三元码及其在脉冲编码调制中的应用

信号幅度取值有三种电平的码型称为三元码。一般幅度的三种取值为+A、0、-A,记作+1、0、-1。这样并不是将二进制变为三进制,而表示某种特定的取代关系,因此三元码又称为准三元码或伪三元码。三元码有许多种,被广泛地用于脉冲编码调制的线路传输码型。

1.传号交替反转码(AMI)

在传号交替反转码中,二进制码的0用0电平表示,二进制码的1交替地用+1和-1的半占空归零码表示。其波形如图5.2.5(a)所示。

AMI码的功率谱中无直流分量,低频分量也较少,能量主要集中在频率为1/2码速处,如图5.2.6所示。位定时信息可以通过全波整流的方式将其基带信号变为单极性归零码来提取。可以利用传号交替的规则作宏观监视,如在传输过程中因传号极性交替规律受到破坏而出现误码,则在接收端很容易发现这种错误。这些优点使得该码型成为常用的传输码型之一。

图5.2.5　三元码波形

图5.2.6　AMI码和HDB3码的功率谱

AMI码的缺点就是当出现连“0”时无法提取位定时信息。一般PCM传输线路中不能有15个以上的连“0”码,否则位定时就要遭到破坏,信号不能正常再生。为了在使用AMI码时保证位定时恢复的质量,一般用两种方法。其一是在A律非线性脉冲编码复用设备中将8位码组中的偶位码元取反码,称为ADI变换,它的目的是将不通话时的信码10000000或00000000改变为11010101或01010101,再转换为AMI码,这样可以减少信源中出现连“0”的机会。不过ADI变换并没有彻底消除连“0”码的出现,这种措施仅限于信源为A律非线性脉冲编码复用设备。其二是将二进制信息先作随机化处理,变成伪随机序列,然后再进行AMI编码。随机化处理既能缩短连“0”数,又能使AMI码功率谱形状不受信源统计特性的影响。随机化处理的缺点是会产生误码扩散,使误码率增大。第二种方法适合于任何类型的信源,已有较广泛的应用。

2.n阶高密度双极性码(HDBn)

n阶高密度双极性码可看作为AMI码的一种改进型,主要是为了解决原信码中出现连“0”串时所带来的问题。三阶高密度双极性码(HDB3码)应用最为广泛。在HDB3码中,当出现连“0”码的个数为4时用取代节B00V或000V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,也称为破坏点。

当相邻V脉冲之间传号数为奇数时,采用000V取代节;若为偶数时采用B00V取代节。这种选取的原则能确保任意两个相邻V脉冲间的B脉冲数目为奇数,从而使相邻V脉冲的极性也满足交替规律。原信码中的传号都用B脉冲表示。HDB3码的波形如图5.2.5(b)所示。(www.xing528.com)

HDB3码的波形不是唯一的,它与出现4连“0”码之前的状态有关。例如:

它是在信息序列之前的破坏点为V-,而且到第一个连“0”串前有奇数个B的情况下得到的。但若前一破坏点为V+,而且它到第一个连“0”串前有偶数个B,则HDB3码变为另一种形式:

以上HDB3码中B+、B-分别表示符合极性交替规律的正脉冲和负脉冲,V+、V-分别表示破坏极性交替规律的正脉冲和负脉冲。

依此类推,HDBn码的连“0”数被限制为小于或等于n,其编码规则相同。

由规则可以看出,B脉冲和V脉冲都符合极性交替的规则,因此这种码型无直流分量。显然,HDBn码解决了AMI码在出现连“0”串时无法提取定时信号的问题。HDB3码的功率谱如图5.2.6所示。图中为了有所比较,用虚线画出了二元双极性非归零码的功率谱。

HDB3码具有检错能力,当传输过程中出现单个误码时,破坏点序列的极性交替规律将受到破坏,因而可以在使用过程中监测传输质量。但单个误码有时会在接收端译码后产生多个误码。

HDB3码的应用相当广泛,在四次群以下的A律PCM终端设备的接口码型采用的都是HDB3码。

3.N连0取代双极性码(BNZS)

BNZS码也是AMI码的改进型。当连“0”数小于N时,仍遵从传号极性交替规律,但当连0数为N或超过N时,则用带有破坏点的取代节来替代。

图5.2.5(c)所示的是常用的B6ZS码,其取代节为0VB0VB,它与HDB3码具有类似的特性。由于B6ZS的取代节中始终含有相反极性的两个破坏点,因此它的功率谱仍然保留了AMI码的基本特点,即无直流分量且低频分量较小。利用破坏点成对出现这一特点,还可实现误码检测。B6ZS码中不可能出现大于6的连“0”,因此最小传号率为1/6。这对定时恢复是有利的。