通原实验-码型变换.ppt

武汉理工大学信息工程学院专业综合实验中心武汉理工大学信息工程学院专业综合实验中心.HDB3/AMIHDB3/AMI码型变换码型变换与位同步提取与位同步提取数字基带传输系统中数字基带传输系统中信道的编信道的编/译码技术译码技术 目的：是为了保证通信系统的传输可靠性，目的：是为了保证通信系统的传输可靠性，克服信道中的噪声和干扰。克服信道中的噪声和干扰。实验实验技术技术 常用数字基带信号码型常用数字基带信号码型基带信号的传输方式基带信号的传输方式传输码型选择传输码型选择 码型变换码型变换线路传输码线路传输码 AMIAMI及及HDB3HDB3。实验研究内容数字通信系统对信息的传输有两个基本的传输系统数字通信系统对信息的传输有两个基本的传输系统1 1、数字基带传输系统、数字基带传输系统2 2、数字频带传输系统、数字频带传输系统 用来传输数字基带信号的通信系统称为数字基带传输系统。用来传输数字基带信号的通信系统称为数字基带传输系统。方法是：将数字基带信号直接进行线路传输。方法是：将数字基带信号直接进行线路传输。为适应信道传输而将基带信号进行调制，即将基带信号的频为适应信道传输而将基带信号进行调制，即将基带信号的频谱搬移到某一高频处，变为频带信号进行传输，这种传输信号的谱搬移到某一高频处，变为频带信号进行传输，这种传输信号的方式称为数字频带传输系统。方式称为数字频带传输系统。数字频带传输系统特点是：发送端必须使用调制器，接收端必数字频带传输系统特点是：发送端必须使用调制器，接收端必须使用解调器。须使用解调器。数字基带传输系统数字基带传输系统特点是：发送端不使用调制器，接收端不使特点是：发送端不使用调制器，接收端不使用解调器。用解调器。一、实一、实 验验 目目 的的4.4.通过给定的实验电路通过给定的实验电路,熟悉并掌握本实验电路的组熟悉并掌握本实验电路的组成和工作过程成和工作过程,学会分析电路方法。学会分析电路方法。1.1.通过实验通过实验,了解几种常见的数字基带信号，掌握了解几种常见的数字基带信号，掌握常用的数字基带信号的编码规则。常用的数字基带信号的编码规则。2.2.掌握对二进制单极性码变换为掌握对二进制单极性码变换为AMIAMI与与HDB3HDB3码的编码的编译码规则、工作原理和实现方法；译码规则、工作原理和实现方法；进一步明确数字基进一步明确数字基带信号传输线路码型变换的目的。带信号传输线路码型变换的目的。3.3.简单了解位同步提取的实现方法。简单了解位同步提取的实现方法。二、实二、实 验验 内内 容容 AMIAMI编译码编译码系统系统 HDB3HDB3编译编译 码系统码系统1.AMI1.AMI码编码规则验证码编码规则验证2.AMI2.AMI码位同步信号观测码位同步信号观测4.AMI4.AMI码译码和时延测量码译码和时延测量3.AMI3.AMI码单双变换、双单变换定性观测码单双变换、双单变换定性观测1.HDB31.HDB3码变换规则验证码变换规则验证2.HDB32.HDB3码位同步信号观测码位同步信号观测3.HDB33.HDB3码单双变换、双单变换定性观测码单双变换、双单变换定性观测4.HDB34.HDB3码译码和时延测量码译码和时延测量1.1.数字基带信号的测量数字基带信号的测量三、实验应知知识三、实验应知知识1.1.数字信号与数字基带信号数字信号与数字基带信号 在数字通信系统中，一般把模拟信号经数字化处理在数字通信系统中，一般把模拟信号经数字化处理后而形成的脉冲编码信号，或是来自数据终端设备后而形成的脉冲编码信号，或是来自数据终端设备（比如计算机）的原始数据信号，称为数字信号。（比如计算机）的原始数据信号，称为数字信号。数字信号的特点是数字信号的特点是:(1)(1)数字信号数字信号:信号的信号的幅值幅值取值是离散的，且幅值被限制在有限个取值是离散的，且幅值被限制在有限个数值之内。常见的二进制码就是一种数字信号。数值之内。常见的二进制码就是一种数字信号。二进制码受二进制码受噪声噪声的影响小，易于由数字电路进行处的影响小，易于由数字电路进行处理，所以得到了广泛的应用。理，所以得到了广泛的应用。三、实验应知知识三、实验应知知识(2)(2)数字基带信号数字基带信号:101001101数字基带信号，是消息代码的电波形的表示形式。数字基带信号，是消息代码的电波形的表示形式。即将信源发出的、未经调制或频谱变换、直接在有效频带即将信源发出的、未经调制或频谱变换、直接在有效频带与信号频谱相对应的信道上传输的数字信号，用不同的电与信号频谱相对应的信道上传输的数字信号，用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。平或脉冲来表示相应的消息代码。例：若将二进制码的一种数字信号变换为数字基带信号例：若将二进制码的一种数字信号变换为数字基带信号:数字基带信号的电波形表示的类型很多，常见的有数字基带信号的电波形表示的类型很多，常见的有矩形脉冲，三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。最常用的矩形脉冲，三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。最常用的是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换。是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换。三、实验应知知识三、实验应知知识数字基带信号（以后简称基带信号）的类型有很多，如以矩形脉数字基带信号（以后简称基带信号）的类型有很多，如以矩形脉冲组成的数字基带信号，主要有以下几种：冲组成的数字基带信号，主要有以下几种：3.常用数字基带信号类型与编码规则常用数字基带信号类型与编码规则二元码二元码二元码二元码单极性非归零码单极性非归零码单极性非归零码单极性非归零码双极性非归零码双极性非归零码双极性非归零码双极性非归零码单极性归零码单极性归零码单极性归零码单极性归零码差分码（相对码）差分码（相对码）差分码（相对码）差分码（相对码）数字双相码数字双相码数字双相码数字双相码传号反转码传号反转码传号反转码传号反转码密勒码密勒码密勒码密勒码三元码三元码三元码三元码双极性双极性双极性双极性归零码归零码归零码归零码传号交替传号交替传号交替传号交替反转码反转码反转码反转码三阶高密度三阶高密度三阶高密度三阶高密度双极性码双极性码双极性码双极性码例如例如三、实验应知知识三、实验应知知识3.1 3.1 NRZNRZ NRZ 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分别表示二进制信息低电平分别表示二进制信息“1 1”和和“0 0”，其特征是，其特征是1 1、0 0分别对应分别对应正电平和零电平，在表示码元时，电压不需要回到零正电平和零电平，在表示码元时，电压不需要回到零.1+E001001101特点：特点：发送能量大，有利于提高接收端的信噪比发送能量大，有利于提高接收端的信噪比在信道上占用的频带较窄在信道上占用的频带较窄存在直流成份，将导致信号的失真，无法使用交流耦合的线路和设备存在直流成份，将导致信号的失真，无法使用交流耦合的线路和设备不能直接提取位同步信号；不能直接提取位同步信号；5.5.接收接收NRZNRZ码的判决电平应取码的判决电平应取”1 1”码的一半码的一半,由于信道衰减或特性随各种由于信道衰减或特性随各种因素变化时因素变化时,接收端波形的振幅和宽度容易变化接收端波形的振幅和宽度容易变化,因而判决门限不够稳定在因而判决门限不够稳定在最佳电平最佳电平,使抗噪性能变坏使抗噪性能变坏.由于单极性码存在上述缺点，尽管它具有构成简单的特由于单极性码存在上述缺点，尽管它具有构成简单的特点，在实际的基带数字信号传输中很少采用这种码型点，在实际的基带数字信号传输中很少采用这种码型,但它适合极短距离传输，在设备内部的传输多采用单极但它适合极短距离传输，在设备内部的传输多采用单极性码。性码。数字信号序列：数字信号序列：+E010100110TbPx()Tb/4Tb1/1/4f0NRZNRZ码码单极性非归零码（单极性非归零码（NRZNRZ）的功率谱）的功率谱2 2）由离散谱仅含直流分量可知，）由离散谱仅含直流分量可知，单极性单极性 NRZ NRZ 信号的功率谱不含可用于提取同信号的功率谱不含可用于提取同步信息的步信息的f fb b分量。分量。3 3）由连续分量可方便求出）由连续分量可方便求出,单极性单极性 NRZ NRZ 信号的功率谱的带宽近似为（信号的功率谱的带宽近似为（Sa Sa 函数函数第一零点）第一零点）时，上述结论依然成立（请读者自己考虑）时，上述结论依然成立（请读者自己考虑）单极性单极性 NRZ NRZ 信号的功率谱如图所示。可以看出信号的功率谱如图所示。可以看出 ：1 1）单极性单极性 NRZ NRZ 信号的功率谱信号的功率谱 只有连续谱和直流分量只有连续谱和直流分量单极性非归零码单极性非归零码 NRZ NRZ 信号的功率谱信号的功率谱 NRZ(NRZ(=TsTs)基带信号的带宽为基带信号的带宽为BSBS=1/=1/=fs =fs；三、实验应知知识三、实验应知知识3.2 RZ3.2 RZ RZRZ码的全称是单极性归零码，与码的全称是单极性归零码，与NRZNRZ码不同的是，发送码不同的是，发送“1 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，即信号的脉冲宽度小于码元宽度，通时间内则返回到零电平，即信号的脉冲宽度小于码元宽度，通常均使脉冲宽度等于码元宽度的一半。常均使脉冲宽度等于码元宽度的一半。+E100 0 电平电平10010100RZRZ码与码与NRZNRZ码相比，除仍具有单极性码的一般特点外，主码相比，除仍具有单极性码的一般特点外，主要优点是可以直接提取同步信号，但不意味可以作为线路传输要优点是可以直接提取同步信号，但不意味可以作为线路传输码使用，它可以为其它码型提取同步信号时，而作为一个过渡码使用，它可以为其它码型提取同步信号时，而作为一个过渡码形应用码形应用例如：例如：单极性归零码单极性归零码 RZ RZ 信号的功率谱信号的功率谱RZRZ+E 0 0 t单极性归零码（单极性归零码（RZRZ）的功率谱）的功率谱Px()1/Tbf01/t数字信号序列：数字信号序列：10100110对于单极性对于单极性 RZ RZ 信号，有信号，有这里这里为图所示的高度为为图所示的高度为 1 1、宽度为、宽度为占空比占空比 的的 矩形脉冲矩形脉冲1)单极性单极性 RZ RZ 信号的功率谱信号的功率谱 不但有连续谱，而且在不但有连续谱，而且在 等处还存在离散谱。等处还存在离散谱。2)2)由离散谱可知，单极性由离散谱可知，单极性 RZ RZ 信号的功率谱信号的功率谱 含可用于提取同步信息的含可用于提取同步信息的fbfb分分量。量。3 3）由连续谱可求出）由连续谱可求出 单极性单极性 RZ RZ 信号的功率谱信号的功率谱 的带宽近似为的带宽近似为较之单极性较之单极性 NRZ NRZ 信号变宽。信号变宽。RZ(RZ(=Ts Ts/2)/2)基带信号的带宽为基带信号的带宽为BSBS=1/=1/=2 2fsfs三、实验应知知识三、实验应知知识3.3 BNRZ 3.3 BNRZ BNRZBNRZ码的全称是双极性不归零码，在这种二元码中用正电平和负电平码的全称是双极性不归零码，在这种二元码中用正电平和负电平分别表示数字基带信号的分别表示数字基带信号的“1 1”和和“0 0”。与单极性不归零码相同的是整个。与单极性不归零码相同的是整个码元期间电平保持不变，因而在这种码型中不存在零电平。码元期间电平保持不变，因而在这种码型中不存在零电平。+E1-E010011双极性不归零（双极性不归零（NRZNRZ）码特点：）码特点：在实际工程应用中在实际工程应用中:双极性双极性 BNRZ BNRZ 码常在码常在 CCITT CCITT 的的 V V 系列接口标准或系列接口标准或 RS-232 RS-232 接口标准中使用接口标准中使用。（1 1）当当“1 1”和和“0 0”数目各占一半时无直流分量，数目各占一半时无直流分量，但当但当“1 1”和和“0 0”出现概率不相等出现概率不相等时，时，仍有直流成份；仍有直流成份；（2 2）连）连“0 0”或连或连“1 1”时仍不能直接提取位同步信息；时仍不能直接提取位同步信息；（3 3）对信道特性变化不敏感；）对信道特性变化不敏感；（4 4）可在电缆等无接地线上传输。）可在电缆等无接地线上传输。例如：例如：数字信号序列：数字信号序列：10100110双极性非归零码双极性非归零码 BNRZ BNRZ 信号的功率谱信号的功率谱 +E-E双极性不归零（双极性不归零（BNRZBNRZ）码的功率谱）码的功率谱BNRZBNRZPx()TbTb1/f0Tb双极性双极性BNRZ BNRZ 信号的功率谱如图所示。可以看出信号的功率谱如图所示。可以看出 ：1 1）双极性双极性BNRZ BNRZ 信号的功率谱信号的功率谱 只有连续谱，不含任何离散分量。当然，只有连续谱，不含任何离散分量。当然，也不含可用于提取同步信息的也不含可用于提取同步信息的fbfb分量。分量。2 2）双极性）双极性BNRZ BNRZ 信号的功率谱的带宽同于单极性信号的功率谱的带宽同于单极性 NRZ NRZ 信号，为信号，为 3 3）时，时，双极性双极性BNRZ BNRZ 信号的功率谱信号的功率谱 将含有直流分量，其特点与单将含有直流分量，其特点与单极性极性 NRZ NRZ 信号的功率谱相似（请读者自己考虑）信号的功率谱相似（请读者自己考虑）NRZ(NRZ(=TsTs)基带信号的带宽为基带信号的带宽为BSBS=1/=1/=fs =fs；三、实验应知知识三、实验应知知识3.4 BRZ3.4 BRZ BRZBRZ码的全称是双极性归零码。与码的全称是双极性归零码。与BNRZBNRZ码不同的是，发送码不同的是，发送“1 1”和和“0 0”时，在整个码元期间高电平或低电平只持续一段时间，在码元的其余时间内时，在整个码元期间高电平或低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。则返回到零电平。+E10 0 电平电平-E010011双极性归零码的特点是双极性归零码的特点是:(1)(1)“1 1”和和“0 0”在传输线路上分别用正和负脉冲表示，且相邻脉冲间必有零电平区在传输线路上分别用正和负脉冲表示，且相邻脉冲间必有零电平区域存在。域存在。(2)(2)对于双极性归零码，在接收端根据接收波形归于零电平便可知道对于双极性归零码，在接收端根据接收波形归于零电平便可知道 1 1 比特信息已接比特信息已接收完毕，以便准备下一比特信息的接收。所以，在发送端不必按一定的周期发送信息。可收完毕，以便准备下一比特信息的接收。所以，在发送端不必按一定的周期发送信息。可以认为正负脉冲前沿起了启动信号的作用，后沿起了终止信号的作用。因此，可以经常保以认为正负脉冲前沿起了启动信号的作用，后沿起了终止信号的作用。因此，可以经常保持正确的比特同步。即收发之间无需特别定时，且各符号独立地构成起止方式，此方式也持正确的比特同步。即收发之间无需特别定时，且各符号独立地构成起止方式，此方式也叫自同步方式。叫自同步方式。(3)(3)双极性归零码具有双极性非归零码的抗干扰能力强及码中不含直流成分的优点，应双极性归零码具有双极性非归零码的抗干扰能力强及码中不含直流成分的优点，应用比较广泛。用比较广泛。例如：例如：10100110数字信号序列：数字信号序列：双极性双极性BRZ BRZ 信号的功率谱信号的功率谱+E0 0-E双极性归零（双极性归零（BRZBRZ）码的功率谱）码的功率谱Px()f01/tBRZBRZ双极性双极性BRZBRZ信号的功率谱如图所示。可以看出信号的功率谱如图所示。可以看出 1 1）双极性）双极性BRZBRZ信号的功率谱，只有连续谱，不含任何离散分量。当然，不信号的功率谱，只有连续谱，不含任何离散分量。当然，不含可用于提取同步信息的含可用于提取同步信息的fbfb分量。分量。2 2）双极性）双极性 RZ RZ 信号的功率谱的带宽同于单极性信号的功率谱的带宽同于单极性 RZ RZ 信号，为信号，为 3 3）时，时，双极性双极性BRZ BRZ 信号的功率谱信号的功率谱 将含有离散分量，其特点与单极将含有离散分量，其特点与单极性性 RZ RZ 信号的功率谱相似（请读者自己考虑）信号的功率谱相似（请读者自己考虑）RZ(RZ(=Ts Ts/2)/2)基带信号的带宽为基带信号的带宽为BSBS=1/=1/=2 2fsfsq结论：二进制基带信号的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数G1(f)和 G2(f)。时间波形的占空比越小，占用频带越宽。若以谱的第1个零 点计算，NRZ(=Ts)基带信号的带宽为BS=1/=fs；RZ(=Ts/2)基带信号的带宽为BS=1/=2fs。其中fs =1/Ts，是位定时信号的频 率，它在数值上与码元速率RB相等。单极性基带信号是否存在离散线谱取决于矩形脉冲的占空比。单极 性NRZ信号中没有定时分量，若想获取定时分量，要进行波形变 换；单极性RZ信号中含有定时分量，可以直接提取。“0”、“1”等 概的双极性信号没有离散谱，也就是说没有直流分量和定时分量。三、实验应知知识三、实验应知知识4.4.为什么要进行码型变换为什么要进行码型变换?通通常常由由信信源源编编码码输输出出的的数数字字信信号号多多为为经经自自然然编编码码的的电电脉脉冲冲序序列列（高高电电平平表表示示1 1，低低电电平平表表示示0 0，或或相相反反），这这种种经经过过自自然然编编码码的的数数字字信信号号虽虽然然是是名名符符其其实实的的数数字字信信号号，但但却却并并不不适适合合于于在在信信道道中中直直接接传传输输，或或者者说说，数数字字通通信信系系统统（数数据据通通信信系系统统）一一般般并并不不采采用用这这样样的数字信号进行基带传输。的数字信号进行基带传输。因因为为用用这这样样的的数数字字信信号号进进行行基基带带传传输输会会出出现现很很多多问问题题，换换句句话话说说，就是它的码型不满足通信的要求。就是它的码型不满足通信的要求。传输这种数字基带信号会遇到的问题：传输这种数字基带信号会遇到的问题：(1)(1)由于这种数字基带信号包含直流分量或低频分量，那么对于由于这种数字基带信号包含直流分量或低频分量，那么对于一些具有电容耦合电路的设备或者传输频带低端受限的信道一些具有电容耦合电路的设备或者传输频带低端受限的信道（广义信道），信号将可能传不过去。（广义信道），信号将可能传不过去。(2)(2)自自然然编编码码后后，有有可可能能出出现现连连“0 0”或或连连“1 1”数数据据，这这时时的的数数字字信信号号会会出出现现长长时时间间不不变变的的低低电电平平或或高高电电平平，以以致致收收信信端端在在确确定定各各个个码码元元的的位位置置（定定时时信信息息）时时遇遇到到困困难难。换换句句话话说说，收收信信端端无无法从接收到的数字信号中获取定时（定位）信息。法从接收到的数字信号中获取定时（定位）信息。（3 3）对对收收信信端端而而言言，从从接接收收到到的的这这种种基基带带信信号号中中无法判断是否包含有错码。无法判断是否包含有错码。鉴鉴于于上上述述原原因因:要要实实现现数数字字基基带带信信号号的的线线路路传传输输,必须进行适当的码型变换必须进行适当的码型变换.三、实验应知知识三、实验应知知识5.5.对线路对线路传输码型的基本传输码型的基本要求：要求：由于不同的码型具有不同的特性，因此在实际应用中由于不同的码型具有不同的特性，因此在实际应用中,应合理设应合理设计或选择适合于在给定信道传输特性的码型，通常要考虑以下因素，计或选择适合于在给定信道传输特性的码型，通常要考虑以下因素，或者说要遵循以下原则：或者说要遵循以下原则：1 1）能从其响应的基带信号中获取定时信息；）能从其响应的基带信号中获取定时信息；2 2）相应的基带信号无直流成份和只有很小的低频成份；）相应的基带信号无直流成份和只有很小的低频成份；4 4）尽可能地提高传输码型的传输效率；）尽可能地提高传输码型的传输效率；5 5）具有内在的检错能力，能在线检测传输误码率。）具有内在的检错能力，能在线检测传输误码率。3 3）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；即将数字基带信号变换成适合于线路传输的码型。即将数字基带信号变换成适合于线路传输的码型。此种码也称为传输码、线路码。此种码也称为传输码、线路码。三、实验应知知识三、实验应知知识 以以上上介介绍绍的的各各类类数数字字基基带带信信号号的的码码型型没没有有一一种种码码型型能能满满足足上上述述要要求求，在在实实际际应应用用中中，往往往往要要根根据据需需要要全全盘盘考考虑虑，有有取取有有舍舍，合合理理选选择择，并并采采用用信信道道编编码码技技术术，将将数数字字基基带带信信号号变换成适合于线路传输的码型。变换成适合于线路传输的码型。满满足足传传输输码码型型要要求求的的的的传传输输码码种种类类繁繁多多，在在通通信信中中主主要要有两大类。有两大类。常用传输码型常用传输码型 三元码三元码 AMI HDB3 PST（成对选择三进码）4B3T BPH（Manchester曼彻斯特码）二元码二元码 CMI（传号反转码）DMI mBnB mB1P mB1H三、实验应知知识三、实验应知知识 AMIAMI码码传号极性交替反转码传号极性交替反转码HDB3HDB3码码 三阶高密度双极性码三阶高密度双极性码 CMICMI码码传号反转码传号反转码适合线路传输码型三、实验应知知识三、实验应知知识1 AMI1 AMI AMIAMI码的全称是传号极性交替反转码，其编码规则是：信息码中的码的全称是传号极性交替反转码，其编码规则是：信息码中的“0 0”码码,仍变换为传输码的仍变换为传输码的“0 0”；信息码中的；信息码中的“1 1”码码,极性交替变换为传输码的极性交替变换为传输码的“+1+1、1 1、1 1、1 1、”。数字基带信号的数字基带信号的“0 0”码仍为码仍为0 0例如：当二进码序列为例如：当二进码序列为 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 100+1-1 0+1000-1+1数字基带信号的数字基带信号的“1 1”码，则极性交替反码，则极性交替反转转AMIAMI码的特点码的特点（1 1）无直流成分，无直流成分，且零频附近低频分量小；对信源有透明性。且零频附近低频分量小；对信源有透明性。（2 2）码型具有一定检错能力；若接收端收到的码元极性与发送端完全相反，也能正码型具有一定检错能力；若接收端收到的码元极性与发送端完全相反，也能正确判决。确判决。（3 3）用归零码就便于提取定时分量。但当信码出现连）用归零码就便于提取定时分量。但当信码出现连“0 0”串时，提取定时信号困难。串时，提取定时信号困难。AMIAMI简易编码电路简易编码电路三、实验应知知识三、实验应知知识0011100VT1截止截止VY2截止截止输出输出01100110VT1导通导通VY2截止截止输出输出+11101001VT1截止截止VY2导通导通输出输出-1图图 AMI AMI码的频谱示意图码的频谱示意图这种码型交替出现正、负极脉冲，所以没直流分量，低频分量也很少，它这种码型交替出现正、负极脉冲，所以没直流分量，低频分量也很少，它的频谱如图所示，的频谱如图所示，AMIAMI码的能量集中于码的能量集中于f0/2f0/2处处(f0(f0为码速率为码速率)。这种码的反变换也很容易，在再生信码时，这种码的反变换也很容易，在再生信码时，只要将信号整流，即可将只要将信号整流，即可将“-1-1”翻转为翻转为“1 1”，恢复成单极性码。这种码未能解决信码，恢复成单极性码。这种码未能解决信码中经常出现的长连中经常出现的长连“0 0”的问题。的问题。三、实验应知知识三、实验应知知识2 HDB2 HDB3 3 码（改进的码（改进的 AMI AMI 码）码）规则：规则：代码代码 “1 1”(传号传号)-)-传输码传输码 交替为交替为“+1+1”、“-1-1”“0 0”(空号空号)-)-传输码传输码 “0 0”；出现四连；出现四连”0 0”时时,用破坏点用破坏点V V码码替代。替代。V V码可为码可为“+1+1”或或 “-1-1”破坏点破坏点V V的规则的规则:1 1）每每4 4个个连连“0 0”小小段段的的第第4 4位位是是破破坏坏点点V V，V V的的极极性性与与前前一一个个非非0 0符符号号的的极极性相同；性相同；2 2）+V+V、-V-V 交替出现；交替出现；3 3）当当相相邻邻V V符符号号之之间间有有偶偶数数个个非非0 0符符号号时时，必必须须将将后后面面连连“0 0”小小段段的的第第一一位位换换成成B B,B,B 符符号号的的极极性性与与相相邻邻前前一一非非0 0符符号号的的极极性性相相反反,V,V的的极极性性同同B,VB,V后面的非后面的非0 0符号极性从符号极性从V V开始调整。开始调整。HDB3HDB3码的全称是三阶高密度双极性码，其编码规则如下：码的全称是三阶高密度双极性码，其编码规则如下：三、实验应知知识三、实验应知知识例例AMI波形波形代码波形代码波形HDB3波形波形特点：特点：1 1）每一个破坏点）每一个破坏点V V 的极性总是与前一个非的极性总是与前一个非0 0符号的极性相同。符号的极性相同。B B 也视为非也视为非0 0符号。符号。2 2）只要找到破坏点）只要找到破坏点V V，就可判断其前面必为，就可判断其前面必为3 3个连个连0 0 符号。符号。3 3）利于提取定时时钟。）利于提取定时时钟。由此可见由此可见,HDB3,HDB3码的特点是明显的，它除了保持码的特点是明显的，它除了保持AMIAMI码的优点码的优点外，还增加了使连外，还增加了使连0 0串减少到至多串减少到至多3 3个的优点，而不管信息源的个的优点，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。但编码统计特性如何。这对于定时信号的恢复是十分有利的。但编码复杂，解码设备简单。复杂，解码设备简单。HDB3HDB3码是应用最广泛的码型码是应用最广泛的码型,是是CCITT(CCITT(国际电报电话咨询委员会)推荐使用的码之一。推荐使用的码之一。在实际的通信设备中在实际的通信设备中:A:A律律PCMPCM四次群以下的接口码型均为四次群以下的接口码型均为HDB3HDB3码。码。HDB3HDB3码编码电路组成与原理码编码电路组成与原理HDB3HDB3编码电路组成方框图编码电路组成方框图该电路主要由该电路主要由4 4个部分组成：连零检测、破坏点产生、取个部分组成：连零检测、破坏点产生、取代节判决和单双极性变换。代节判决和单双极性变换。HDB3HDB3编码器各单元电路原理：编码器各单元电路原理：连零检测电路：当4个0依次存入四级移位寄存器JC1JC4时，JC11输出低电平控制信号。取代节判决电路：当JC11输出控制信号时判断此时JC6的输出，如果JC6为高电平则判别由B00V来取代四连“0”码，否则由000V取代。破坏点产生电路：由JC5、JC7和JC13组成，当遇到B00V时，JC13为0，当取代节为000V时，JC13为1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及脉冲变压器组成。四四连连零零检检测测破破坏坏点点产产生生取取代代节节判判断断单单双双极极性性变变换换3 CMI3 CMI码：码：CMICMI码的全称是传号反转码，是一种二电平非归零码。其编码规则如下：码的全称是传号反转码，是一种二电平非归零码。其编码规则如下：信息码中的信息码中的“0 0”码固定用负正电平码固定用负正电平“0101”表示；信息码中的表示；信息码中的“1 1”码交替用正码交替用正电平电平“1111”和负电平和负电平“0000”表示。表示。三、实验应知知识三、实验应知知识011100当二进码序列为当二进码序列为:0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1:0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 10101 11 01 01 01 0011 CMI CMI 码的优点是没有直流分量，且低频分量较小；码的优点是没有直流分量，且低频分量较小；信息码流中有频繁出现电平（波形）跳变，含有丰富的定时信息，且便于提信息码流中有频繁出现电平（波形）跳变，含有丰富的定时信息，且便于提取时钟分量；取时钟分量；，具有一定的误码监测与检错能力。具有一定的误码监测与检错能力。CMICMI码的特点码的特点 编、译码电路简单，容易实现，因此，编、译码电路简单，容易实现，因此，ITU-TITU-T推荐在高次群推荐在高次群PCMPCM终端设备中广泛终端设备中广泛用作接口码型，在速率低于用作接口码型，在速率低于 8448kb/s 8448kb/s 的光纤数字传输系统中也被建议作为线路传的光纤数字传输系统中也被建议作为线路传输码型。输码型。实验电路板实验电路板四、实验应会技能四、实验应会技能信号源信号源实验电路实验电路电源电源四、实验应会技能四、实验应会技能1.1.实验电路说明实验电路说明本实验采用了本实验采用了CD22103 CD22103 专用芯片，实现专用芯片，实现AMIAMIHDB3 HDB3 的编译码的编译码.内内部部电电路路如如图图所所示示1脚/NRZ/IN2脚/编码时钟3脚/编码类型5脚/译码时钟14、15脚/编码输出11、13脚/译码器输入CD22103CD22103为双为双列直插列直插16 16 引引脚芯片。脚芯片。4脚/译码输出10脚/汇总输出CD22103CD22103主要由发送编码和接收译码两部分组成，工作速率为主要由发送编码和接收译码两部分组成，工作速率为50kb/s50kb/s10Mb/s10Mb/s。AMI/HDB3AMI/HDB3码型变换电路原理图码型变换电路原理图J1编译码类型选择74HC4052单/双变换器J2位同步提取极性选择LC选频、三极管放大、反相限幅整形位同步提取CD22103编/译码74HC04双/单变换器信号源电路原理图信号源电路原理图J3M序列长度选择S1M序列初始状态触发74HC164、74HC86M序列产生电路74HC4060、1G04256KHz方波时钟信号产生电路本原多项式f(x)=1+x+x3f(x)=1+x+x4电路板输入输出点电路板输入输出点实实 验验 开开 始始!实验应知知识介绍完实验应知知识介绍完毕毕 a a、注意安全操作规程，确保人身安全、注意安全操作规程，确保人身安全注意人身安全和仪器设备的安全注意人身安全和仪器设备的安全为了防止器件损坏，在切断实验电路板上的电源后才能改接电路。为了防止器件损坏，在切断实验电路板上的电源后才能改接电路。调换仪器时应切断实验仪器的电源。调换仪器时应切断实验仪器的电源。逐步养成用右手进行单手操作的习惯。逐步养成用右手进行单手操作的习惯。b b、爱护仪器设备、爱护仪器设备仪器在使用过程中，不必经常开关电源。仪器在使用过程中，不必经常开关电源。切忌切忌无目的的拨弄仪器面板上的开关和按钮。无目的的拨弄仪器面板上的开关和按钮。仪器设备出现问题，请向老师寻求帮助，仪器设备出现问题，请向老师寻求帮助，请勿请勿随便调换配件。随便调换配件。实验现场的操作规程实验现场的操作规程 1.1.数数字字基基带带信信号号的的测测量量实验准备：实验电路模块插接于实验箱中。如实验准备：实验电路模块插接于实验箱中。如图连接。接通并打开电源。图连接。接通并打开电源。7/157/15位位M M序列数字基带信号测量（序列数字基带信号测量（NRZNRZ）测试数测试数据观察据观察与记录与记录实验内容与步骤实验内容与步骤测量并记录测量并记录7 7位和位和1515位位M M序列序列NRZNRZ信码的频谱，通过比较后信码的频谱，通过比较后标明本实验系统中标明本实验系统中NRZNRZ的带宽。的带宽。体会并掌握在数字通信系统，如何通过测量系统时钟信号体会并掌握在数字通信系统，如何通过测量系统时钟信号来测出信号的码元。来测出信号的码元。探头探头示波器同时观测并记录示波器同时观测并记录CLK-INCLK-IN与与NRZ-OUTNRZ-OUT波形。波形。分析观测分析观测NRZNRZ码与编码时钟的关系，分别画出码与编码时钟的关系，分别画出7 7和和1515位位M M序列序列周期的波形；并分别读出周期的波形；并分别读出7 7和和1515位位M M序列的数字序列。序列的数字序列。01111 00重复重复7位周期位周期M序列序列NRZ输入数据测量（码元）输入数据测量（码元）7位周期位周期M序列序列NRZ信号频谱（带宽）信号频谱（带宽）频谱的第一过零点NRZCLK 2.2.AMIAMI与与HDB3HDB3码码编编码码规规则则验验证证实验准备：保持实验步骤实验准备：保持实验步骤1中连接，中连接，CTXSQ256KHz,NRZ-INNRZ-OUT。7/157/15位位M M序列编码验证序列编码验证测试测试数据数据观察观察与记与记录录设设J1J1选择编码方式，选择编码方式，J3J3选择选择NRZNRZ位数。位数。分析结果是否满足分析结果是否满足AMI/HDB3AMI/HDB3编码关系，画出一个编码关系，画出一个M M序列周期的测序列周期的测试波形。简述试波形。简述TD+TD+、TD-TD-合成编码波形的实现方法。合成编码波形的实现方法。实验内容与步骤实验内容与步骤观测并记录观测并记录NRZ-INNRZ-IN与与AMIAMI或或HDB3HDB3编码输编码输出出HDB3/AMIHDB3/AMI的对比波形。的对比波形。观测并记录观测并记录HDB3/AMIHDB3/AMI的频谱，并说明的频谱，并说明其编码信号的带宽。其编码信号的带宽。信信号号源源探头1探头2观察观察HDB3/AMIHDB3/AMI与与TD+TD+、TD-TD-的波形，的波形，并说明其相互之间的关系。并说明其相互之间的关系。探头1探头17位周期位周期M序列序列AMI与与HDB3编码输出数据延时测量编码输出数据延时测量约四个码元周期约四个码元周期实验准备：前一实验步骤中，改变实验准备：前一实验步骤中，改变NRZ-IN+5V。全全“1 1”码序列编码验证码序列编码验证测试测试数据数据观察观察与记与记录录观测并记录观测并记录HDB3/AMIHDB3/AMI波形。波形。分析观测输入数据与输出数据关系是否满分析观测输入数据与输出数据关系是否满足足AMI/HDB3AMI/HDB3编码关系，画出测试波形。编码关系，画出测试波形。2.2.AMIAMI与与HDB3HDB3码码编编码码规规则则验验证证实验内容与步骤实验内容与步骤信信号号源源+5V电源电源探头1探头2探头2观察观察HDB3/AMIHDB3/AMI与与TD+TD+、TD-TD-的波形，的波形，并说明其相互之间的关系。并说明其相互之间的关系。观测并记录观测并记录HDB3/AMIHDB3/AMI的频谱，并说明的频谱，并说明其编码信号的带宽。其编码信号的带宽。设设J1J1选择编码方式。选择编码方式。实验准备：前一实验步骤中，改变实验准备：前一实验步骤中，改变NRZ-INGND。全全“0 0”码序列编码验证码序列编码验证实验内容与步骤实验内容与步骤 2.2.AMIAMI与与HDB3HDB3码码编编码码规规则则验验证证测试测试数据数据观察观察与记与记录录观测并记录观测并记录HDB3/AMIHDB3/AMI波形。波形。分析观测输入数据与输出数据关系是否满分析观测输入数据与输出数据关系是否满足足AMI/HDB3AMI/HDB3编码关系，画出测试波形。并编码关系，画出测试波形。并比较两种编码方式的特点。比较两种编码方式的特点。信信号号源源GND探头1探头2探头2观察观察HDB3/AMIHDB3/AMI与与TD+TD+、TD-TD-的波形，的波形，并说明其相互之间的关系。并说明其相互之间的关系。观测并记录观测并记录HDB3/AMIHDB3/AMI的频谱，并说明其编码的频谱，并说明其编码有效时编码信号的带宽。有效时编码信号的带宽。设设J1J1选择编