單極性碼,單極性碼是什么意思

單極性碼,單極性碼是什么意思

數(shù)字信號可以直接采用基帶傳輸,所謂基帶就是指基本頻帶?；鶐鬏斁褪窃诰€路中直接傳送數(shù)字信號的電脈沖,這是一種最簡單的傳輸方式,近距離通信的局域網(wǎng)都采用基帶傳輸。

基帶傳輸時,需要解決數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號表示以及收發(fā)兩端之間的信號同步問題。對于傳輸數(shù)字信號來說,最簡單最常用的方法是用不同的電壓電平來表示兩個二進制數(shù)字,也即數(shù)字信號由矩形脈沖組成。按數(shù)字編碼方式，可以劃分為單極性碼和雙極性碼，單極性碼使用正（或負）的電壓表示數(shù)據(jù)；雙極性碼是三進制碼，1為反轉(zhuǎn)，0為保持零電平。根據(jù)信號是否歸零，還可以劃分為歸零碼和非歸零碼，歸零碼碼元中間的信號回歸到0電平，而非歸零碼遇1電平翻轉(zhuǎn)，零時不變。常見的幾種基本的數(shù)字信號脈沖編碼方案如下：

單極性不歸零碼,無電壓(也就是元電流)用來表示"0",而恒定的正電壓用來表示"1"。每一個碼元時間的中間點是采樣時間,判決門限為半幅度電平(即0.5)。也就是說接收信號的值在0.5與1.0之間,就判為"1"碼,如果在O與0.5之間就判為"0"碼。每秒鐘發(fā)送的二進制碼元數(shù)稱為"碼速"。

雙極性不歸零碼,"1"碼和"0"碼都有電流,但是"1"碼是正電流,"0"碼是負電流,正和負的幅度相等,故稱為雙極性碼。此時的判決門限為零電平,接收端使用零判決器或正負判決器,接收信號的值若在零電平以上為正,判為"1"碼;若在零電平以下為負,判為"0"碼。

以上兩種編碼,都是在一個碼元的全部時間內(nèi)發(fā)出或不發(fā)出電流(單極性),以及發(fā)出正電流或負電流(雙極性)。每一位編碼占用了全部碼元的寬度,故這兩種編碼都屬于全寬碼,也稱作不歸零碼NRZ (Non Return Zero)。如果重復(fù)發(fā)送"1"碼,勢必要連續(xù)發(fā)送正電流;如果重復(fù)發(fā)送"0"碼,勢必要連續(xù)不送電流或連續(xù)發(fā)送負電流,這樣使某一位碼元與其下一位碼元之間沒有間隙,不易區(qū)分識別。歸零碼可以改善這種狀況。

單極性歸零碼,當(dāng)發(fā)"1"碼時,發(fā)出正電流,但持續(xù)時間短于一個碼元的時間寬度,即發(fā)出一個窄脈沖;當(dāng)發(fā)"0"碼時,仍然完全不發(fā)送電流,所以稱這種碼為單極性歸零碼。

雙極性歸零碼,其中"1"碼發(fā)正的窄脈沖,"0"碼發(fā)負的窄脈沖,兩個碼元的間隔時間可以大于每一個窄脈沖的寬度,取樣時間是對準(zhǔn)脈沖的中心。

非歸零碼在傳輸中難以確定一位的結(jié)束和另一位的開始,需要用某種方法使發(fā)送器和接收器之間進行定時或同步;歸零碼的脈沖較窄,根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關(guān)系,因而歸零碼在信道上占用的頻帶就較寬。

單極性碼會積累直流分量,這樣就不能使用變壓器在數(shù)據(jù)通信設(shè)備和所處環(huán)境之間提供良好絕緣的交流藕合,直流分量還會損壞連接點的表面電鍍層;雙極性碼的直流分量大大減少,這對數(shù)據(jù)傳輸是很有利的。

從以上討論中可以發(fā)現(xiàn),基帶傳輸?shù)牧硪粋€重要問題就是同步問題。接收端和發(fā)送端發(fā)來的數(shù)據(jù)序列在時間上必須取得同步,以便能準(zhǔn)確地區(qū)分和接收發(fā)來的每位數(shù)據(jù)。這就要求接收端要按照發(fā)送端所發(fā)送的每個碼元的重復(fù)頻率及起止時間來接收數(shù)據(jù),在接收過程中還要不斷校準(zhǔn)時間和頻率,這一過程稱為同步過程。在計算機通信與網(wǎng)絡(luò)中,廣泛采用的同步方法有位同步法和群同步法兩種。

1、位同步

位同步使接收端對每一位數(shù)據(jù)都要和發(fā)送端保持同步。在數(shù)據(jù)通信中,習(xí)慣于把位同步稱為"同步傳輸"。實現(xiàn)位同步的方法可分為外同步法和自同步法兩種。在外同步法中,接收端的同步信號事先由發(fā)送端送來,而不是自己產(chǎn)生也不是從信號中提取出來。即在發(fā)送數(shù)據(jù)之前,發(fā)送端先向接收端發(fā)出一串同步時鐘脈沖,接收端按照這一時鐘脈沖頻率和時序鎖定接收端的接收頻率,以便在接收數(shù)據(jù)的過程中始終與發(fā)送端保持同步。

自同步法是指能從數(shù)據(jù)信號波形中提取同步信號的方法。典型例子就是著名的曼徹斯特編碼,這種編碼通常用于局域網(wǎng)傳輸。在如下圖所示的曼徹斯特編碼方式中,每一位的中間有一跳變,位中間的跳變既作為時鐘信號,又作為數(shù)據(jù)信號:從高到低的跳變表示"1",從低到高的跳變表示"0"。

圖1

另外,還有一種差分曼徹斯特編碼,這種編碼每位中間的跳變僅提供時鐘定時,而用每位開始時有無跳變表示"0"或"1",有跳變表示"0",無跳變表示"1"。由此可見,兩種曼徹斯特編碼方法都是將時鐘和數(shù)據(jù)包含在信號流中,在傳輸代碼信息的同時,也將時鐘同步信號一起傳輸?shù)綄Ψ?所以這種編碼也稱為自同步編碼。

從曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼的脈沖波形中可以看出,這兩種雙極型編碼的每一個碼元都被調(diào)制成兩個電平,所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的1/2,也即對信道的帶寬有更高的要求。但它們具有自同步能力和良好的抗干擾性能,在局域網(wǎng)中仍被廣泛使用。

2、群同步

在群同步的通信系統(tǒng)中,傳輸?shù)男畔⒈环殖扇舾?群"。所謂的"群",一般是以字符為單位,在每個字符的前面冠以起始位、結(jié)束處加上終止位,從而組成一個字符序列o數(shù)據(jù)傳輸過程中,字符可順序出現(xiàn)在比特流中,字符與字符間的間隔時間是任意的,即字符間采用異步定時,但字符中的各個比特用固定的時鐘頻率傳輸。在數(shù)據(jù)通信中,習(xí)慣于把群同步稱為"異步傳輸"。字符間的異步定時和字符中比特之間的同步定時,是群同步即異步傳輸?shù)奶卣鳌＿@種傳輸方式中,每個字符以起始位和停止位加以分隔,故也稱"起一止"式傳輸。

群同步傳輸規(guī)程中的每個字符可由下列四部分組成:

(1)1位起始位,以邏輯、"表示:

(2)5~8位數(shù)據(jù)位,即要傳輸?shù)淖址麅?nèi)容;

(3)1位奇/偶檢驗位,用于檢錯,該部分可以不選;

(4)1~2位停止位,以邏輯"1"表示,用以作字符間的間隔。

群同步的字符格式見圖2。由圖中可以看出,群同步是靠起始位(邏輯"0")和停止位(邏輯"1")來實現(xiàn)字符的定界及字符內(nèi)比特的同步的。接收端靠檢測鏈路上由空閑位或前一字符停止位(均為邏輯"1")到該字符起始位的下降沿來獲知一個字符的開始,然后按收、發(fā)雙方約定的時鐘頻率對約定的字符比特數(shù)(5~8位)進行逐位接收,最后以約定算法(奇/偶校驗法)進行差錯檢測,完成一個字符的傳輸。發(fā)送器和接收器中近似于同一頻率的兩個約定時鐘,在一段較短的時間內(nèi)能夠保持同步。在群同步傳輸中,起始位和停止位的作用是十分重要的。起始位指示字符的開始,并啟動接收端對字符中比特的同步;而停止位則是作為字符之間的間隔位而設(shè)置的,沒有停止位,緊跟其后的下一字符的起始位下降沿便可能丟失。

群同步法只需保持每個字符的起始點同步,在群內(nèi)則按約定的頻率進行位的接收就可以了。這種方法實現(xiàn)簡單,但需要添加諸如起始位、校驗位和停止位等附加位,相對于同步傳輸來說,編碼效率和信道利用率較低,一般用于低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊稀?

圖2