码型变换实验

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1、重庆邮电大学通信技术与网络实验中心 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书 实验十五 码型变换实验 一、实验目的 1、 了解几种常用的数字基带信号。 2、 掌握常用数字基带传输码型的编码规则。 3、 掌握常用 CPLD 实现码型变换的方法。 二、实验内容 1、 观察 NRZ 码、 RZ 码、AMI 码、HDB3 码、CMI 码、BPH 码的波形。 2、 观察全 0 码或全 1 码时各码型的波形。 3、 观察 HDB3 码、AMI 码的正负极性波形。 4、 观察 RZ 码、 AMI 码、HDB3 码、CMI 码、BPH 码经过码型反变换后的输出波形。 5、 自行设计码型变换电路，下载并观察波

2、形。 三、实验器材 1、 信号源模块 一块 2、 号模块 一块 3、 号模块 一块 4、 20M 双踪示波器 一台 5、 连接线 若干 四、实验原理 （一）基本原理 在数字通信中，有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输。例如，在市区内利用电传机直接进行电报通信，或者利用中继方式在长距离上直接传输 PCM信号等。这种不使用载波调制装置而直接传送基带信号的系统，我们称它为基带传输系统，它的基本结构如图 15-1 所示。 重庆邮电大学通信技术与网络实验中心 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书 信道信号形成器信道接收滤波器抽样判决器基带脉冲输出基带脉冲输入干扰图 15-1

3、 基带传输系统的基本结构 该结构由信道信号形成器、信道、接收滤波器以及抽样判决器组成。这里信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号，信道可以是允许基带信号通过的媒质（例如能够通过从直流至高频的有线线路等）；接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰；抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。 若一个变换器把数字基带信号变换成适合于基带信号传输的基带信号，则称此变换器为数字基带调制器；相反，把信道基带信号变换成原始数字基带信号的变换器，称之为基带解调器。 基带信号是代码的一种电表示形式。在实际的基带传输系统中，并不是所有的基带电波形都能在信道中传输。例如，含有丰富直流和低

4、频成分的基带信号就不适宜在信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。单极性基带波形就是一个典型例子。再例如，一般基带传输系统都从接收到的基带信号流中提取定时信号，而收定时信号又依赖于代码的码型，如果代码出现长时间的连“0 ”符号，则基带信号可能会长时间出现 0 电位，而使收定时恢复系统难以保证收定时信号的准确性。归纳起来，对传输用的基带信号的主要要求有两点：（1 ）对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；（2 ）对所选码型的电波形要求，期望电波形适宜于在信道中传输。 （二）编码规则 1、 NRZ 码 NRZ 码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为

5、零电平）分别表示二进制信息“1 ”和“0 ”，在整个码元期间电平保持不变。例如： 2、 RZ 码 RZ 码的全称是单极性归零码，与 NRZ 码不同的是，发送“1 ”时在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。例如： 重庆邮电大学通信技术与网络实验中心 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书 3、 AMI 码 AMI 码的全称是传号交替反转码。这是一种将信息代码 0(空号 )和 1(传号) 按如下方式进行编码的码：代码的 0 仍变换为传输码的 0,而把代码中的 1 交替地变换为传输码的+1 ，-1 ，+1，-1 ，。例如： 信息代码：1 0 0 1 1 0 0 0

6、 1 1 1 AMI 码： +1 0 0-1+1 0 0 0-1+1-1 由于 AMI 码的传号交替反转，故由于它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而 0 电位保持不变的规律。这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。 除了上述特点以外，AMI 码还有编译码电路简单以及便于观察误码情况等优点，它是以种基本的线路码，在高密度信息流得数据传输中，得到广泛采用。但是，AMI 码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连 0 串，因而会造成提取定时信号的困难。 4、 HDB3 码 HDB3 码是对 AMI 码的一种改进码，它的全称

7、是三阶高密度双极性码。其编码规则如下：先检查消息代码（二进制）的连 0 情况，当没有 4 个或 4 个以上连 0 串时，按照 AMI码的编码规则对信息代码进行编码；当出现 4 个或 4 个以上连 0 串时，则将每 4 个连 0 小段的第 4 个 0 变换成与前一非 0 符号（+1 或 -1）同极性的符号，用 V 表示（即+1 记为 +V， -1记为-V），为使附加 V 符号后的序列不破坏“极性交替反转”造成的无直流特性，还必须保证相邻 V 符号也应极性交替。当两个相邻 V 符号之间有奇数个非 0 符号时，用取代节“000V ”取代 4 连 0 信息码；当两个相邻 V 符号间有偶数个非 0 符号

8、时，用取代节“B00V ”取代 4连 0 信息码。例如： 代码： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 000 0 1 1 AMI 码： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 000 0 -1 +1 HDB3 码：-1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V -1 +1 -B00 -V -1 +1 HDB3 码的特点是明显的，它除了保持 AMI 码的优点外，还增加了使连 0 串减少到至多 3 个的优点，而不管信息源的统计特性如何。这对于定时信号的恢复是十分有利的。 HDB3重庆邮电大学通信技术与网络实验中心 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书 码是 CCI

9、TT 推荐使用的码型之一。 5、 CMI 码 CMI 码是传号反转码的简称，其编码规则为：“ 1”码交替用“11 ”和“ 00”表示；“ 0”码用“01”表示。例如： 代码： 1 1 0 1 0 0 1 CMI 码： 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 这种码型有较多的电平跃变，因此含有丰富的定时信息。该码已被 CCITT 推荐为 PCM（脉冲编码调制）四次群的接口码型。在光缆传输系统中有时也用作线路传输码型。 6、 BPH 码 BPH 码的全称是数字双相码（Digital Biphase ） ，又称 Manchester 码，即曼彻斯特码。它是对每个二进制码分别利用两个具

10、有 2 个不同相位的二进制新码去取代的码，编码规则之一是： 001 （零相位的一个周期的方波） 110 （相位的一个周期的方波） 例如： 代码： 1 1 0 0 1 0 1 双相码： 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 双相码的特点是只使用两个电平，这种码既能提供足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程简单。但这种码的带宽要宽些。 （三）电路原理 将信号源产生的NRZ 码和位同步信号BS 送入 U1（EPM3064 ）进行变换，可以直接得到各种单极性码和各种双极性码的正、负极性编码信号（因为CPLD 的IO口不能直接接负电平，所以只能将分别代表正极性和负极性的两路编码信号分别

11、输出，再通过外加电路合成双极性码），如HDB3码的正、负极性编码信号送入U2 （CD4051 ）的选通控制端，控制模拟开关轮流选通正、负电平，从而得到完整的HDB3码。解码也同样需要将双极性的HDB3码变换成分别代表正极性和负极性的两路信号，再送入CPLD 进行解码，得到NRZ 码。其他双极性码的编、解码过程相同。 各编码波形如图 15-2 所示 重庆邮电大学通信技术与网络实验中心 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书 01101000011000000101010+V-B -V代码NRZRZBPHCMIAMIHDB3图 15-2 编码波形 五、输入、输出点参考说明 1、 输入点说明 N

12、RZ：NRZ 码输入点。 BS：编码时钟输入点。 BSR：解码时钟输入点。 IN-A：正极性 HDB3/AMI 码编码输入点。 IN-B：负极性 HDB3/AMI 码编码输入点。 DIN1：正极性 HDB3/AMI 码解码输入点。 DIN2：负极性 HDB3/AMI 码解码输入点。 HDB3/AMI-IN：HDB3/AMI 码编码输入点。 2、 输出点说明 DOUT1：编码输出，由拨码开关 S1 控制编码码型。选择 AMI、 HDB3 码型时，为正极性编码输出。 DOUT2：编码输出，由拨码开关 S1 控制编码码型。选择 AMI、 HDB3 码型时，为负极性编码输出，选择其它码型时，无输出。

13、OUT-A：正极性 HDB3/AMI 码解码输出点。 OUT-B：负极性 HDB3/AMI 码解码输出点。 重庆邮电大学通信技术与网络实验中心 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书 HDB3/AMI-OUT：HDB3/AMI 码编码输出点。 NRZ-OUT：解码输出。 六、实验步骤 1、 CMI，RZ ，BPH 码编解码电路观测 1） 将信号源模块和模块 6、 7 固定在主机箱上，将塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。 2） 通过模块 6 上的拨码开关 S1 选择码型为 CMI 码，即“00100000 ”。 3） 信号源模块上 S4、 S5 都拨到 “1100”， S1、 S2、 S3 分

14、别设为“01110010”“01010101 ”“00110011 ”。 4） 对照下表完成实验连线 源端口 目的端口 连线说明 信号源： NRZ（8K ） 模块 6：NRZIN 8KNRZ 码基带传输信号输入 信号源： CLK2（8K ） 模块 6：BS 提供编译码位时钟 模块 6：DOUT1 模块 6：DIN1 电平变换的编码输入 A 模块 6：DOUT1 模块 7：DIN 提取编码数据的位时钟。 模块 7：BS 模块 6：BSR 提取的位时钟给译码模块 * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源 5） 将模块 7 的 S2 设置为“0111 ” 6） 以 “NRZIN ”为内触发源，用双踪示波器观测编码输出“DOUT1 ”波形。 7） 以 “ NRZIN”为内触发源，用双踪示波器对比观测解码输出“NRZ-OUT ”波形，观察解码波形与初始信号是否一致。 8） 拨码开关 S1 选择码型为 RZ 码（00010000 ）、BPH 码（00001000）重复上述步骤。 9） 实验结束关闭电源。 2、 AMI，HDB3 码编解码电路观测 1) 通过模块 6 上的拨码开关 S1 选择码型为 AMI 码，即“01000000 ”。