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1、通信工程专业研究方法论与创新教育结课论文编码与调制编码与调制姓名学号指导老师1编码与调制编码与调制交大没有笨学生，只有懒学生。编码的核心是频谱的整形，调制的核心是频带的搬移。用数字信号承载数字或模拟数据叫做编码。编码的码型有很多种，包括：二进制码、不归零码、不归零反转码、单极性非归零码、双极性非归零码、归零码、单极性归零码、双极性归零码、曼切斯特码、差分曼彻斯特编码、AMI 编码、HDB3 编码、B3ZS 编码、B8ZS 编码、CMI 编码、4B/5B 编码、5B/6B 编码、MLT-3 编码、8B/10B 编码、8B/6T 编码、64B/66B 编码、128B/130B 编码和PAM-5 编
2、码。A.A. 二进制码二进制码最普通且最容易的方法是用两个不同的电压值来表示两个二进制值。用无电压（或负电压）表示 0，而正电压表示 1。优点：技术实现简单，计算机是由逻辑电路组成，逻辑电路通常只有两个状态，开关的接通与断开，这两种状态正好可以用“1”和“0”表示；简化运算规则：两个二进制数和、积运算组合各有三种，运算规则简单，有利于简化计算机内部结构，提高运算速度；适合逻辑运算：逻辑代数是逻辑运算的理论依据，二进制只有两个数码，正好与逻辑代数中的“真”和“假”相吻合；易于进行转换，二进制与十进制数易于互相转换；用二进制表示数据具有抗干扰能力强，可靠性高等优点。因为每位数据只有高低两个状态，当
3、受到一定程度的干扰时，仍能可靠地分辨出它是高还是低；一位二进制代码叫做一个码元,它有 0 和 1 两种状态.N 个码元可以有 2n 种不同的组合；2每种组合称为一个码字.用不同码字表示各种各样的信息,就是二进制编码.B.B. 非归零码（非归零码（NRZNRZ 编码）编码）不归零编码效率是最高编码。光接口STM-NO、1000Base-SX、1000Base-LX 采用此码型。NRZ 是一种很简单的编码方式，用 0 电位和 1 点位分别二进制的“0”和“1” ，编码后速率不变，有很明显的直流成份，不适合电接口传输。不归零码缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器，不具备自动同步机制，传输时必须使
4、用外同步。C.C. 不归零反转编码（不归零反转编码（NRZINRZI 编码）编码） NRZI 编码中不论电平是高还是低，都不代表二进制的 1 和 0。而是电压变化表示二进制的1。如果没有电压变化，则下一位是 0；如果有电压变化，则下一位是 1。在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始，需要用某种方法使发送器和接收器之间进行定时或同步。NRZI 用于较慢的 RS232 串行通信和硬盘驱动器上的数据存储中。在同步链路上，长串的连续位(可能数千个 0)会出现问题。接收器可能会失去同步，不能检测到连续串中 0 的正确个数。NRZ 和 NRZI 都是单极性码，即都只有正电平和零电平，没有负电平，所以 N
5、RZ 和 NRZI 码中有很多直流成份，不适合电路传输，并且 NRZ 和 NRZI 编码本身不能保证信号中不包含长连“0”或长连“1”出现，不利于时钟恢复。另一问题是长串的 0 表现为直流，它不能通过某些电气部件。Manchester 编码和其他方案通过增加时钟信号解决了这些问题。D.D. 单极性非归零码单极性非归零码 单极性码有电压表示 1，无电压表示 O。没有特殊的编码。电平在整个码元时间里不变，记作 NRZ 码。它的3占空比为 100%。单极性码会累积直流分量。在数字通信设备内部，由于电路之间距离很短，都采用单极性编码这种比较简单的数字编码形式。单极性不归零编码简单高效外，还具有廉价的特
6、点。单极性码主要运用于终端设备及数字调制设备中。 E E双极性非归零码双极性非归零码 双极性码中正电压表示 1，负电压表示 0。该方案降低了功率要求并减小了高电平衰减。他与单极性非归零码不同处在于输入二元信息为 1 时，给出的码元前半时间为 1，后半时间为 0，输入 0 则完全相同。它的占空比为 50%。双极性码的直流分量则大大减少,从而有利于传输。单极性和双极性非归零码是在一个码元的全部时间内发出或不发出电流(单极性),以及发出正电流或负电流(双极性)。每一位编码占用了全部码元的宽度,故这两种编码都属于全宽码,也称作不归零码 NRZ (Non Return Zero)。如果重复发送“1“码,
7、势必要连续发送正电流;如果重复发送“0“码,势必要连续不送电流或连续发送负电流,这样使某一位码元与其下一位码元之间没有间隙,不易区分识别。归零码可以改善这种状况。 F F归零码归零码 归零码的电压状态在某个信号状态后返回到零。归零码的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，因而归零码在信道上占用的频带较宽。优点是：一位码元（一串脉冲）一个单位脉冲的亮度，称为全亮码。根据通信理论，每个脉冲亮度越大，信号的能量越大，抗干扰能力强，且脉冲亮度与信道带宽成反比，即全亮码占用信道较小的带宽编码效率高。缺点是：当出现连续 0 或 1 时，难以分辨复位的起停点，会产生直流分量的积累，使信号失真。因
8、此，过去大多数数据传输系统都不采用这种编码方式。近年来，随着技术的完善，NRZ 编码已成为高速网络的主流技术。4G G单极性归零码（单极性归零码（RZRZ） 单极性归零码即是以高电平和零电平分别表示二进制码 1 和 0，而且在发送码 1 时高电平在整个码元期间 T 只持续一段时间 ，其余时间返回零电平在单极性归零码中，/T 称为占空比他与单极性非归零码不同处在于输入二元信息为 1 时，给出的码元前半时间为 1，后半时间为 0，输入 0 则完全相同。它的占空比为 50%。单极性归零码的主要优点是可以直接提取同步信号，因此单极性归零码常常用作其他码型提取同步信号时的过渡码型也就是说其他适合信道传输
9、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，然后再提取同步信号H H双极性归零码双极性归零码 双极性归零码是二进制码 0 和 1 分别对应于正和负电平的波形的编码，在每个码之间都有间隙产生这种码既具有双极性特性，又具有归零的特性。此种码型比较特殊，它使用前半时间 1，后半时间 0 来表示信息 1；采用前半时间-1，后半时间 0 来表示信息 0。因此它具有三个电平。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 1 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周期发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
10、常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方式由于这一特性，双极性归零码的应用十分广泛 I IManchester(Manchester(曼彻斯特曼彻斯特) ) 在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示“1“，从低到高跳变表示“0“。这给接收器提供了可以与之保持同步的定时信号，因此也叫做自同步编码。十兆以5太网就是使用 Manchester 编码。曼彻斯特编码常用在 LAN 上。曼切斯特编码缺点：需要双倍的传输带宽(即信号速率是数据速率的 2 倍)。J J差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码差
11、分曼切斯特码是曼彻斯特编码的一种修改格式。其不同之处在于：每位的中间跳变只用于同步时钟信号；而 0 或 1 的取值判断是用位的起始处有无跳变来表示（若有跳变则为 0，若无跳变则为 1） 。这种编码的特点是每一位均用不同电平的两个半位来表示，因而始终能保持直流的平衡。这种编码也是一种自同步编码。K KAMIAMI 编码编码 AMI 即 Alternate Mark Inversion，信号交替反转码，典型的双极性码，AMI 类型的编码有 HDB3、B3ZS、B8ZS 等。AMI 编码规则：输入的“0”仍然是 0，输入的“1”交替的变换为+1、-1。 AMI 能保证编码后无直流分量，但 AMI 本
12、身无法保长连“0”和长连“1”出现。这就出现 HDB3、B3ZS、B8ZS，这三种编码成功弥补了 AMI 码的这种缺陷。L LHDB3HDB3 编码编码 HDB3 即 High Density Bipolar of order 3 code，三阶高密度双极性码。编码规则：当原码没有四个以上连“0”串时，AMI 码就是 HDB3 码；当出现四个以上连“0”串时，将第四个“0”变成与其前面一非“0”同极性的符号，由于这个符号破坏了极性交替反转的规则，因此叫做破坏符号，用 V 符号表示(+1 为+V，-1 为-V)，相邻的 V 符号也需要极性交替；当 V 符号之间有奇数个非“0”时，是能满足交替的，
13、如为偶数，则不能满足，这时再将该小段的第一个“0”变成“B”或“B” ，B 符号与前一个非“0”符号相反，并让后面的非“0”符号从 V 符号开始交替变化。6M.M. B3ZSB3ZS 编码编码 B3ZS 即 Bipolar with three-zero substitution，三阶双极性码，T3 线路用此编码。编码规则与HDB3 相同，只是编码后能允许最多连“0”的个数从 HDB3 的三个减小到两个。N.N. B8ZSB8ZS 编码编码 B8ZS 即 Bipolar with eigth-zero substitution，八阶双极性码，如果源码中没有 8 个或以上连“0”串时，这时 AM
14、I 码就是 B8ZS 码，如果有 8 个或以上连“0”时，将 8 个“0”替换成“000VB0VB” ，其他规则同 HDB3码。T1 线路采用此编码。O OCMICMI 编码编码 CMI 即 Code Mark Inversion，信号反转码。编码规则：输入的“1”交替用-1 和+1 表示， “0”用电平从-1 到+1 的跳变表示，也就是一个上升沿。E4 和 SMT-1e 线路采用此编码，编码后信号速率被提高，其实是以牺牲带宽来换取传输特性。P P4B/5B4B/5B 编码编码为什么要进行 4B/5B 编码？ 在通信网络中，接收端需要从接收数据中恢复时钟信息来保证同步，这就需要线路中所传输的二
15、进制码流有足够多的跳变，即不能有过多连续的高电平或低电平，否则无法提取时钟信息。4B/5B 编码方案是把数据转换成 5 位符号,供传输。这些符号保持线路的交流(AC)平衡;在传输中,其波形的频谱为最小。信号的直流(DC)分量变化小于额定中心点的 10%。在同样的20MHz 钟频下,利用 4B/5B 编码可以在 10 兆位/秒的 10 Base-T电缆上得到 16 兆位/秒的带宽。其优势是可想而知的。这种编码的特点是将欲发送的数据流每 4bit 作为一个组，然后按照4B/5B 编码规则将其转换成相应 5bit 码。5bit 码共有 32 种组7合，但只采用其中的 16 种对应 4bit 码的 1
16、6 种，其他的 16 种或者未用或者用作控制码，以表示帧的开始和结束、光纤线路的状态（静止、空闲、暂停）等。在 IEEE 802.9a 等时以太网标准中的 4B/5B 编码方案,因其效率高和容易实现而被采用。三种应用实例是 FDDI、100BASETX 和 100BASEFX。4B/5B 编码其实就是用 5bit 的二进制码来代表 4bit 二进制码。此编码的效率是 80%，比 Manchester 码高。4B/5B 编码的目的在前面已经说过了，就是让码流产生足够多的跳变。4位二进制共有 16 种组合，5 位二进制共有 32 种组合，如何从32 种组合种选取 16 种来使用呢？这里需要满足两个规则：每个 5 比特码组中不含多于 3 个“0” ；或者 5 比特码组中包含不少于 2 个“1” 。此规则是怎么来的？这就要从 MLT-3 码的特点来解释了。MLT-3 码的特点简单的说就是：逢“1”跳变，逢“0”不跳变。为了让 4B/5B 编码后的码流中有足够多的跳变就需要编码后的码流中
