elabRadio学习笔记5---基带传输编译码

1.什么是基带传输编译码？

基带传输编解码（Baseband Transmission Encoding and Decoding）是指在数字通信中，将数字信号转换为基带信号进行传输，接收端再将基带信号解码还原为数字信号的过程。

在数字通信中，数字信号往往需要经过一系列的编码和解码处理，以适应传输介质的特性、提高传输效率和抗干扰能力。基带传输编码和解码是其中的一环，它的主要目的是将数字信号转换为基带信号以便在传输介质上进行传输，并在接收端将基带信号解码还原为原始的数字信号。

基带传输编码通常涉及到以下几个方面：

1. 常见的基带传输编码方法有：
    - 非归零编码（Non-Return-to-Zero，NRZ）：将二进制的0和1分别表示为不同的电平，例如高电平表示1，低电平表示0。
    - 曼彻斯特编码（Manchester Encoding）：将每个数据位都分为两个时钟周期，每个周期的上半部分表示1，下半部分表示0。
    - 差分曼彻斯特编码（Differential Manchester Encoding）：类似曼彻斯特编码，但是根据前一个时钟周期的状态决定每个周期的编码规则。
    - 维特比编码（Viterbi Encoding）：利用状态机和动态规划算法进行编码，具有抗噪声和误码纠正的优势。

并非只有这4中，只是较为常见。在基带传输编码中有一些快速判别的技巧，在这里就不过多介绍，感兴趣的同学可以自己去搜索。

2. 基带信号的传输介质，如电缆、光纤、无线电波等。

3. 在接收端，基带信号经过解调和解码处理，还原为原始的数字信号，以便进行后续的处理和使用。

基带传输编码在数字通信中起到了重要的作用，可以实现高效、稳定和可靠的数字数据传输，并在不同的应用场景中得到广泛应用，如计算机网络、移动通信、音视频传输等。

如果是计算机专业的同学可以在"计算机网络''这门课中找到基带传输，在这里就简单带过。

2.elabRadio提供的模块：

1.加扰模块和解扰模块

加扰模块：

加扰模块（Scrambling Module）是数字通信中的一种技术，用于对数据进行处理以提高数据传输的可靠性和抗干扰性。

在数字通信中，数据传输过程中可能会遇到各种噪声、干扰或信道效应，这些干扰因素可能会导致数据传输中的错误或丢失。

一般是成对使用。

加扰模块的作用

就是对原始数据进行处理，使传输过程中的数据特征更加随机，从而增加数据的随机性和复杂性，减少重复模式，提高数据传输的抗干扰性和可靠性。

加扰模块的基本原理

1. 输入数据：原始数字数据，通常是以比特序列的形式表示。即对应图中的''比特输入''。

2. 加扰处理：加扰模块对输入的数字数据进行某种算法处理，通过引入一定的随机性或复杂性，改变数据的分布特征。

3. 扰乱后的数据：经过加扰处理后的数据，其特征与原始数据不同，具有更高的随机性和复杂性。

4. 数据传输：扰乱后的数据通过信道或传输介质进行传输。

5. 接收端：接收端通过相应的解扰算法对接收到的数据进行解扰处理，将其还原为原始数据。

加扰模块的具体实现方法和算法可以根据不同的通信标准和应用需求而有所不同。常见的加扰算法包括伪随机序列生成器、异或操作、置换等。通过加扰处理，可以改变数据的统计特性，使得数据在传输过程中更难被干扰和破坏，提高数据传输的可靠性和抗干扰能力。

解扰模块：

解扰模块（Descrambling Module）是数字通信系统中的一个模块，用于对经过扰乱处理的数据进行还原，以恢复原始数据的模块。

在数字通信中，为了增强数据传输的可靠性和抗干扰性，常常会对原始数据应用加扰处理。这样，在数据传输过程中，数据的特征被改变，使得数据更难被干扰和破坏。接收端需要使用解扰模块对接收到的经过扰乱处理的数据进行解码，以恢复原始数据。

解扰模块的基本原理：

1. 接收到扰乱后的数据：接收端接收到经过扰乱处理的数据，通常是以比特序列的形式表示。

2. 解扰处理：解扰模块根据与发送端相应的加扰算法，对接收到的数据进行解扰处理。解扰算法需要与加扰算法相对应，通过逆操作还原数据的特征。

3. 还原后的原始数据：解扰模块处理后，得到还原后的原始数据，与发送端发送的原始数据相匹配。

4. 后续处理：经过解扰处理后的数据可以进行进一步的处理和使用，比如数据解码、数据处理、数据存储等。

解扰模块的具体实现方法和算法需要与加扰模块相对应，可以根据不同的通信标准和应用需求而有所不同。通常，解扰模块与加扰模块之间需要进行配置、同步和参数协商等操作，以确保数据的正确解扰。

解扰模块常用于数字通信系统中的数据接收环节，如计算机网络、数字电视、移动通信等领域。它是一种常见的用于还原经过扰乱处理的数据的技术手段，可以提高数据传输的可靠性和抗干扰能力。

2.AMI编译码

AMI编码（Alternate Mark Inversion Encoding）是一种基带传输编码方式，常用于数字通信中的传输介质，如电缆或光纤。

AMI编码的基本原理是将二进制数据位 '0' 和 '1' 分别编码为两个不同的电平（通常是正负电平），并交替使用这两个电平进行数据传输。

*具体规则如下：

1. '0' 编码为零电平：将二进制的 '0' 转换为零电平。

2. '1' 编码为正负交替电平：将二进制的 '1' 转换为正负两种交替的电平（通常是正电平和负电平）。

AMI编码的特点和原理

交替的电平可以消除直流分量，有利于传输介质的可靠性和线路均衡。交替的电平可以使信号在长时间传输过程中的总平均电平为零，减少传输介质的电流消耗和电极氧化的问题。此外，AMI编码还能够提供时钟重同步的功能，使得接收端能够通过信号的零电平定位数据的位边界。

在接收端，对AMI编码的信号进行解码时，可以根据电平的变化情况来识别和提取原始的二进制数据。例如，在收到一个正电平后，下一个收到的负电平就可以识别为一个 '1'，而在连续两个正电平之间的零电平则可以识别为一个 '0'。

*使用场景

AMI编码通常用于数字通信系统中的传输介质，如电缆或光纤。以下是一些主要的应用场景：

1. T1电话线路：AMI编码常用于传输T1信号的电话线路。T1信号是一种将音频信号数字化后进行传输的标准，采用了AMI编码来进行基带信号的传输和解码。

2. 光纤通信：在光纤通信系统中，AMI编码可以用于光纤分多路器（FDM）系统中的数字信号传输。它可以通过正负电平的交替来实现信号的传输和解码。

3. 数据通信：AMI编码也可以用于数据通信系统中，比如局域网（LAN）或广域网（WAN）。在这些系统中，AMI编码可以应用于物理层的数据传输，通常作为一种传输编码方式。

需要注意的是，AMI编码仅是一种编码方式，用于将数字信号转换为电平信号进行传输。在实际的数字通信系统中，还需要考虑其它因素，比如信道容量、传输距离、噪声和干扰等。因此，在设计和选择编码方式时，需要综合考虑系统的要求，并结合其他技术和协议来实现可靠的数据传输。

3.CMI编译码

CMI编码（Coded Mark Inversion Encoding）是一种基带传输编码方式，常用于数字通信中的传输介质，如电缆或光纤。

CMI编码是AMI编码的一种改进，通过在AMI编码上加入附加的位来解决AMI编码可能出现的错误问题。在CMI编码中，每组原始数据位被编码为多个编码位（3位或4位），以提高编码的可靠性和准确性。

*具体规则如下：

1. 将二进制 '1' 编码为两个相反的电平，与AMI编码一致。即正负交替电平

2. 将二进制 '0' 编码为两个相同的电平，并在每组中交替插入一个反向电平来识别连续的 '0'。

例如，连续的 '0' 序列 '0000' 在CMI编码中可以编码为 '+_+_-+' 或 '-_+_-'。

CMI编码的优点是在保留AMI编码的良好性能同时，进一步提高了编码的可靠性和误码率。在接收端，对CMI编码的信号进行解码时，可以根据电平和电平变化的情况来识别和提取原始的二进制数据。在连续的 '0' 序列中，通过识别每组中的反向电平，可以迅速找到连续的 '0'，并准确提取数据。

CMI编码常用于数字通信系统中的传输介质，比如计算机网络、数字电视频道、数据中心等。在一些传输带宽、传输距离和误码率要求较高的场景中，CMI编码可以提供一种可靠的编解码方式，保证数据传输的质量和可靠性。

使用模块：

注意CMI（Coded Mark Inversion）编码本身并不包含加扰或插错功能。CMI编码只是一种将原始数据位转换为电平信号进行传输的编码方式。

加扰

是一种在数据传输中引入无关性，以提高数据传输的可靠性和抗干扰能力的技术。加扰通常通过对原始数据进行逻辑异或运算（XOR）来实现。加扰在发送端对数据进行加扰处理后，接收端可以通过相同的扰码进行解扰来恢复原始数据。

插错

（错误检测和纠正）是一种通过引入冗余信息来检测和纠正传输过程中出现的错误的技术。插错通常通过添加校验和或冗余编码来实现。接收端根据校验和或冗余编码来检测和纠正传输错误。

因此，如果在CMI编码中加入加扰或插错功能，可以提高CMI编码的可靠性、抗噪声能力和抗干扰能力，以确保数据的准确传输和接收。

注意：具体的加扰和插错方案会根据系统需求和实际应用而有所差异。建议在设计和选择加扰和插错方案时，综合考虑系统的特性和要求，并遵循相关的通信标准和算法。

4.HDB3编译码

HDB3编码（High Density Bipolar of Order 3 Encoding）是一种基带传输编码方式，常用于数字通信中的传输介质，如电缆或光纤。

HDB3编码的基本原理是将二进制数据位 '0' 和 '1' 分别编码为两个不同的电平，并通过精心设计的算法来处理连续的零位，以提高编码的密度和可靠性。

*具体规则：

1. 将原始的二进制数字序列进行初始编码，与AMI编码一般相同。

2. 在连续出现的 '0000' 号码中，每出现4个连续的 '0'，用一个 '000V' 号码代替，其中 'V' 代表交替的电平（+ 或 -），以区分不同的 '000V' 号码。这种编码方案可以保证信号的零电平数量较少，进一步提高了数据传输的可靠性和准确性。

3. 当出现偶数个 '1' 时，则将最后一个 '1' 编码为 '0'，使其与下一个 '1' 形成一个 '01' 或 '10'，从而保留信号的直流分量并减小谱线变化。

4. 当出现奇数个 '1' 时，则将最后两个 '1' 编码为 '00'，并根据前面的 '000V' 号码来确定信号的电平（+ 或 -）。

因此，HDB3编码在传输数据时可以消除直流分量、减小电平变化的幅度、增加编码的密度和可靠性。同时，HDB3编码还提供了时钟重同步的功能，使得接收端能够通过信号的零电平定位数据的位边界。

HDB3编码常用于数字通信系统中需要高速传输的场景，如ISDN电话线路、宽带数字电视等，并且在一定程度上提高了信道的传输容量、抗噪声能力和抗干扰能力。

总结：

AMI（Alternate Mark Inversion），CMI（Coded Mark Inversion）和HDB3（High Density Bipolar of Order 3）是三种常见的基带传输编码方式，各有其特点和适用场景。

AMI编码保留了直流分量，并且在没有连续 '1' 的情况下保持了传输线的中性。AMI编码适用于对数据准确性要求不高，且不需要高速传输和抗干扰能力的场景。

CMI编码在AMI编码的基础上添加了附加的位来提高编码的可靠性和准确性。CMI编码保持了AMI编码的特点，同时通过在每组数据中交替插入一个反向电平来识别连续的零位。CMI编码适用于要求一定的传输质量和抗干扰能力的场景，但相对于HDB3编码，它的编码密度较低。

HDB3编码是在AMI编码的基础上增加了编码密度和错误检测纠正能力的技术。HDB3编码通过处理连续的零位、保留直流分量并减小电平变化来提高编码密度和传输质量。HDB3编码还提供了时钟重同步的功能，能够恢复数据的位边界。HDB3编码适用于高速传输、抗噪声和抗干扰要求较高的场景，比如ISDN电话线路和宽带数字电视。

综合考虑，选择适合的编码方式需要根据具体的应用需求和条件来确定。如果对数据准确性和传输质量要求不高，可选择简单的AMI编码。如果对抗干扰和传输质量有一定要求，可选择CMI编码。如果需要满足高速传输和较高的抗噪声和抗干扰能力，可以考虑使用HDB3编码。最佳选择将取决于具体情况和应用的需求。

由于本人非通信专业，只是暂做竞赛使用，帮助自己快速使用上手elabradio所作笔记。如有错误，请多海涵。