數(shù)字通信原理實驗一AMI、HDB3編譯碼實驗

1、數(shù)字通信原理實驗報告實驗一AMI、HDB3編譯碼實驗學院 計算機與電子信息學院 專業(yè) 班級 姓名 學號 指導教師 實驗報告評分：_實驗一 AMI、HDB3編譯碼實驗一、實驗?zāi)康牧私庥啥M制單極性碼變換為AMI碼HDB3碼的編碼譯碼規(guī)則，掌握它的工作原理和實驗方法。二、實驗內(nèi)容1偽隨機碼基帶信號實驗2AMI碼實驗 AMI碼編碼實驗 AMI碼譯碼實驗 AMI碼位同步提取實驗3HDB3編碼實驗4HDB3譯碼實驗5HDB3位同步提取實驗6AMI和HDB3位同步提取比較實驗7HDB3碼頻譜測量實驗8書本上的HDB3碼變化和示波器觀察的HDB3碼變化差異實驗三、基本原理:PCM信號基帶傳輸線路碼型PCM信

2、號在電纜信道中傳輸時一般采用基帶傳輸方式，盡管是采用基帶傳輸方式，但也不是將PCM編碼器輸出的單極性碼序列直接送入信道傳輸，因為單極性脈沖序列的功率譜中含有豐富的直流分量和較多的低頻分量，不適于直接送人用變壓器耦合的電纜信道傳輸，為了獲得優(yōu)質(zhì)的傳輸特性，一般是將單數(shù)性脈沖序列進行碼型變換，以適應(yīng)傳輸信道的特性。(一)傳輸碼型的選擇在選擇傳輸碼型時，要考慮信號的傳輸信道的特性以及對定時提取的要求等。歸結(jié)起來， 傳輸碼型的選擇，要考慮以下幾個原則:1傳輸信道低頻截止特性的影響在電纜信道傳輸時，要求傳輸碼型的頻譜中不應(yīng)含有直流分量，同時低頻分量要盡量少。原因是PCM端機，再生中繼器與電纜線路相連接時

3、，需要安裝變壓器，以便實現(xiàn)遠端供電(因設(shè)置無人站)以及平衡電路與不平衡電路的連接。圖1.1是表示具有遠端供電時變壓器隔離電源的作用，以保護局內(nèi)設(shè)備。圖1.1變壓器的隔離作用 由于變壓器的接入，使信道具有低頻截止特性，如果信碼流中存在直流和低頻成分，則無法通過變壓器，否則將引起波形失真。2碼型頻譜中高頻分量的影響一條電纜中包含有許多線對，線對間由于電磁輻射而引起的串話是隨著頻宰的升高而加劇，因此要求頻譜中高頻分量盡量少，否則因串話會限制信號的傳輸距離或傳播容量。3定時時鐘的提取 碼型頻譜中應(yīng)含有定時時鐘信息，以便再生中繼器接收端提取必需的時鐘信息。4碼型具有誤碼檢測能力若傳輸碼型有一定的規(guī)律性，

4、那么就可根據(jù)這一規(guī)律性來檢測傳輸質(zhì)量，以便 做到自動監(jiān)測。5.碼型變換設(shè)備簡單，易于實現(xiàn)。(二)常用的傳輸碼型1單極性碼單極性碼是一種最簡單、最基本的碼型。圖1.2(a)是全占空(占空比100%)單極性碼(NRZ)及其頻譜，圖(b)是半占空(占空比50%)單極性碼及其頻譜。單極性碼的直流成分，信號能量大部分集中在低頻部分，另外占空比越大，則直流成分也越大，信號能量越集中在低頻部分。由于單極性碼存在上述缺點，它不適合于作為信道傳輸碼型，但在設(shè)備內(nèi)部的傳輸多采用單極性碼。為了減少碼間干擾和便于時鐘提取，常采用含有時鐘頻率的單極性半占空碼。2傳號交替反轉(zhuǎn)碼(AMI碼)圖1.2(c)所示是雙極性占空碼

5、，由于傳號碼(“1”碼)的極性是交替反轉(zhuǎn)的，所以又稱傳號交替反轉(zhuǎn)碼，簡稱AMI，AMI碼與二進碼序列的關(guān)系是：二進碼序列中“0”仍編為“0”；而二進碼序列中的“1”碼則交替地變?yōu)椤?1”碼及“-1”碼，例如：二進碼序列： 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 AMI序列： +1 -1 0 +1 0 0 0 0 1 +1 由于AMI碼的傳號碼前后交替反轉(zhuǎn)，所以該碼沒有直流分量，高頻、低頻成分也較少，而且能量集中在fB/2處，但無時鐘頻率fB成分(這無關(guān)緊要，可在接收端采用全波整流方法。將AMI碼還原成單極性半占空碼，就可提取時鐘信息)。從頻譜中可以看出它有以下優(yōu)點:無直流成分，低頻成分也少，有

6、利于采用變壓器進行遠供電源的隔離，而且對變壓器的要求(如體積)也可以降低。高頻成分少，不僅可節(jié)省信道頻帶，同時也可以減少串話，因信碼能量集中在fB/2處，所以通常以fB/2頻率來衡量信道的傳輸質(zhì)量。碼型提供了一定的檢錯能力，因為傳號碼的極性是交替反轉(zhuǎn)的，如果發(fā)現(xiàn)傳號碼的極性不是交替反轉(zhuǎn)的，就一定出現(xiàn)誤碼，因而可以檢出單個誤碼。碼型頻譜中，雖無時鐘頻率成分，但AMI碼經(jīng)過非線性處理(全波整流)，變換單極性碼后，就會有時鐘fB成分圖1.2 傳輸碼型及其功率刻度譜由于上述優(yōu)點，AMI碼廣泛使用于PCM系統(tǒng)中，它是CCITT建議采用的碼型之一。圖1.3 AMI電路及其對應(yīng)的波形AMI序列的電路及其對應(yīng)

7、的波形如圖1.3所示。AMI編碼的缺點是二進制序列中的“0”碼變換后仍然是“0”碼，如原二進制序列中連“0”碼過多，則變換后AMI序列中仍然是連“0”過多，這就不利于定時信息的提取，為了克服這一缺點又提出了采用HDB3碼的方案。3三階高密度雙極性碼(HDB3碼)HDB3碼是三階高密度雙極性碼簡稱，HDB3碼保留了AMI碼所有優(yōu)點，還可將連“0”碼限制在3 個以內(nèi)，它克服了AMI碼對“0”碼個數(shù)無法限制的缺點。HDB3碼序列的功率如圖34(c)所示。HDB3碼編碼規(guī)則:二進制序列變換為HDB3碼按下列規(guī)則進行：(1)HDB3是偽三進碼，它的三個狀態(tài)可用+1，-1和0來表示；(2)二進制信號序列中

8、的“0”碼在HDB3碼中仍編為“0”碼，但對出現(xiàn)四個連“0”碼時應(yīng)按特殊規(guī)律編碼；(3)二進制信號中“1”碼，在HDB3碼中應(yīng)交替地成+1和-1碼(信號交替反轉(zhuǎn)），但在編四個連“0”碼時要引入傳號交替反轉(zhuǎn)碼的“破壞點”V碼(V碼本身就是“1”碼，可正、可負)；(4)二進制序列中四個連“0”按以下規(guī)則編碼：(a)信碼中出現(xiàn)四個連“0”碼時，要將這四個連“0”碼用000V或B00V取代節(jié)來代替。(B也是“1”碼，可正、可負)。B、V為附加的傳號碼，稱為取代碼。 (b)如果HDB3碼中四個連“0”碼前面的一個傳號碼的極性與前一個破壞點V的極性相反，則四個連“0”碼的第一個“0”碼應(yīng)編為“0”碼；如果

9、HDB3碼中四個連“0”碼前的一個傳號碼的極性與前一個破壞點V的極性相同，則四個連“0”碼的第一個“0”碼就編成B碼。這一規(guī)則保證了相繼破壞點具有交替的極性，因而不會引入直流成份。(c)四個連“0”碼的第二個“0”和第三個“0”碼總是編成“0”碼。(d)四個連“0”碼的最后一個“0”碼總是編成破壞點V碼，以便接收端對破壞點的識別。概括地說，HDB3碼是一種四連“0”取代碼，它的取代節(jié)是“000V”或“B00V”。這兩個取代節(jié)選取原則是，使任意兩個相鄰v脈沖間的傳號數(shù)為奇數(shù)時選用000V取代節(jié)，偶數(shù)時則選用B00V取代節(jié)，這一規(guī)定的結(jié)果相鄰V脈沖的極性改變是符合極性交替原則的。舉例說明如下： 例

10、1：二進碼序列：1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 AMI碼： 1 0 0 0 -1 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 -1 HDB3碼 : V+ - 1 0 0 0 1 B_ 0 0 V_ +1 -1 B+ 0 0 V+0 -1 0 0 0 V_ 1例2：二進碼序列： 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 HDB3碼： V -1 0 1 -1 0 0 0 V_ B+ 0 0 V+ 0 -1 0 1 0 -1 1 B_ 0 0 V_ 0 1 圖1.4

11、 編碼原理圖和波形HDB3碼編碼器構(gòu)成方框圖、電原理圖，時間波形圖如圖14(a)(b)(c)所示。該編碼器由連“0”碼檢出、取代節(jié)判決、破壞點產(chǎn)生和單雙變換四個部份組成。連零檢出電路的作用是：當信碼流中出現(xiàn)四個連“0”碼時，檢出一個控制信號，該檢出電路由JC1JC4四級移位寄存器和與非門JC11組成，取代節(jié)判決電路作用是：當有四個連“0”出現(xiàn)時，判別由哪種取代節(jié)(BOOV或OOOV)來取代四連“0”碼，該判別電路由JC5、JCl2、JC6和JC10組成。破壞點產(chǎn)生電路是把取代節(jié)最后一比特變成極性交替的破壞點，它由JC5、JC7和JC12組成，單雙變換電路的作用是：將單極性不歸零碼變換成雙極性不

12、歸零碼，它由JCl6、JCl7、JCl5、JCl8、BGl、BG2及脈沖變壓器組成。HDB3解碼器接收端收到HDB3碼后，應(yīng)對HDB3碼解碼，還原成二進碼，HDB3解碼器的電原理圖，時間波形圖如圖1.5所示，根據(jù)HDB3碼的特點，HDB3碼解碼主要分成三步進行:首先檢出極性破壞點，即找出四連“0”中添加的V碼的位置(破壞點的位置)，其次去掉添加的V碼，最后去掉四連“0”第一位添加的B碼，還原成單極性不歸零碼。 HDB3碼解碼電路工作原理如下:JCl、JC2二個D觸發(fā)器在CP作用下，將信碼再生送來的碼(有正極性和負極性)都變成正的不歸零碼，再通過JC3、JC4、JC9、JCl0將破壞點V碼檢出，

13、再由與非門JCll、JCl2構(gòu)成的扣除門將破壞點V碼去除，為了去掉添加的B碼可將JCl3輸出信號經(jīng)過JC5、JC6、JC7三級移存器進行三比特移位，這樣所添加的B碼正好與破壞點相遇，再用扣除門JC14、在JC9、JCl0的扣除脈沖作用下，扣除B碼，JCl4輸出的已是扣除添加的B、V碼的負極性不歸零信號，再經(jīng)J觸發(fā)器定位整形，即可從解碼器送出正極性的不歸零碼。 定時恢復(fù)由異或門完成歸零碼變換再經(jīng)晶體管調(diào)諧選頻提取時鐘分量，最后由7404判決，整形產(chǎn)生位定時。如圖1.6所示。(三)傳輸碼型變換的誤碼增值 數(shù)字信號在線路中傳輸時由于信道不理想和噪聲干擾，接收端會出現(xiàn)誤碼，當線路傳輸碼中出現(xiàn)一個數(shù)字碼

14、錯誤時，在碼型反變換后的數(shù)字碼中出現(xiàn)一個以上的數(shù)字碼錯誤的現(xiàn)象稱為誤碼增值，誤碼增值現(xiàn)象可用誤碼增值比()來表示，誤碼增值比定義為：式中：fr一信道碼速率； Pe一信道誤碼率； FrPe1秒鐘內(nèi)的誤碼個數(shù)；FB ： 反變換后的碼速率; Pe： 反變換后的誤碼率; fBPe： 反變換后1秒鐘內(nèi)的誤碼個數(shù)。下面舉例說明誤碼增值情況，先分析AMI碼的誤瑪增值情況。下表中打*號者為信道誤碼位，在收端把AMI碼恢復(fù)成二進碼時，只要把AMI碼中“+1”、“-1”碼變?yōu)椤?”碼；把“0”碼變?yōu)榭仗枴?”碼即可。由于各碼無之間互不關(guān)聯(lián)，AMI碼中的一位誤碼對應(yīng)著二進碼的一位誤碼，即，故誤碼增值比=1。圖1.5

15、 解碼器電路原理圖圖1.6 碼位定時提取 (四)實際應(yīng)用介紹目前大量采用型號為CD22103的CMOS大規(guī)模集成電路的HDB3編、解碼器，它可將編、解碼器兩大功能電路集成在一個大規(guī)模電路里。可將發(fā)送來的NRZ碼變?yōu)镠DB3碼，也可將接收到的HDB3碼還原為NRZ碼。典型應(yīng)用線路CD22103實現(xiàn)的HDB3碼變換與定時提取電路，如圖1.7圖1.7 用CD22103實現(xiàn)的HDB3碼變換與定時提取電路四、實驗儀器實驗箱 HDB3編譯碼實驗，華南理工大學電子與信息工程系 1套示波器 GOS-620 1臺直流穩(wěn)壓器 YB1711A 1臺數(shù)字頻率計 HC-F1000C 1臺五、實驗步驟準備工作：1、按實驗

16、板上所標的電源電壓開機，調(diào)準所需電壓，然后關(guān)機；2、把實驗板電源連接線接好；3、開機注意觀察電流表正電流 I250mA 若與上述電流差距太大，要迅速關(guān)機，檢查電源線有無接錯或其它原因。為了測試電路方便，我們提供了一個簡易PCM信號發(fā)生器，根據(jù)開關(guān)的位置，可產(chǎn)生8位循環(huán)的隨機碼。實驗者可自己選擇K1K8的開關(guān)。產(chǎn)生各種連0、連1單極性二進制基帶信號。A、AMI碼實驗K9、K10置AMI1 K1一K8置10011100，測量P12、P22，觀察AMI碼變換規(guī)則，P22與P30比較， 測量P30歸零碼變換波形。測量譯碼P31時鐘提取波形，測量整形后CP3波形。注意時鐘移位是用靠諧振回路失諧產(chǎn)生。2K

17、1一K8置10000000，測量P12、P22波形，觀察連0碼多時，AMI碼變換規(guī)則。測量譯碼時鐘提取波形，你會發(fā)現(xiàn)，由于連0數(shù)多，P31時鐘提取呈衰減趨勢。CP3脈沖波形有斷續(xù)。即AMI碼連0數(shù)大多時，對時鐘提取不利。3K1一K8置00000000，測量P12、P22變換AMI碼波形，仍然保持全0電平。測量譯碼P3l，則時鐘信號提取不到，CP3為全0。B、HDB3碼實驗K9、K10置HDB3(波形記錄20個碼元以上)1K1一K8置10Ol11OO，測量P12、P22波形，觀察HDB3碼變換規(guī)則，在沒有四連0時，P23無四連0檢出信號，HDB3與AMI碼變換規(guī)則相同。但由于要儲存計算有無4個連

18、0。故P22輸出比輸入P12要延時5位碼元。其余類同。這一點與老師上課時和書本上的內(nèi)容有差別。測量譯碼P3l,CP3時鐘提取波形。測量P33檢測不到破壞點V碼，比較P12與P32，P32無插入B脈沖檢出。比較P12與譯碼PCM碼輸出?；謴?fù)數(shù)據(jù)與發(fā)端相同。2K1一K8置10010000，測量P12、P22，碼變換波形，由于有四個連0碼，P23有四連0檢出信號，P22輸出有破壞點V碼出現(xiàn)。把P22與CP2比較，你會發(fā)現(xiàn)，這時四連0是做BOOV變換。因為這時兩個V間有偶數(shù)個B碼。測量P33，比較P12與P32，P32有插入B脈沖檢出。這時收端可以檢測到破壞點、CP3時鐘提取正常，測量譯碼PCM輸出與P12比較，恢復(fù)數(shù)據(jù)相同。3K1一K8置1000000，測量Pl2、P22、HDB3碼變換波形，這時你也可以看到有破壞點V碼，測量P23，有四連0檢出信號。把P22與CP2比較。你會發(fā)現(xiàn)這時四連0碼是做0OOV變換，因為這時兩個V間有奇數(shù)個B碼。P33有破壞點V碼脈沖檢出，P12與P32比較，P32無插入B脈沖檢出。測量譯碼P3l,CP3時鐘提取正常。測量譯碼PCM輸出，恢復(fù)的數(shù)據(jù)與P12輸入相同。4K1一置0000000，測量P12、P22，觀察HDB3碼變換波形，這時四連0是做BOOV變換。P23有四連0檢出信號。測量譯碼P3l、CP3