方式也叫做自同步方式由于这一特性，双极性归零码的应用十分广泛方式由于这一特性，双极性归零码的应用十分广泛 3.3.3 双相位编码双相位编码 双相位编码指的是使用两种电平的自同步双相位编码指的是使用两种电平的自同步编码，每个比特位间隙中信号出现一次电平跳编码，每个比特位间隙中信号出现一次电平跳变（相位改变），但

38、不归零。正因为每个码元变（相位改变），但不归零。正因为每个码元都发生信号跃迁，故传输效率几乎减小了一半。都发生信号跃迁，故传输效率几乎减小了一半。这种编码方式又叫裂相码。常见的双相位编码这种编码方式又叫裂相码。常见的双相位编码包括曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。包括曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。1.曼彻斯特编码曼彻斯特编码 曼彻斯特编码的规则是曼彻斯特编码的规则是:将每个比特的周期将每个比特的周期分为前与后两部分分为前与后两部分;通过前传送该比特的反码通过前传送该比特的反码,通过后传送该比特的原码。每个比特的通过后传送该比特的原码。每个比特的中间有中间有一次跳变一次跳变,它既可以作为位同步方

39、式的内带时钟它既可以作为位同步方式的内带时钟,又可以表示二进制数据。又可以表示二进制数据。当表示数据时当表示数据时,由高电由高电平到低电平的跳变表示平到低电平的跳变表示0,由低电平到高电平由低电平到高电平的跳变表示的跳变表示1,位与位之间有或没有跳变都不位与位之间有或没有跳变都不代表实际的意义。图代表实际的意义。图3-6是曼彻斯特编码的波是曼彻斯特编码的波形。形。图图3-6 曼彻斯特编码曼彻斯特编码 曼彻斯特编码的优点一是曼彻斯特编码的优点一是自带时钟自带时钟信号信号,不必另发同步时钟信号不必另发同步时钟信号,二是不含二是不含直流分量。直流分量。2.差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码 差分曼彻斯

40、特编码是糅合差分码和裂相码差分曼彻斯特编码是糅合差分码和裂相码的编码方式，在这种编码内，每个的编码方式，在这种编码内，每个1信号都发信号都发生相邻的交替反转过程，而每个生相邻的交替反转过程，而每个0作为跟随信作为跟随信息。差分曼彻斯特编码每个比特的中间有一次息。差分曼彻斯特编码每个比特的中间有一次跳变跳变,它作用是只作为位同步方式的内带时钟它作用是只作为位同步方式的内带时钟,不论由高电平到低电平的跳变不论由高电平到低电平的跳变,还是由低电平到还是由低电平到高电平的跳变都与数据信号无关。高电平的跳变都与数据信号无关。二进制数据二进制数据0,1是根据两比特之间有没有跳是根据两比特之间有没有跳变来区

41、分的。编码规则是：码元为变来区分的。编码规则是：码元为1，则其前半，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样；但若码元为一样；但若码元为0，则其前半个码元的电平与，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反。不论码元上一个码元的后半个码元的电平相反。不论码元是或，在每个码元的正中间时刻，一定要有是或，在每个码元的正中间时刻，一定要有一次电平的转换。差分曼彻斯特编码需要较复杂一次电平的转换。差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术，但可以获得较好的抗干扰性能。图的技术，但可以获得较好的抗干扰性能。图3-7是是差分曼彻斯特编码一个例子。差

42、分曼彻斯特编码一个例子。图图3-7 差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码比特中点位置上出现跳变，但这不表示数据信息1一比特起始时刻不出现电平跳变0一比特起始时刻出现电平跳变 差分曼彻斯特编码中，比特间隙中的信差分曼彻斯特编码中，比特间隙中的信号跳变只表示同步信息，不同比特通过在比特号跳变只表示同步信息，不同比特通过在比特开始位置有无电平反转来表示。在比特开始位开始位置有无电平反转来表示。在比特开始位置电平跃迁代表置电平跃迁代表0，否则为，否则为1。曼彻斯特编码中，。曼彻斯特编码中，比特位中的信号跳变同时是同步信息和比特编比特位中的信号跳变同时是同步信息和比特编码。密勒码较好地解决了带宽问题。曼彻斯

43、特码。密勒码较好地解决了带宽问题。曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码是数据通信中最常用编码与差分曼彻斯特编码是数据通信中最常用的数字数据信号编码方式。它们明显的缺点都的数字数据信号编码方式。它们明显的缺点都是效率较低是效率较低,由于在每个比特中间都有一次跳变由于在每个比特中间都有一次跳变,所以时钟频率是信号速率的所以时钟频率是信号速率的2倍。倍。3.4 3.4 双极性编码双极性编码双极性编码中采用三阶信号双极性编码中采用三阶信号像归零编码一样，也使用正、负、零三个电平。像归零编码一样，也使用正、负、零三个电平。但与归零编码不同的是，但与归零编码不同的是，0 0电平代表比特值，电平代表比特值，表示二

44、进制表示二进制0 0，正负电平交替表示比特值，正负电平交替表示比特值1 1。主要用来解决单极性码中的长主要用来解决单极性码中的长1 1和长和长0 0问题和极问题和极化编码带宽问题。化编码带宽问题。双极性编码双极性编码双极性编码双极性编码双极性信号双极性信号交替反转码交替反转码AMI双极性双极性8零零替换编码替换编码B8ZS高密度双极高密度双极性性3零编码零编码HDB3n常用的双极性编码 1.双极性信号交替反转码（双极性信号交替反转码（AMI）AMI码指的是用零电平代表二进制码指的是用零电平代表二进制0，交替出，交替出现的正负电压表示现的正负电压表示1。信号交替反转码用交替变换。信号交替反转码用

45、交替变换的正、负电平表示比特的正、负电平表示比特1的方法使其所含的直流分的方法使其所含的直流分量为零。量为零。(1)零电平代表二进制0，交替出现的正负电压表示1。(2)信号交替反转码用交替变换的正、负电平表示比特1的方法使其所含的直流分量为零 (3)AMI实现了两个目标：一是直流分量为零；二是可对连续的比特1可进行同步。(4)但对一连串的比特0并无同步确保机制。(5)为解决比特0的同步，两种AMI的变型B8ZS和HDB3被研究出来，前者在北美使用，后者用于日本和欧洲。2.双极性双极性8零替换编码（零替换编码（B8ZS）在在AMI编码中，当连续出现编码中，当连续出现8个比特个比特0时，强行加入称

46、时，强行加入称为为扰动扰动的人工信号变化。的人工信号变化。根据连续根据连续0的前导比特的前导比特1之极性，采用两种改变比特模之极性，采用两种改变比特模式的编码方式之一。式的编码方式之一。如果前导如果前导1是是正正电平，则电平，则8个个0被编码为被编码为0，0，0，正正，负，负，0，负，正。，负，正。当前导当前导1为为负负电平时，比特的编码模式为电平时，比特的编码模式为0，0，0，负负，正，正，0，正，负。，正，负。极性的表示如图极性的表示如图3-9所示。所示。图3-9 B8ZS极性表示 例例3.1 采用采用B8ZS码对数据进行编码，假设序码对数据进行编码，假设序列中第一个比特列中第一个比特1的

47、极性为正。的极性为正。解：根据解：根据B8ZS编码的编码的8零替换规则，得到数据零替换规则，得到数据的波形如图的波形如图3-10所示。所示。图3-10 B8ZS编码波形8 8零替换码在一定程度上解决了为长零替换码在一定程度上解决了为长0 0串提供同串提供同步信息的问题。步信息的问题。无论选择哪种模式，替换后的序列中均会出现无论选择哪种模式，替换后的序列中均会出现两次相邻非零电平同极的现象。两次相邻非零电平同极的现象。接收端正是通过检测这个特征来确定被替换序接收端正是通过检测这个特征来确定被替换序列的位置，以便把它还原成连续的列的位置，以便把它还原成连续的8 8个比特个比特0 0。B8ZS编码的

48、一个缺点是对于长度不足八个编码的一个缺点是对于长度不足八个0的比的比特串仍然使用特串仍然使用AMI编码方式处理，所以是达不编码方式处理，所以是达不到到B8ZS编码要求的。编码要求的。3.高密度双极性高密度双极性3零编码（零编码（HDB3）HDB3码的编码时，先把消息代码变成码的编码时，先把消息代码变成AMI码，码，当出现当出现4个或个或4个以上连个以上连0码时进行处理，根据相码时进行处理，根据相邻的两个邻的两个4零串中所夹的零串中所夹的1个个数地方奇偶性来进个个数地方奇偶性来进行替换。行替换。当所夹的比特当所夹的比特1个数为奇数时，用个数为奇数时，用000D代替代替0000；当所夹的比特；当所

49、夹的比特1个数为偶数时，用个数为偶数时，用100D代代替替0000；通常把；通常把D称为破坏点，其中所有的称为破坏点，其中所有的0仍仍然使用然使用0电平表示，改变的电平表示，改变的1与前边最近的与前边最近的1相反，相反，D与前边最近的与前边最近的1相同。相同。HDB3码接收端通过比较最近的两个比特码接收端通过比较最近的两个比特1的极性来确定需还原的序列的位置的极性来确定需还原的序列的位置.HDB3码的译码的译码比较简单，同时它对定时信号的恢复是极为有码比较简单，同时它对定时信号的恢复是极为有利的。利的。HDB3是是CCITT推荐使用的码之一。推荐使用的码之一。例例3.2 试写出将数据编制成试写

50、出将数据编制成HDB3码的过程，假码的过程，假设位于这段数据序列首部的比特设位于这段数据序列首部的比特1极性为正，且极性为正，且其前继数据是其前继数据是4个连续的比特个连续的比特0。解：根据解：根据HDB3编码的编码的4零替换规则，得到数据的零替换规则，得到数据的波形如图波形如图3-11所示。所示。图3-11 HDB3编码波形双极性编码双极性编码例例3.33.3：试写出将数据编制成HDB3码的过程，假设位于这段数据序列首部的比特1极性为正，且其前继数据是4个连续的比特0。双极性编码双极性编码高密度双极性3零码3.5 3.5 其它混合编码其它混合编码 除了单极性双极性和极化编码三个基本的除了单极