课程设计报告
《通信原理课程设计》
题 目： 数字基带信号码型编码仿真
1
一、设计任务及要求：
设计任务：数字基带信号码型编码仿真
要 求：
（1）编写程序实现二进制数据到常用的几种数字基带信号码型的编码，包
括：单极性非归零码、双极性非归零码、单极性归零码、双极性归零码、传号差
分码、空号差分码、数字双相码、密勒码、传号反转码、AMI 码、HDB
3
码。
（2）绘制常用的几种数字基带信号码型的功率谱。
二、组员及其负责的主要工作
魏智翔：负责全部的工作，包括：资料查询、理论计算、程序编写、调试验
证、报告撰写。
三、成绩
验收盖章
2010 年 月 日
2
数字基带信号码型编码仿真
一、设计目的
本课程设计是对通信原理课程理论教学和实验教学的总结。通过课程设计，使同学
认识和理解通信系统，掌握信号经过发端处理、被送入信道、然后在接收端还原的通信
过程。要求学生在掌握通信原理的基本知识上，运用所学的通信仿真的方法实现某种传
输系统。能够根据设计任务的具体要求，掌握软件设计、调试的具体方法、步骤和技巧。
对一个实际课题的软件设计有基本了解，拓展知识面，激发在此领域中继续学习和研究
的兴趣，为学习后续课程做准备。
二、 内容摘要
设计了常用的几种数字基带信号码型编码的流程图，包括：单极性非归零码、双极
性非归零码、单极性归零码、双极性归零码、传号差分码、空号差分码、数字双相码、
密勒码、传号反转码、AMI 码、HDB
3
码。并利用 Matlab 软件对该系统的整体过程进
行了模拟仿真，得到任意输入信号编码后的波形以及对应的功率谱图像。该系统的仿真
设计，可以加深学生对码型编码的理解，便于教学。
关键词：数字基带信号；编码；HDB
3
码；Matlab 仿真；
三、数字基带信号的码型介绍
1、二元码的波形及应用
最简单的二元码基带信号的波形为矩形波，幅度取值只有两种电平，分别对应于二
进制码 1 和 0。常用的几种简单二元码的波形如图 1 和图 2 所示：
图 1 二元码波形 1（原始数据：1101000000010010000001）
3
图 2 二元码波形 2（原始数据：1101000000010010000001）
其中，单极性非归零码可记作 NRZ 码，是最简单最常用的码型；双极性非归零码
无直流成分，可以在电缆等无接地的传输线上传输，因此得到了较多的应用；单极性归
零码常记作 RZ 码，图中为半占空比的单极性归零码，其可以直接提取位定时信号，是
其他码型提取位定时信号时需要采用的一种过渡码型；双极性归零码兼有双极性和归零
的特点。
除以上几种码型外，二元码还包括数字双相码、密勒码和传号反转码。其中，双相
码含有丰富的位定时信息，适用于短距离传输；密勒码实际上是双相码的差分形式，最
初用于气象卫星和磁记录，现也用于其他场合；传号反转码又称 CMI 码，在高此群脉
冲编码终端设备中广泛应用。它们的波形如图 3 所示：
图 3 二元码波形 2（原始数据：1101000000010010000001）
码型的具体编码规则将在第四节中阐述。
2、二元码的功率谱
在 0，1 等概的情况下，数字基带信号的功率谱可以用以下表达式来表示：
𝑃
(
𝑓
)
=
1
4
𝑇
𝑠
|
𝐺
1
(
𝑓
)
−
𝐺
2
(
𝑓
)
|
2
+
1
4
𝑇
2
𝑠
∞
𝑛
=
−∞
|
𝐺
1
(
𝑛𝑓
𝑠
)
+
𝐺
2
(
𝑛
𝑓
𝑠
)
|
2
𝛿(𝑓−𝑛
𝑓
𝑠
)
其中，
𝐺
1
(
𝑓
)
和
𝐺
2
(
𝑓
)
分别为 1 码和 0 码的功率谱波形，Ts 为码元宽度。通过该功
4
率谱，计算出 0，1 等概，且用矩形波表示的的单极性非归零码、单极性归零码和双极
性非归零码的功率谱分别如图 4、图 5 和图 6 所示：
图 4 NRZ 码功率谱 图 5 RZ 码功率谱
图 6 双极性 NRZ 码功率谱
功率谱分为离散谱与连续谱，其中，离散谱是否存在关系着能否从脉冲序列中直接
提取位定时分量；而连续谱的主瓣宽度可以作为信号的近似带宽，通常称为谱零点带宽。
3、三元码的波形及其功率谱
常用的三元码包括：传号交替反转码（AMI 码）、n 阶高密度双极性码（HDB
n
码）
和 N 连 0 取代双极性码（BNZS）码，这里只介绍 AMI 码与 HDB
3
码。
AMI 码是目前最常用的传输码型之一，功率谱中无直流分量，低频分量较小，能
量集中在频率为 1／2 码速处。位定时频率分量虽然为 0，但只要将基带信号经全波整流
变为单极性归零码，便可提取位定时信号。利用传号交替反转规则，在接收端如果发现
有破坏该规则的脉冲时，说明传输中出现错误，因此编码规则可用作宏观监视之用。当
信息中出现连 0 码时，由于 AMI 码中长时间不出现电平跳变，因而定时提取遇到困难。
在实际使用 AMI 码时，工程上还有相关的规定，以弥补 AMI 码在定时提取方面的不足。
HDB
3
码是应用最广泛的码型，四次群以下的 A 律 PCM 终端设备的接口码型均为
HDB
3
码。HDB
3
可以看作 AMI 码的一种改进型，其解决了 AMI 码遇连 0 串不能提取位
定时信号的问题。
AMI 码和 HDB
3
码的具体编码规则将在第四节中阐述，其功率谱如图 7 所示：
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