(一)碼型變換實(shí)驗(yàn)

1、通信原理碼型變換實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一碼型變換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? . 了解幾種常用的數(shù)字基帶信號(hào)。2 .掌握常用數(shù)字基帶傳輸碼型的編碼規(guī)則。3 .掌握常用CPLD實(shí)現(xiàn)碼型變換的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .觀察NRZ碼、RZ碼、AMI碼、CMI碼、HDB3碼、BPH碼的波形。2 .觀察全0碼或全1碼時(shí)各碼型波形。3 .觀察HDB3碼、AMI碼的正、負(fù)極性波形。4.觀察NRZ碼、RZ碼、AMI碼、CMI碼、HDB3碼、BPH碼經(jīng)過碼型反變 換后的輸出波形。5.自行設(shè)計(jì)碼型變換電路，下載并觀察波形。三、實(shí)驗(yàn)器材1 .信號(hào)源模塊2 .號(hào)模塊（碼型變換）3 .號(hào)模塊（載波同步）4 . 20M雙蹤示波器5 .連接線（若干

2、）四、實(shí)驗(yàn)原理（一）基本原理1、數(shù)字通信中，有些場(chǎng)合可不經(jīng)過載波調(diào)制解調(diào)而讓基帶信號(hào)直接進(jìn)行傳輸。例如，市區(qū)內(nèi)利用電傳機(jī)直接電報(bào)通信，或者利用中繼長(zhǎng)距離直接傳輸 PCM 信號(hào)等。這種不使用載波調(diào)制裝置而直接傳送基帶信號(hào)的系統(tǒng)，稱為基帶傳輸系 統(tǒng)。它的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示：圖1基帶傳輸系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)說明：（1）信道信號(hào)合成器：產(chǎn)生適合于信傳輸?shù)幕鶐盘?hào)。（2）信道可以是允許基帶信號(hào)通過的媒質(zhì)，如能通過從直流到高頻的有線 線路。(3)接收濾波器：用來接收信號(hào)和盡可能排除信道噪聲和其他干擾。(4)抽樣判決器：在噪聲背景下判定與再產(chǎn)生基帶信號(hào)。2、基帶調(diào)制與解調(diào)(1)數(shù)字基帶調(diào)制器：把數(shù)字基帶信號(hào)變換

3、成基帶信號(hào)傳輸?shù)幕鶐盘?hào)。(2)基帶解調(diào)器器：把信道基帶信號(hào)變換成原始數(shù)字基帶信號(hào)。(3)對(duì)傳輸用的基帶信號(hào)的主要要求(4)對(duì)代碼：將原始信息符號(hào)編制成適合于傳輸用的碼型；(5)對(duì)碼型的電波形：電波形適宜于在信道中傳輸。(二)編碼規(guī)則1、NRZ 碼NRZ (Noreturn-To-Zero)碼，全稱是單極性不歸零碼，在這種二元碼中用高 電平和低電平(這里為零電平)分別表示二進(jìn)制信息“ 1”和“0”，在整個(gè)碼元 期間電平保持不變。例如圖2:1 Q 10 D 110+E 0 圖2 NRZ碼2、RZ 碼RZ (Return-To-Zero)碼，全稱是單極性歸零碼，與NRZ碼不同的是，發(fā)送“1” 時(shí)在

4、整個(gè)碼元期間高電平只持續(xù)一段時(shí)間，在碼元的其余時(shí)間內(nèi)則返回到零電 平。例如圖3:10100110_II_0 _圖3 RZ碼3、AMI 碼AMI (Alternative Mark Inversion)碼，全稱是傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼，其編碼規(guī)則如 下：信息代碼0 (空號(hào))和1 (傳號(hào))，信息碼中的“0”仍變換為傳輸碼的“0”， 而信息碼中的“ 1”交替變換為傳輸碼的“+ 1、1、+1、一1、”。例如：信息代碼：1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1AMI 碼：+10 0-1+10 0 0-1+1 -1 AMI碼的主要規(guī)律是，傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)，基帶信號(hào)正負(fù)脈沖交替，0電位保持不變。則主要優(yōu)點(diǎn)：無直流成分

5、，且只有很少低頻成分，適宜在不允許這些成分通過的信道中傳輸。止匕外，編譯碼電路簡(jiǎn)單，便于觀察誤碼。接收端收到的碼元 極性與發(fā)送端完全相反也能正確判斷。譯碼時(shí)只需把AMI碼經(jīng)過全波整流就可以變?yōu)閱螛O性碼。由于其具有上述優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。AMI碼有一個(gè)重要缺點(diǎn)，即當(dāng)用它獲取定時(shí)信息時(shí)，由于它可能出現(xiàn)長(zhǎng)的 連0會(huì)，因而會(huì)造成提取定時(shí)信號(hào)的困難。(連“0”)4、HDB3 碼HDB3( 3nd Order High Density Bipolar)全稱是三階高密度雙極性碼，對(duì) AMI 碼的一種該進(jìn)碼。其編碼規(guī)則如下：(1)先檢查信息代碼(二進(jìn)制)連“ 0”情況。當(dāng)連“ 0”數(shù)目小于等于3 時(shí)，按

6、照AMI碼對(duì)信息代碼編碼，即“ 1”用“+1”與“-1”交替代替。(2)當(dāng)連“0”數(shù)目超過3時(shí)，將4個(gè)連“0”信息碼化作一小節(jié)，用取代 節(jié)“000V”或“B00V”代替。V是破壞脈沖，B調(diào)節(jié)脈沖。(3) V與前一相鄰非“ 0”脈沖極性相同，并且 V嘛之間極性必須交替。 可取值+1 , -1。(4) B可取0, +1,-1,以使V同時(shí)滿足(3)中要求。(5) V碼后面的傳號(hào)碼極性也要交替。當(dāng)兩個(gè)相鄰“ V”碼中間有奇數(shù)個(gè)信息“ 1”碼時(shí)，取代節(jié)為“ 000V”碼；當(dāng)有 偶數(shù)個(gè)信息“ 1”碼(包括0個(gè))時(shí)，取代節(jié)為“ B00V”，其它的信息“ 0”碼 仍為“0”碼。這樣，信息碼的“1”碼變?yōu)閹в蟹?/p>

7、號(hào)的“ 1”碼，即“+1”或“一 1 "。例如：代碼：1 000 0 1 000 0 1 1 000 011AMI 碼：-1 000 0 +1 000 0 -1 +1 000 0 -1 +1HDB3 碼：-1 000 -V +1 000 +V -1 +1 -B00 - V +1-1HDB3碼特點(diǎn)明顯，它除了保持 AMI碼的優(yōu)點(diǎn)外，還增加了使連“0"用減少 到至多3個(gè)的優(yōu)點(diǎn)，而不管信息源的統(tǒng)計(jì)特性如何。這對(duì)于定時(shí)信號(hào)的恢復(fù)是十 分有利的。HDB3碼是ITU-T推薦使用的碼之一。(本實(shí)驗(yàn)電路只能對(duì)碼長(zhǎng)為24位的周期性NRZ碼序列進(jìn)行編碼。) 5、CMI 碼CMI (Coded

8、Mark Inversion),是傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼的簡(jiǎn)稱，其編碼規(guī)則為：“1”碼交替用“11”和“00”表示；“ 0”碼用“01”表示。例如：代碼：1101001CMI 碼：1 10 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0這種碼型有較多的電平躍變，因此含有豐富的定時(shí)信息。該碼已被CCITT推薦為PCM (脈沖編碼調(diào)制)四次群的接口碼型。在光纜傳輸系統(tǒng)中有時(shí)也用作線路傳輸碼型。6、BPH 碼BPH碼 的全稱是數(shù)字雙相碼（Digital Diphase）,又叫分相碼（Biphase, Split-phase）或曼徹斯特碼（Manchester）。它是對(duì)每個(gè)二進(jìn)制代碼分別利用兩個(gè)具 有不同相位的二進(jìn)制

9、新碼去取代的碼。（或者可以理解為用一個(gè)周期的方波表示 “1”碼，用該方波的反相來表示“ 0”碼。）BPH碼編碼規(guī)則之一是：0 一 01 （零相位的一個(gè)周期的方波）；1 一 10 （冗相位的一個(gè)周期的方波）。例如：代碼： 1 10 0 10 1BPH 碼：10 10 01 01 10 01 10BPH碼可以用單極Tt非歸零碼（NRZ）與位同步信號(hào)的模二和來產(chǎn)生。 雙相碼的特點(diǎn)是只使用兩個(gè)電平，而不像前面兩種碼具有三個(gè)電平。這種既能提 取足夠的定時(shí)分量，又無直流漂移，編碼過程簡(jiǎn)單。但這種碼的帶寬要寬些。（三）電路原理將信號(hào)源產(chǎn)生的NRZ碼和位同步信號(hào)BS送入U(xiǎn)1 （EPM3064）進(jìn)行變換， 可以

10、直接得到各種單極性碼和各種雙極性碼的正、負(fù)極性編碼信號(hào)（因?yàn)?CPLD 的IO 口不能直接接負(fù)電平，所以只能將分別代表正極性和負(fù)極性的兩路編碼信 號(hào)分別輸出，再通過外加電路合成雙極性碼），如 HDB3碼的正、負(fù)極性編碼 信號(hào)送入U(xiǎn)2 （CD4051）的選通控制端，控制模擬開關(guān)輪流選通正、負(fù)電平，從 而得到完整的HDB3碼。解碼也同樣需要將雙極性的 HDB3碼變換成分別代表 正極性和負(fù)極性的兩路信號(hào)，再送入 CPLD進(jìn)行解碼，得到NRZ碼。其他雙極 性碼的編、解碼過程相同。各編碼波形如圖4所示。第-17 -頁共16頁代碼NRZRZBPHCMTAMIhdb3JUTUinJUTUUUUmRTjn4n

11、wirinnimniLio圖4編碼波形.<!*1'*"»|'*»|*« I r . * + ” 61* I f - a , .,1 0 | | i iB (r®*i'«iT»|i-<""|pi(«TTNrhn：-nrL：FLrNrL*+n*hii»«-&'!五、輸入、輸出點(diǎn)參考說明1 .輸入點(diǎn)說明NRZ: NRZ碼輸入點(diǎn)。BS:編碼時(shí)鐘輸入點(diǎn)。BSR:解碼時(shí)鐘輸入點(diǎn)。IN-A:正極性HDB3/AMI碼編碼輸入點(diǎn)。IN-B:負(fù)

12、極性HDB3/AMI碼編碼輸入點(diǎn)。DIN1 :正極性HDB3/AMI碼解碼輸入點(diǎn)。DIN2:負(fù)極性HDB3/AMI碼解碼輸入點(diǎn)。HDB3/AMI-IN : HDB3/AMI 碼編碼輸入點(diǎn)。2 .輸出點(diǎn)說明DOUT1:編碼輸出，由撥碼開關(guān) S1控制編碼碼型。選擇 AMI、HDB3碼型 時(shí)，為正極性編碼輸出。DOUT2:編碼輸出，由撥碼開關(guān) S1控制編碼碼型。選擇 AMI、HDB3碼型 時(shí)，為負(fù)極性編碼 輸出，選擇其它碼型時(shí)，無輸出。OUT-A:正極性HDB3/AMI碼解碼輸出點(diǎn)。OUT-B:負(fù)極性HDB3/AMI碼解碼輸出點(diǎn)。HDB3/AMI-OUT : HDB3/AMI 碼編碼輸出點(diǎn)。NRZ-

13、OUT:解碼輸出。六、實(shí)驗(yàn)步驟1. CMI , RZ, BPH碼編解碼電路觀測(cè)(1)將信號(hào)源模塊和模塊6、7固定在主機(jī)箱上，將塑封螺釘擰緊，確保電 源接觸良好。(2)通過模塊6上的撥碼開關(guān)S1選擇碼型為CMI碼，即“ 00100000'。 信號(hào)源模塊上S4、S5都撥到“1100”，S1、S2、S3分別設(shè)為“01110010“01010101” “00110011” 。(4)對(duì)照下表完成實(shí)驗(yàn)連線 。表1 CMI , RZ , BPH碼編解碼電路連線源端口目的端口連線說明佶號(hào)源：NRZ (8K)模塊 6: NRZIN8KNRZ碼基帶傳輸彳百號(hào)輸入佶號(hào)源：CLK2 ( 8K)模塊6: BS提

14、供編譯碼位時(shí)鐘模塊 6: DOUT1模塊6: DIN1電平變換的編碼輸入A模塊 6: DOUT1模塊7: DIN鎖相環(huán)法同步提取輸入模塊7: BS模塊6: BSR提取的位時(shí)鐘給譯碼模塊*檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源。(5)將模塊7的S2設(shè)置為“ 0111”(6)以“NRZIN”為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器觀測(cè)編碼輸出“ DOUT1”波 形。(7)以“NRZIN”為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器對(duì)比觀測(cè)解碼輸出“NRZ-OUT” 波形，觀察解碼波形與初始信號(hào)是否一致。(8)撥碼開關(guān)S1選擇碼型為RZ碼(00010000)、BPH碼(00001000)重 復(fù)上述步驟。(9)實(shí)驗(yàn)1結(jié)束關(guān)閉電源。2. A

15、MI , HDB3碼編解碼電路觀測(cè)(1)通過模塊6上的撥碼開關(guān)S1選擇碼型為AMI碼，即“ 01000000”。(2)將信號(hào)源 S4、S5 撥到 “1100”，S1、S2、S3 分別設(shè)為 “01110010'“00011000' ”01000011” 。(3)對(duì)照下表完成實(shí)驗(yàn)連線：表2實(shí)驗(yàn)2連線源端口目的端口連線說明心源：NRZ (8K)模塊 6: NRZIN8KNRZ碼基帶傳輸彳仔號(hào)輸入心源：CLK2 (8K)模塊6: BS提供編譯碼位時(shí)鐘模塊 6: DOUT1模塊7: DIN濾波法同步提取輸入模塊7:位同步輸出模塊6: BSR提取的位同步輸入模塊 6: DOUT1模塊6:

16、IN-A電平變換A路編碼輸入模塊 6: DOUT2模塊6: IN-B電平變換B路編碼輸入模塊 6: HDB3/AMI-OUT模塊 6:HDB3/AMI-IN電平反變換輸入模塊 6: OUT-A模塊6: DIN1電平反變換A路編碼輸出模塊 6: OUT-B模塊6: DIN2電平反變換B路編碼輸出*檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源(4)模塊7的S2設(shè)置為“ 1000”。(5)以“NRZIN”為內(nèi)觸發(fā)源，分別用雙蹤示波器觀測(cè)“DOUT1"，“DOUT2”,“HDB3/AMI-OUT ”三點(diǎn)的波形。(6)以“NRZIN”為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器觀測(cè)“OUT-A"，“OUT-B”

17、， “NRZ-OUT”三點(diǎn)的波形，觀察解碼波形與初始信號(hào)是否一致。(7)通過撥碼開關(guān)S1選擇碼型為HDB3碼(S1設(shè)置為“ 10000000'), 重復(fù)上述步驟。3 .將信號(hào)源模塊上的撥碼開關(guān) S1, S2, S3全部撥為0或者全部撥為1,重 復(fù)步驟1、2,觀察各碼型編解碼輸出。4 .實(shí)驗(yàn)結(jié)束關(guān)閉電源，拆除連線，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、CMI, RZ, BPH碼編解碼電路觀測(cè)信號(hào)源原碼設(shè)置，這里設(shè)置與實(shí)驗(yàn)原理中的相同，為了有方向地驗(yàn)證。表3原碼設(shè)置關(guān)碼位12345678S101101000S201100000S301010100這樣設(shè)置之后，一個(gè)周期原碼為：01

18、1010000110000001010100,共24為碼元,那么任意時(shí)刻在示波器上觀察到的波形碼元都是此碼組的一個(gè)循環(huán)移位1) ) CMI 碼DOUT1: CMI編碼輸出圖5 CMI編碼輸出波形表4 CMI編碼輸出碼S1S2S3組1234567812345678123RZ1100000011000000001100000000011000原10101000110100001102) NRZ-OUT : CMI 解碼波形圖6 CMI解碼波形(2) RZ 碼DOUT1: RZ編碼輸出圖7 RZ編碼輸出波形與圖對(duì)應(yīng)“0”、“1”碼為（左起一個(gè)“1”開始計(jì)數(shù)的一個(gè)周期24位）如 下表。說明：表中上下行與圖中上下波形對(duì)應(yīng)，由于波形的周期性和時(shí)宜，S1, S2, S3并不與設(shè)置的信號(hào)源模塊中的 S1, S2, S3一致，這里僅表明選取一個(gè)周期并 分為3組。下面的（2） （3）等也是一樣。表5 RZ編碼輸出碼S1S2S3組123456781234567812345678RZ100100100001010010000001010000000一原101010001101000011000000一NRZ-OUT: RZ