1、數(shù)字通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一AMI、HDB3編譯碼實(shí)驗(yàn)學(xué)院 計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院 專業(yè) 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分：_實(shí)驗(yàn)一 AMI、HDB3編譯碼實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庥啥M(jìn)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(shí)驗(yàn)方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1偽隨機(jī)碼基帶信號(hào)實(shí)驗(yàn)2AMI碼實(shí)驗(yàn) AMI碼編碼實(shí)驗(yàn) AMI碼譯碼實(shí)驗(yàn) AMI碼位同步提取實(shí)驗(yàn)3HDB3編碼實(shí)驗(yàn)4HDB3譯碼實(shí)驗(yàn)5HDB3位同步提取實(shí)驗(yàn)6AMI和HDB3位同步提取比較實(shí)驗(yàn)7HDB3碼頻譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)8書本上的HDB3碼變化和示波器觀察的HDB3碼變化差異實(shí)驗(yàn)三、基本原理:PCM信號(hào)基帶傳輸線路碼型PCM信

2、號(hào)在電纜信道中傳輸時(shí)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?yàn)閱螛O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(jìn)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(shí)，要考慮信號(hào)的傳輸信道的特性以及對(duì)定時(shí)提取的要求等。歸結(jié)起來(lái)， 傳輸碼型的選擇，要考慮以下幾個(gè)原則:1傳輸信道低頻截止特性的影響在電纜信道傳輸時(shí)，要求傳輸碼型的頻譜中不應(yīng)含有直流分量，同時(shí)低頻分量要盡量少。原因是PCM端機(jī)，再生中繼器與電纜線路相連接時(shí)

3、，需要安裝變壓器，以便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端供電(因設(shè)置無(wú)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(yuǎn)端供電時(shí)變壓器隔離電源的作用，以保護(hù)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(wú)法通過(guò)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(duì)，線對(duì)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(huì)限制信號(hào)的傳輸距離或傳播容量。3定時(shí)時(shí)鐘的提取 碼型頻譜中應(yīng)含有定時(shí)時(shí)鐘信息，以便再生中繼器接收端提取必需的時(shí)鐘信息。4碼型具有誤碼檢測(cè)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(lái)檢測(cè)傳輸質(zhì)量，以便 做到自動(dòng)監(jiān)測(cè)。5.碼型變換設(shè)備簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。(二)常用的傳輸碼型1單極性碼單極性碼是一種最簡(jiǎn)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(hào)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(hào)能量越集中在低頻部分。由于單極性碼存在上述缺點(diǎn)，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(shí)鐘提取，常采用含有時(shí)鐘頻率的單極性半占空碼。2傳號(hào)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(hào)碼(“1”碼)的極性是交替反轉(zhuǎn)的，所以又稱傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼，簡(jiǎn)稱AMI，AMI碼與二進(jìn)碼序列的關(guān)系是：二進(jìn)碼序列中“0”仍編為“0”；而二進(jìn)碼序列中的“1”碼則交替地變?yōu)椤?1”碼及“-1”碼，例如：二進(jìn)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(hào)碼前后交替反轉(zhuǎn)，所以該碼沒(méi)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(wú)時(shí)鐘頻率fB成分(這無(wú)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(shí)鐘信息)。從頻譜中可以看出它有以下優(yōu)點(diǎn):無(wú)直流成分，低頻成分也少，有

6、利于采用變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)供電源的隔離，而且對(duì)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(shí)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(lái)衡量信道的傳輸質(zhì)量。碼型提供了一定的檢錯(cuò)能力，因?yàn)閭魈?hào)碼的極性是交替反轉(zhuǎn)的，如果發(fā)現(xiàn)傳號(hào)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(gè)誤碼。碼型頻譜中，雖無(wú)時(shí)鐘頻率成分，但AMI碼經(jīng)過(guò)非線性處理(全波整流)，變換單極性碼后，就會(huì)有時(shí)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(diǎn)，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(duì)應(yīng)的波形AMI序列的電路及其對(duì)應(yīng)

7、的波形如圖1.3所示。AMI編碼的缺點(diǎn)是二進(jìn)制序列中的“0”碼變換后仍然是“0”碼，如原二進(jìn)制序列中連“0”碼過(guò)多，則變換后AMI序列中仍然是連“0”過(guò)多，這就不利于定時(shí)信息的提取，為了克服這一缺點(diǎn)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(jiǎn)稱，HDB3碼保留了AMI碼所有優(yōu)點(diǎn)，還可將連“0”碼限制在3 個(gè)以內(nèi)，它克服了AMI碼對(duì)“0”碼個(gè)數(shù)無(wú)法限制的缺點(diǎn)。HDB3碼序列的功率如圖34(c)所示。HDB3碼編碼規(guī)則:二進(jìn)制序列變換為HDB3碼按下列規(guī)則進(jìn)行：(1)HDB3是偽三進(jìn)碼，它的三個(gè)狀態(tài)可用+1，-1和0來(lái)表示；(2)二進(jìn)制信號(hào)序列中

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

9、HDB3碼中四個(gè)連“0”碼前的一個(gè)傳號(hào)碼的極性與前一個(gè)破壞點(diǎn)V的極性相同，則四個(gè)連“0”碼的第一個(gè)“0”碼就編成B碼。這一規(guī)則保證了相繼破壞點(diǎn)具有交替的極性，因而不會(huì)引入直流成份。(c)四個(gè)連“0”碼的第二個(gè)“0”和第三個(gè)“0”碼總是編成“0”碼。(d)四個(gè)連“0”碼的最后一個(gè)“0”碼總是編成破壞點(diǎn)V碼，以便接收端對(duì)破壞點(diǎn)的識(shí)別。概括地說(shuō)，HDB3碼是一種四連“0”取代碼，它的取代節(jié)是“000V”或“B00V”。這兩個(gè)取代節(jié)選取原則是，使任意兩個(gè)相鄰v脈沖間的傳號(hào)數(shù)為奇數(shù)時(shí)選用000V取代節(jié)，偶數(shù)時(shí)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(shuō)明如下： 例

10、1：二進(jìn)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(jìn)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(shí)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(diǎn)產(chǎn)生和單雙變換四個(gè)部份組成。連零檢出電路的作用是：當(dāng)信碼流中出現(xiàn)四個(gè)連“0”碼時(shí)，檢出一個(gè)控制信號(hào)，該檢出電路由JC1JC4四級(jí)移位寄存器和與非門JC11組成，取代節(jié)判決電路作用是：當(dāng)有四個(gè)連“0”出現(xiàn)時(shí)，判別由哪種取代節(jié)(BOOV或OOOV)來(lái)取代四連“0”碼，該判別電路由JC5、JCl2、JC6和JC10組成。破壞點(diǎn)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(diǎn)，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(duì)HDB3碼解碼，還原成二進(jìn)碼，HDB3解碼器的電原理圖，時(shí)間波形圖如圖1.5所示，根據(jù)HDB3碼的特點(diǎn)，HDB3碼解碼主要分成三步進(jìn)行:首先檢出極性破壞點(diǎn)，即找出四連“0”中添加的V碼的位置(破壞點(diǎn)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(gè)D觸發(fā)器在CP作用下，將信碼再生送來(lái)的碼(有正極性和負(fù)極性)都變成正的不歸零碼，再通過(guò)JC3、JC4、JC9、JCl0將破壞點(diǎn)V碼檢出，

13、再由與非門JCll、JCl2構(gòu)成的扣除門將破壞點(diǎn)V碼去除，為了去掉添加的B碼可將JCl3輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)JC5、JC6、JC7三級(jí)移存器進(jìn)行三比特移位，這樣所添加的B碼正好與破壞點(diǎn)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(fù)極性不歸零信號(hào)，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(shí)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(shí)鐘分量，最后由7404判決，整形產(chǎn)生位定時(shí)。如圖1.6所示。(三)傳輸碼型變換的誤碼增值 數(shù)字信號(hào)在線路中傳輸時(shí)由于信道不理想和噪聲干擾，接收端會(huì)出現(xiàn)誤碼，當(dāng)線路傳輸碼中出現(xiàn)一個(gè)數(shù)字碼

14、錯(cuò)誤時(shí)，在碼型反變換后的數(shù)字碼中出現(xiàn)一個(gè)以上的數(shù)字碼錯(cuò)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(lái)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(gè)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(gè)數(shù)。下面舉例說(shuō)明誤碼增值情況，先分析AMI碼的誤瑪增值情況。下表中打*號(hào)者為信道誤碼位，在收端把AMI碼恢復(fù)成二進(jìn)碼時(shí)，只要把AMI碼中“+1”、“-1”碼變?yōu)椤?”碼；把“0”碼變?yōu)榭仗?hào)“0”碼即可。由于各碼無(wú)之間互不關(guān)聯(lián)，AMI碼中的一位誤碼對(duì)應(yīng)著二進(jìn)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(shí)提取 (四)實(shí)際應(yīng)用介紹目前大量采用型號(hào)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(gè)大規(guī)模電路里?？蓪l(fā)送來(lái)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(shí)現(xiàn)的HDB3碼變換與定時(shí)提取電路，如圖1.7圖1.7 用CD22103實(shí)現(xiàn)的HDB3碼變換與定時(shí)提取電路四、實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)箱 HDB3編譯碼實(shí)驗(yàn)，華南理工大學(xué)電子與信息工程系 1套示波器 GOS-620 1臺(tái)直流穩(wěn)壓器 YB1711A 1臺(tái)數(shù)字頻率計(jì) HC-F1000C 1臺(tái)五、實(shí)驗(yàn)步驟準(zhǔn)備工作：1、按實(shí)驗(yàn)

16、板上所標(biāo)的電源電壓開(kāi)機(jī)，調(diào)準(zhǔn)所需電壓，然后關(guān)機(jī)；2、把實(shí)驗(yàn)板電源連接線接好；3、開(kāi)機(jī)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(jī)，檢查電源線有無(wú)接錯(cuò)或其它原因。為了測(cè)試電路方便，我們提供了一個(gè)簡(jiǎn)易PCM信號(hào)發(fā)生器，根據(jù)開(kāi)關(guān)的位置，可產(chǎn)生8位循環(huán)的隨機(jī)碼。實(shí)驗(yàn)者可自己選擇K1K8的開(kāi)關(guān)。產(chǎn)生各種連0、連1單極性二進(jìn)制基帶信號(hào)。A、AMI碼實(shí)驗(yàn)K9、K10置AMI1 K1一K8置10011100，測(cè)量P12、P22，觀察AMI碼變換規(guī)則，P22與P30比較， 測(cè)量P30歸零碼變換波形。測(cè)量譯碼P31時(shí)鐘提取波形，測(cè)量整形后CP3波形。注意時(shí)鐘移位是用靠諧振回路失諧產(chǎn)生。2K

17、1一K8置10000000，測(cè)量P12、P22波形，觀察連0碼多時(shí)，AMI碼變換規(guī)則。測(cè)量譯碼時(shí)鐘提取波形，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，由于連0數(shù)多，P31時(shí)鐘提取呈衰減趨勢(shì)。CP3脈沖波形有斷續(xù)。即AMI碼連0數(shù)大多時(shí)，對(duì)時(shí)鐘提取不利。3K1一K8置00000000，測(cè)量P12、P22變換AMI碼波形，仍然保持全0電平。測(cè)量譯碼P3l，則時(shí)鐘信號(hào)提取不到，CP3為全0。B、HDB3碼實(shí)驗(yàn)K9、K10置HDB3(波形記錄20個(gè)碼元以上)1K1一K8置10Ol11OO，測(cè)量P12、P22波形，觀察HDB3碼變換規(guī)則，在沒(méi)有四連0時(shí)，P23無(wú)四連0檢出信號(hào)，HDB3與AMI碼變換規(guī)則相同。但由于要儲(chǔ)存計(jì)算有無(wú)4個(gè)連

18、0。故P22輸出比輸入P12要延時(shí)5位碼元。其余類同。這一點(diǎn)與老師上課時(shí)和書本上的內(nèi)容有差別。測(cè)量譯碼P3l,CP3時(shí)鐘提取波形。測(cè)量P33檢測(cè)不到破壞點(diǎn)V碼，比較P12與P32，P32無(wú)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(cè)量P12、P22，碼變換波形，由于有四個(gè)連0碼，P23有四連0檢出信號(hào)，P22輸出有破壞點(diǎn)V碼出現(xiàn)。把P22與CP2比較，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這時(shí)四連0是做BOOV變換。因?yàn)檫@時(shí)兩個(gè)V間有偶數(shù)個(gè)B碼。測(cè)量P33，比較P12與P32，P32有插入B脈沖檢出。這時(shí)收端可以檢測(cè)到破壞點(diǎn)、CP3時(shí)鐘提取正常，測(cè)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(cè)量Pl2、P22、HDB3碼變換波形，這時(shí)你也可以看到有破壞點(diǎn)V碼，測(cè)量P23，有四連0檢出信號(hào)。把P22與CP2比較。你會(huì)發(fā)現(xiàn)這時(shí)四連0碼是做0OOV變換，因?yàn)檫@時(shí)兩個(gè)V間有奇數(shù)個(gè)B碼。P33有破壞點(diǎn)V碼脈沖檢出，P12與P32比較，P32無(wú)插入B脈沖檢出。測(cè)量譯碼P3l,CP3時(shí)鐘提取正常。測(cè)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(cè)量P12、P22，觀察HDB3碼變換波形，這時(shí)四連0是做BOOV變換。P23有四連0檢出信號(hào)。測(cè)量譯碼P3l、CP3