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1、.数字通信原理数字通信原理实验报告实验报告实验一实验一 AMIAMI、HDB3HDB3 编译码实验编译码实验学院计算机与电子信息学院专业班级学号指导教师实验报告评分：_1 / 16.实验一实验一 AMI AMI、HDB3HDB3 编译码实验编译码实验一、实验目的一、实验目的了解由二进制单极性码变换为 AMI 码 HDB3 码的编码译码规则，掌握它的工作原理和实验方法。二、实验容二、实验容1伪随机码基带信号实验2AMI 码实验 AMI 码编码实验 AMI 码译码实验 AMI 码位同步提取实验3HDB3 编码实验4HDB3 译码实验5HDB3 位同步提取实验6AMI 和 HDB3 位同步提取比较实
2、验7HDB3 码频谱测量实验8书本上的 HDB3 码变化和示波器观察的HDB3 码变化差异实验三、基本原理三、基本原理:PCM:PCM 信号基带传输线路码型信号基带传输线路码型PCM 信号在电缆信道中传输时一般采用基带传输方式，尽管是采用基带传输方式，但也不是将 PCM 编码器输出的单极性码序列直接送入信道传输， 因为单极性脉冲序列的功率谱中含有丰富的直流分量和较多的低频分量， 不适于直接送人用变压器耦合的电缆信道传输， 为了获得优质的传输特性，一般是将单数性脉冲序列进行码型变换，以适应传输信道的特性。( (一一) )传输码型的选择传输码型的选择在选择传输码型时， 要考虑信号的传输信道的特性以
3、与对定时提取的要求等。 归结起来，传输码型的选择，要考虑以下几个原则:1 1传输信道低频截止特性的影响传输信道低频截止特性的影响在电缆信道传输时， 要求传输码型的频谱中不应含有直流分量， 同时低频分量要尽量少。原因是 PCM 端机， 再生中继器与电缆线路相连接时， 需要安装变压器， 以便实现远端供电(因设置无人站)以与平衡电路与不平衡电路的连接。图 1.1 是表示具有远端供电时变压器隔离电源的作用，以保护局设备。图 1.1 变压器的隔离作用由于变压器的接入，使信道具有低频截止特性， 如果信码流中存在直流和低频成分， 则2 / 16.无法通过变压器，否则将引起波形失真。2 2码型频谱中高频分量的
4、影响码型频谱中高频分量的影响一条电缆中包含有许多线对， 线对间由于电磁辐射而引起的串话是随着频宰的升高而加剧，因此要求频谱中高频分量尽量少，否则因串话会限制信号的传输距离或传播容量。3 3定时时钟的提取定时时钟的提取码型频谱中应含有定时时钟信息，以便再生中继器接收端提取必需的时钟信息。4 4码型具有误码检测能力码型具有误码检测能力若传输码型有一定的规律性，那么就可根据这一规律性来检测传输质量，以便做到自动监测。5.5.码型变换设备简单，易于实现。码型变换设备简单，易于实现。( (二二) )常用的传输码型常用的传输码型1 1单极性码单极性码单极性码是一种最简单、最基本的码型。图1.2(a)是全占
5、空(占空比100%)单极性码(NRZ)与其频谱， 图(b)是半占空(占空比50%)单极性码与其频谱。单极性码的直流成分，信号能量大部分集中在低频部分， 另外占空比越大， 则直流成分也越大，信号能量越集中在低频部分。 由于单极性码存在上述缺点， 它不适合于作为信道传输码型，但在设备部的传输多采用单极性码。 为了减少码间干扰和便于时钟提取， 常采用含有时钟频率的单极性半占空码。2 2传号交替反转码传号交替反转码(AMI(AMI 码码) )图 1.2(c)所示是双极性占空码，由于传(“1”码)的极性是交替反转的，所以又称传号交替反转码，简称AMI，AMI 码与二进码序列的关系是：二进码序列中“ 0”
6、仍编为“0” ；而二进码序列中的“1”码则交替地变为“+1”码与“-1”码，例如：二进码序列： 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1AMI 序列： +1 -1 0 +1 0 0 0 0 1 +1由于 AMI 码的传前后交替反转，所以该码没有直流分量，高频、低频成分也较少， 而且能量集中在 fB/2 处，但无时钟频率fB成分(这无关紧要，可在接收端采用全波整流方法。将AMI 码还原成单极性半占空码，就可提取时钟信息)。从频谱中可以看出它有以下优点:无直流成分，低频成分也少，有利于采用变压器进行远供电源的隔离， 而且对变压器的要求(如体积)也可以降低。高频成分少，不仅可节省信道频带，同时也可以减
7、少串话，因信码能量集中在 fB/2 处，所以通常以 fB/2 频率来衡量信道的传输质量。码型提供了一定的检错能力， 因为传的极性是交替反转的， 如果发现传的极性不是交替反转的，就一定出现误码，因而可以检出单个误码。码型频谱中，虽无时钟频率成分，但 AMI 码经过非线性处理(全波整流)，变换单极性码后，就会有时钟 fB成分3 / 16.图 1.2传输码型与其功率刻度谱由于上述优点，AMI 码广泛使用于 PCM 系统中，它是 CCITT 建议采用的码型之一。AMI 序列的电路与其对应的波形如图 1.3 所示。AMI 编码的缺点是二进制序列中的“0”码变换后仍然是“0”码，如原二进制序列中连“0”码
8、过多，则变换后 AMI 序列中仍然是连“0”过多，这就不利于定时信息的提取，为了克服这一缺点又提出了采用HDB3码的方案。3 3三阶高密度双极性码三阶高密度双极性码 (HDB3(HDB3码码) )HDB3码是三阶高密度双极性码简称，HDB3码保留了 AMI 码所有优点， 还可将连 “0” 码限制在 3 个以，图 1.3 AMI 电路与其对应的波形它克服了 AMI 码对“0”码个数无法限制的缺点。HDB3码序列的功率如图 34(c)所示。HDB3码编码规则:二进制序列变换为 HDB3码按以下规则进行：(1)HDB3是伪三进码，它的三个状态可用+1，-1 和 0 来表示；(2)二进制信号序列中的“
9、0”码在 HDB3码中仍编为“0”码，但对出现四个连“0”码时应按特殊规律编码；(3)二进制信号中“1”码，在HDB3码中应交替地成+1 和-1 码(信号交替反转） ，但在编四个连“0”码时要引入传号交替反转码的“破坏点” V 码(V 码本身就是“1”码，可正、可4 / 16.负)；(4)二进制序列中四个连“0”按以下规则编码：(a)信码中出现四个连“0”码时，要将这四个连“ 0”码用000V 或 B00V 取代节来代替。(B 也是“1”码，可正、可负)。B、V 为附加的传，称为取代码。 (b)如果 HDB3码中四个连“0”码前面的一个传的极性与前一个破坏点V 的极性相反，则四个连“0”码的第
10、一个“0”码应编为“0”码；如果 HDB3码中四个连“0”码前的一个传的极性与前一个破坏点V 的极性相同，则四个连“ 0”码的第一个“0”码就编成B 码。这一规则保证了相继破坏点具有交替的极性，因而不会引入直流成份。(c)四个连“0”码的第二个“0”和第三个“0”码总是编成“0”码。(d)四个连“0”码的最后一个“0”码总是编成破坏点 V 码，以便接收端对破坏点的识别。概括地说，HDB3码是一种四连“0”取代码，它的取代节是“000V”或“B00V” 。这两个取代节选取原则是，使任意两个相邻v 脉冲间的传号数为奇数时选用000V 取代节，偶数时则选用 B00V 取代节，这一规定的结果相邻V 脉
11、冲的极性改变是符合极性交替原则的。举例说明如下：例 1：二进码序列： 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 AMI 码： 1 0 0 0 -1 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 -1 HDB3码 : V+ - 1 0 0 0 1 B_ 0 0 V_ +1 -1 B+ 0 0 V+0 -1 0 0 0 V_ 1例 2：二进码序列： 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码： V -1 0 1 -1 0 0 0 V_ B+ 0 0 V+ 0 -1
12、0 1 0 -1 1 B_ 0 0 V_ 0 15 / 16.图 1.4HDB3编码原理图和波形HDB3码编码器构成方框图、电原理图，时间波形图如图14(a)(b)(c)所示。该编码器由连“0”码检出、取代节判决、破坏点产生和单双变换四个部份组成。连零检出电路的作用是：当信码流中出现四个连“ 0”码时，检出一个控制信号，该检出电路由JC1JC4 四级移位寄存器和与非门 JC11 组成，取代节判决电路作用是：当有四个连“ 0”出现时，判别由哪种取代节(BOOV 或 OOOV)来取代四连 “0”码， 该判别电路由 JC5、JCl2、JC6 和 JC10 组成。破坏点产生电路是把取代节最后一比特变成
13、极性交替的破坏点， 它由 JC5、 JC7 和 JC12 组成，单双变换电路的作用是： 将单极性不归零码变换成双极性不归零码， 它由 JCl6、 JCl7、 JCl5、JCl8、BGl、BG2 与脉冲变压器组成。HDB3解码器接收端收到 HDB3 码后，应对 HDB3 码解码，还原成二进码，HDB3 解码器的电原理图，时间波形图如图 1.5 所示，根据 HDB3 码的特点，HDB3 码解码主要分成三步进行:首先检出极性破坏点，即找出四连 “0”中添加的V 码的位置(破坏点的位置)，其次去掉添加的V 码，最后去掉四连“0”第一位添加的 B 码，还原成单极性不归零码。 HDB3码解码电路工作原理如
14、下:JCl、JC2 二个 D 触发器在 CP 作用下，将信码再生送来的码(有正极性和负极性)都变成正的不归零码，再通过 JC3、JC4、JC9、JCl0 将破坏点 V码检出，再由与非门 JCll、JCl2 构成的扣除门将破坏点V 码去除，为了去掉添加的B 码可将 JCl3 输出信号经过 JC5、JC6、JC7 三级移存器进行三比特移位，这样所添加的B 码正好与破坏点相遇，再用扣除门 JC14、在 JC9、JCl0 的扣除脉冲作用下，扣除B 码，JCl4 输出的已是扣除添加的 B、V 码的负极性不归零信号，再经J 触发器定位整形，即可从解码器送出正极性的不归零码。定时恢复由异或门完成归零码变换再
15、经晶体管调谐选频提取时钟分量，最后由7404 判决，整形产生位定时。如图 1.6 所示。( (三三) )传输码型变换的误码增值传输码型变换的误码增值数字信号在线路中传输时由于信道不理想和噪声干扰， 接收端会出现误码， 当线路传输6 / 16.码中出现一个数字码错误时， 在码型反变换后的数字码中出现一个以上的数字码错误的现象称为误码增值，误码增值现象可用误码增值比()来表示，误码增值比定义为：fpfrPefBPe式中：fr 一信道码速率； Pe 一信道误码率； FrPe1 秒钟的误码个数；FB：反变换后的码速率; Pe：反变换后的误码率; fBPe：反变换后 1 秒钟的误码个数。下面举例说明误码
16、增值情况，先分析AMI 码的误玛增值情况。下表中打*号者为信道误码位，在收端把 AMI 码恢复成二进码时，只要把 AMI 码中“+1” 、 “-1”码变为“1”码；把“0”码变为空号“0”码即可。由于各码无之间互不关联， AMI 码中的一位误码对应着二进码的一位误码，即Pe Pe, fB fr，故误码增值比=1。图 1.5HDB3解码器电路原理图7 / 16.图 1.6HDB3码位定时提取( (四四) )实际应用介绍实际应用介绍目前大量采用型号为 CD22103 的 CMOS 大规模集成电路的 HDB3 编、解码器，它可将编、解码器两大功能电路集成在一个大规模电路里。可将发送来的NRZ 码变为
17、 HDB3 码，也可将接收到的 HDB3 码还原为 NRZ 码。典型应用线路CD22103 实现的 HDB3 码变换与定时提取电路，如图1.78 / 16.图 1.7用 CD22103 实现的 HDB3 码变换与定时提取电路四、实验仪器四、实验仪器实验箱 HDB3 编译码实验，华南理工大学电子与信息工程系 1 套示波器 GOS-620 1台直流稳压器 YB1711A 1台数字频率计 HC-F1000C 1台五、实验步骤五、实验步骤准备工作：1、按实验板上所标的电源电压开机，调准所需电压，然后关机；2、把实验板电源连接线接好；3、开机注意观察电流表正电流I250mA若与上述电流差距太大，要迅速关
18、机，检查电源线有无接错或其它原因。为了测试电路方便，我们提供了一个简易 PCM 信号发生器，根据开关的位置，可产生 8 位循环的随机码。实验者可自己选择 K1K8 的开关。产生各种连 0、连 1 单极性二进制基带信号。A、AMI 码实验K9、K10 置 AMI1 K1 一 K8 置 10011100，测量 P12、P22，9 / 16.观察 AMI 码变换规则，P22 与 P30 比较，测量 P30 归零码变换波形。测量译码P31 时钟提取波形，测量整形后CP3 波形。注意时钟移位是用靠谐振回路失谐产生。2K1 一 K8 置 10000000，测量 P12、P22 波形，观察连 0 码多时，A
19、MI 码变换规则。测量译码时钟提取波形10 / 16.，你会发现，由于连 0 数多，P31 时钟提取呈衰减趋势。CP3 脉冲波形有断续。即AMI 码连 0 数大多时，对时钟提取不利。3K1 一 K8 置 00000000，测量 P12、P22 变换 AMI 码波形，仍然保持全 0 电平。测量译码P3l，则时钟信号提取不到，CP3 为全 0。B、HDB3 码实验K9、K10 置 HDB3(波形记录 20 个码元以上)1K1 一 K8 置 10Ol11OO，测量 P12、P22 波形，11 / 16.观察 HDB3 码变换规则，在没有四连0 时，P23 无四连 0 检出信号，HDB3 与 AMI
20、码变换规则相同。 但由于要储存计算有无4 个连 0。 故 P22 输出比输入 P12 要延时 5 位码元。 其余类同。这一点与老师上课时和书本上的容有差别。 测量译码 P3l,CP3 时钟提取波形。 测量 P33 检测不到破坏点 V 码，比较 P12 与 P32，P32 无插入 B 脉冲检出。比较 P12 与译码 PCM 码输出。恢复数据与发端相同。2K1 一 K8 置 10010000，测量 P12、P22，码变换波形，由于有四个连 0 码，P23 有四连 0检出信号， P22 输出有破坏点 V 码出现。 把 P22 与 CP2 比较， 你会发现， 这时四连 0 是做 BOOV变换。因为这时
21、两个 V 间有偶数个 B 码。测量 P33，比较 P12 与 P32，P32 有插入 B 脉冲检出。这时收端可以检测到破坏点、CP3 时钟提取正常，测量译码 PCM 输出与 P12 比较，恢复数据相同。12 / 16.3K1 一 K8 置 1000000，测量 Pl2、P22、HDB3 码变换波形，这时你也可以看到有破坏点 V码，测量 P23，有四连 0 检出信号。把 P22 与 CP2 比较。你会发现这时四连 0 码是做 0OOV变换，因为这时两个 V 间有奇数个 B 码。P33 有破坏点 V 码脉冲检出，P12 与 P32 比较，P32无插入 B 脉冲检出。测量译码 P3l,CP3 时钟提
22、取正常。测量译码 PCM 输出，恢复的数据与 P12 输入相同。13 / 16.4 K1一 置0000000 ， 测 量P12 、 P22 ， 观 察HDB3码 变 换 波 形，这时四连 0 是做 BOOV 变换。P23 有四连 0 检出信号。测量译码 P3l、CP3，14 / 16.虽然 P12 无信号送人，CP3 时钟仍然提取得出来。用频率计测量CP3，其数值与P1、P2 是相同的，把 K9、K10。转置 AMI。则 P3l、CP3 时钟立即消失，把 K9、K10 再转 HDB3，则 P3l、CP3 立即出现时钟。测量 P33，有破坏点V 码检出，比较 P12与 P32，P32 有插入 B 脉冲检出。测量 P12 与译码 PCM 输出15 / 16.，恢复数据相同，仍然是全0 码。六、实验报告要求对测量的波形进行整理、分析、说明。说明 AMI 码和 HDB3 码的特点，与其变换原则。示波器看到的 HDB3 变换规则与书本上和老师讲的有什么不同，为什么有这个差别。用滤波法在信码中提取定时信息，对HDB3 码要作哪些变换，电路中如何实现这些变换。16 / 16
