差分曼彻斯特编码

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数字信号编码是要解决数字数据的数字信号表示问题,即通过对数字信号进行编码来表示数据。数字信号编码的工作一般由硬件完成,常用的编码方法有以下三种:不归零码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码。

差分曼彻斯特编码是一种使用中位转变来计时的编码方案。数据通过在数据位开始处加一转变来表示。令牌环局域网就利用差分曼彻斯特编码方案。差分曼彻斯特编码在 每个时钟周期的中间都有一次电平跳变,这个跳变做同步之用。 在每个时钟周期的起始处:跳变则说明该比特是0,不跳变则说明该比特是1。

差分曼彻斯特编码的优点为:收发双方可以根据编码自带的时钟信号来保持同步,无需专门传递同步信号的线路,因此成本低;缺点为:实现技术复杂。

曼彻斯特编码,常用于局域网传输。在曼炼放煮彻斯特编码中,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。还有一种是差分曼彻斯特编码,每位中间的跳变仅提供时钟定时,而用每位开始时有无跳变表示0或1,有跳变为0,无跳变为1。

曼彻斯特编码的编码规则是:在信号位中电平从低到高跳变表示0,在信号位中电平从高到低跳变表示1。

在信号位开始时改变信号极性,表示逻辑0;在信号位开始时不改变信号极性,表示逻辑1。如图1所示。

其中:a)为不归零码,b)为曼彻斯,又叫数字双相码。c)为差分曼彻斯,又叫条件双相码(CDP码)。它是改进型的曼彻斯特编码,其特点是在每一位周期的承重炒中间,波形都有变化,如果在两位周期交界处少泪电平没有变化,则表示“1”:有变化,则表示“0”(在信号位中间总是将信号反相;在信号位开始时不改变信号极性,表示逻辑“1”:在信号位开始时改变信号极性,表示逻辑“0”)。

识别差分曼彻斯特编码的方法:主要看两个相邻的波形,如果后一个波形和前一个的波形相同,则后一个波形表示0,如果波形不同,则表示1。

差分曼切斯特编码比曼切斯特编码的变化要少,境敬阿因此更适合与传输高速的信息,被广泛用于宽带高速网中。然而,由于每个时钟位都必须有一次变化,所以这两种编码的效率仅可达到50%左右;不归零码数字信号可以直接采用基带传输,所谓基带就是指基本频带。基带传输就是在线路中直接传送数字信号的电脉冲,这是一种最简单的传输方式,近距离通信的局域网都采用基带传输。基带传输时,需要解决数字数据的数字信号表示以及收发两端之间的信号同步问题。对于传输数字信号来说,最简单最常用的方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数字,也即数字信号由矩形脉冲组成。按数字编码方式,可以划分为单极性码和双极性码,单极性码使用正(或负)的电压表示数据;双极性码是三进制码,1为反转,0为保持零电平。根据信号是否归零,还可以划分为归零码和非归零码,归零码码元中间的信号回归到0电平,而非归零码遇1电平翻转,零时不变。

在超视距通信系统中,接收信号电平由于多径传输会呈现出较大的衰落现象,当通信的一方或双方快速运动照组删市时,接收信号亦存在着较大的多普勒频移,其多普勒频移的大小与运动速度成正比。在通信的传输速率较时,由于大多普勒频移的存在,接收端载波的提取和位同步的提取会受到较大的影响,进而解调性能将会下降。

为了解决这一问题,可对多普勒频移进行估算并采取补偿措施,也可采用扩频通信或者复杂的纠错编码来降低大多普勒频移对通信性能的影响。但当硬件平台资源和频带受限时,上述方法由于计算复杂硬件资源有限或者所需频带过宽将不再适用。在本文中,以实现通信速率为600 bps,信道存在300 Hz多普勒频移的汽遥敬盼超视距传输的工程需要为例,提出了一种基于差分曼彻斯特软译码的抗大多普勒调制解调方法,该方法计算简单,通过将差分曼彻斯特编码、差分解调和分集合并等措施有机结合,在有效地平滑电平衰落的同时,可达到在硬件平台资源和频带受限的超视距低速传输系统中具有抗大多普勒频移的能力。

由于信道上存在较大的多普勒频移,无法从接收信号中提取相干载波的频率和相位信息,从而无法通过逆调的方式实现信号的相干解调;即使采用具有较大抗频偏能力的差分解调方式,也无法在通信速率为600 bps、信道存在300 Hz的多普勒频移时实现接收信号的有效解调。在硬件平台资源和频带受限的条件下,提出了一种差分曼彻斯特编码与差分解调联合设计方法,采用差分曼彻斯特编码提高码片速率,可增强差分解调的抗频偏能力,进而有效地降低大多普勒对解调器性能的影响。但提高码片速率会使得解调器工作在低信噪比下时产生性能损失,采用曼彻斯特软译码方式,可将曼彻斯特编码带来的信噪比分散进行有效的合并,因此解调性能损失不会因差分曼彻斯特编码倍数提高而线性加大,通过有效的数字处理方式,可将性能损失控制在可接受的范围内。由于通信系统工作在超视距信道条件下,接收信号的电平亦会存在较大的衰落现象,必须采取分集措施来有效地平滑衰落,提高信号的平稳接收能力,从而实现低速通信系统在超视距、大多普勒信道条件下的有效通信。

唐秋菊,王肇赢,刘莹. 基于曼彻斯的抗大多普勒调制解调方法[J]. 无线.

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