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1、通信原理课程设计指导书信息技术学院王雪2010年8月金 陵 科 技 学 院通信原理课程设计指导书课程编号： 05181001 课程设计名称： 基带信号产生与码型变换适用专业、年级：09通信工程/09电子信息工程 学分：1 学时数：20 一、 课程设计的目的、要求 基于CPLD的信号产生与码型变换课程设计是针对学习数字电路课程及学VHDL硬件描述语言后进行综合训练的课程，其目的是让学生通过实际的硬件去验证所编写程序的正确性，同时了解整个开发流程。 进一步加深对所学基础知识的理解，培养和提高学生自学能力、实践动手能力和分析解决实际问题的能力。利用VHDL语言编程，在FPGA芯片上，设计产生各种基带
2、信号，并能实现常用码型变换：相对码与绝对码、单极性归零、双极性归零、双极性不归零、CMI、曼彻斯特、密勒、PST。二、 课程设计的原理（一）.基带信号产生编程介绍1本课题硬件采用CPLD可编程模块（基带数据发生与码型变换模块），用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和基带信号及完成各种码型变换实验。它主要由ALTERA公司的CPLD可编程器件EPM240组成。晶振用来产生16.384MHz系统内的主时钟，送给CPLD芯片生成各种时钟和数字信号。2基带信号产生是指通过对CPLD进行编程产生后续实验需要的，不同码元速率，不同类型的数字信号，为方便码元读取，同时要求数字信号有对应的时钟输出。基于基带数
3、据产生与码型变换模块，可以实现多种速率多种类型的信号，比如2k或32k的15位M序列，2k或32k的31位M序列，根据8位拨码开关设置的64k基地数据等。（二）.M序列的产生原理1.m序列是最长线性反馈移存器序列的简称，是伪随机序列的一种。它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的一种序列。m序列在一定的周期内具有自相关特性。它的自相关特性和白噪声的自相关特性相似。虽然它是预先可知的，但性质上和随机序列具有相同的性质。比如：序列中“0”码与“1”码等抵及具有单峰自相关函数特性等。2.m序列是由带线性反馈的移存器产生的。结构如图：。图1 反馈移位寄存器的结构其中an-i为移位寄存器中每位寄存器的状
4、态，Ci为第i位寄存器的反馈系数。Ci1表示有反馈，Ci0表示无反馈。我们先给出一个m序列的例子。在图1中示出一个4级反馈移存器。若其初始状态为（a3, a2 , a1 , a0 ）=（1，0，0，0），则在移位一次时，由a3和a0模2相加产生新的输入a4=10=1新的状态变为（a4 , a3 , a2 , a1 ）=( 1, 1, 0, 0)这样移位15次后又回到初始状态（1，0，0，0），不难看出，若初始状态为全“0”，即“0，0，0，0”，则移位后得到的仍为全“0”状态。这就意味着在这种反馈移存器中应避免出现全“0”状态。不然移存器的状态将不会改变。因为4级移存器共有24=16种可能的不
5、同状态。除全“0”状态外，只剩15种状态可用。即由任何4级反馈移存器产生的序列的周期最长为15。我们常常希望用尽可能小的级数产生尽可能长的序列。由上例可见，一般说来，一个n级反馈移存器可能产生的最长周期等于（2n 1）。我们将这种最长的序列称为最长线性反馈移存器序列，简称m序列。C3 a0输出a1a2a3000111101011001001111010110010011110101100100111101011001000初始状态24 -1=15（个）图2 m序列的产生一个线性反馈移位寄存器能否产生m序列，取决于它的反馈系数Ci (例如上图的C3)。对于m序列，Ci的取值必须按照一个本原多项式
6、：中的二进制系数来取值。n级移位寄存器可以产生的m序列个数由下式决定：其中(x)为欧拉函数，表示小于等于x并与x互质的正整数个数（包括1在内）。表1列出了部分m序列的反馈系数Ci，按照下表中的系数来构造移位寄存器，就能产生相应的m序列。表1 m序列的反馈系数表m序列的级数nm序列的周期P反馈系数Ci(八机制)37134152353145,67,75663103,147,1557127203,211,217,235,277,313,325,345,3678255435,453,537,543,545,551,703,74795111021,1055,1131,1157,1167,11751010
7、232011,2033,2157,2443,2745,32711120474005,4445,5023,5263,6211,736312409510123,11417,12515,13505,14127,1505313819220033,23261,24633,30741,32535,37505141638342103,51761,55753,60153,71147,674011532765100003,110013,120265,133663,142305（二）.码型变换的原理1在实际的基带传输系统中，传输码的结构应具有下列主要特性：1）相应的基带信号无直流分量，且低频分量少；2）便于从信号
8、中提取定时信息；3）信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰；4）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；5）编译码设备要尽可能简单。2各种码型变换原理2.1单极性不归零码（NRZ码）单极性不归零码中，二进制代码“1”用幅度为的正电平表示，“0”用零电平表示，单极性码中含有直流成分，而且不能直接提取同步信号。图3 单极性不归零码2.2双极性不归零码（BNRZ码）二进制代码“1”、“0”分别用幅度相等的正负电平表示，当二进制代码“1”和“0”等概出现时无直流分量。图 4 双极性不归零码2.3单极性归零码（RZ码）单极性归零码与单极性不归零码的区别是码元宽度小于码元间隔，每个码
9、元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。单极性码可以直接提取定时信息，仍然含有直流成分。图 5 单极性归零码2.4双极性归零码（BRZ码）它是双极性码的归零形式，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。图 6 双极性归零码 2.5曼彻斯特码曼彻斯特码又称为数字双相码，它用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。编码规则之一是：“0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10”两位码表示。例如：消息代码： 1 1 0 0 1 0 1 1 0曼彻斯特码：10 10 01 01 10 01 10 10 01 曼彻斯特码只有极性相反的两个电平，因为曼彻斯特码在每个码元中期的中心点都
10、存在电平跳变，所以含有位定时信息，又因为正、负电平各一半，所以无直流分量。图 7 曼彻斯特编码2.6 CMI码CMI码是传号反转码的简称，与曼彻斯特码类似，也是一种双极性二电平码，其编码规则：1. “1”码交替的用“11“和”“00”两位码表示；2. “0”码固定的用“01”两位码表示。例如：消息代码：1 0 1 0 0 1 1 0CMI码： 11 01 00 01 01 11 00 01 或： 00 01 11 01 01 00 11 01图 8 CMI码2.7 密勒码密勒码又称延迟调制码，它是曼彻斯特码的一种变形，编码规则：3. “1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示。4. “0”码有两种情况：单个“0”码时，在码元间隔内不出现电平跃变，且相邻码元的边界处也不跃变；连“0”时，在两个“0”码边界处出现电平跃变，即“00”与“11”交替。例如：消息代码：1 1 0 1 0 0 1 0密勒码： 10 10 00 01 11 00 01 11或： 01 01 11 10 00 11 10 00图 9 密勒编码2.8成对选择三进码（PST码）PST码是成对选择三进码，其编码过程
