通信原理HDB3編碼及譯碼課程設計

1、 課程設計I(數(shù)據(jù)通信原理) 設計說明書HDB3編碼與譯碼的設計與仿真學生姓名 趙嘉偉 學 號 1318064006 班 級 網(wǎng)絡工程1301班 成 績 指導教師 賈 偉 數(shù)學與計算機科學學院2015年 9 月 12 日 課程設計任務書20152016學年第 1 學期課程設計名稱： 課程設計 課程設計題目： HDB3編碼與譯碼的設計與仿真 完 成 期 限：自 2015 年 8 月 11 日至 2015 年 9 月 11 日共 2 周設計內(nèi)容：1、 任務說明1.使用Matlab/Simulink仿真軟件。2. 設計所選擇的基帶傳輸?shù)木幋a和譯碼系統(tǒng)。3. 系統(tǒng)能根據(jù)隨機信源輸入的二進制信息序列給出

2、對應的編碼及譯碼結果，并以圖形化的方式顯示出波形。4. 能觀察各分系統(tǒng)的各級波形。2、 要求1）對課本知識的全面復習，了解基帶編碼與譯碼原理；2）掌握使用matlab語言及其工具箱進行基本信號分析與處理的方法。 3）用matlab和simulink設計一個通信系統(tǒng)，加深對通信原理基本原理和matlab應用技術的理解；4）對MATLAB仿真軟件的學習，能夠使用該工具進行基帶編碼和譯碼的仿真驗證；5）通過團隊合作，完成編碼與譯碼的設計，并用MATLAB軟件進行仿真驗證；6）課程設計的結果全面正確，功能模塊清晰分明；7）加強團隊合作精神，開拓創(chuàng)新能力；8）文檔資料完整規(guī)范。 指導教師： 教研室負責人

3、：課程設計評閱評語： 指導教師簽名： 年 月 日摘 要本課程設計是應用MATLAB軟件，實現(xiàn)對信源的HDB3編碼及譯碼的仿真。設計采用MATLAB中Simulink下的模塊實現(xiàn)對信源碼的V碼及加B碼，然后再采用AMI編碼方式實現(xiàn)最終的HDB3編碼。之后再按照逆推的思想來實現(xiàn)HDB3碼的譯碼工作。關鍵詞:MATLAB；HDB3；V碼；B碼；編碼；譯碼 目 錄1.課題設計的內(nèi)容11.1數(shù)字基帶信號碼型設計原則11.2編碼原理21.3譯碼原理22.課程設計的目的與要求42.1課程設計的目的42.2課程設計的要求43. HDB3 編碼模塊設計53.1編碼原理53.2四個連“0”的判斷53.3“B”碼產(chǎn)

4、生器63.4“ V ” 碼產(chǎn)生器73.5AMI 碼編碼器84.HDB3 譯碼模塊設計105. HDB3編譯碼的仿真及結果115.1仿真系統(tǒng)中模塊參數(shù)設置：115.2仿真實驗結果146.總結16參考文獻161.課題設計的內(nèi)容1.1數(shù)字基帶信號碼型設計原則數(shù)字基帶信號是數(shù)字信息的電脈沖表示，電脈沖的形式稱為碼型。通常把數(shù)字信息的電脈沖表示過程稱為碼型編碼或碼型變換。由碼型還原為數(shù)字信息稱為碼型譯碼。不同的碼型具有不同的頻域特性，合理的設計碼型使之適合于給定信息的傳輸特性，是基帶傳輸首先要考慮的問題。通常，再設計數(shù)字基帶信號碼型時應考慮以下原則。1） 碼型中低頻，高頻分量盡量少。2） 碼型中應包含定

5、是信息，以便定是提取。3） 碼型變換設備要定時可靠。4） 碼型具有一定檢錯能力，若傳輸碼型有一定的規(guī)律性，就可根據(jù)這一規(guī)律性來檢測傳輸質(zhì)量，以便做到自動檢測。5） 編碼方案對發(fā)送消息類型不應有任何限制，適合于所有二進制信號。這種與信源的統(tǒng)計特性無關的特性稱為對信源具有透明性。6） 低誤碼增殖，誤碼增殖是指單個數(shù)字傳輸錯誤在接收端解碼時，造成錯誤碼元的平均個數(shù)增加。從傳輸質(zhì)量要求出發(fā)，希望他越小越好。7） 高的編碼效率。8） 以上幾點并不是任何基帶傳輸碼型均能完全滿足的，常常是根據(jù)實際要求滿足其中的一部分。HDB3碼是三元碼，是把1位二進制信碼變換成1位三電平均值的碼。碼型有無直流的特點，而且同

6、步信息豐富。使用Matlab/Simulink仿真軟件，設計所選擇的基帶傳輸?shù)木幋a和譯碼系統(tǒng)。系統(tǒng)能根據(jù)隨機信源輸入的二進制信息序列給出對應的編碼及譯碼結果，并以圖形化的方式顯示出波形，能觀察各分系統(tǒng)的各級波形。最后根據(jù)課設的內(nèi)容和設計的結果，書寫課程設計說明書一份（按格式書寫）。說明書中要求畫出整個系統(tǒng)框圖、各點波形，并說明工作原理。在圖中表示出各點波形。系統(tǒng)能測試其各分系統(tǒng)波形的頻譜特性，在圖中表示出各點頻譜。根據(jù)通信原理，并分析說明各個模塊的參數(shù)。1.2編碼原理HDB3碼是三階高密度雙極性碼，可看做AMI碼的一種改進。使用這種碼型的目的是解決源信碼中出現(xiàn)連0串時所帶來的問題，其編碼原理是

7、這樣的：先把消息變成AMI碼，然后檢查AMI碼的連0情況，如果沒有3個以上的連0串，那么這時的AMI碼與HDB3碼完全相同。當出現(xiàn)4個或4個以上的連0串時，則將4個連0串的第4個0變換成1碼。這個由0碼變換來的1碼稱為破壞脈沖，用符號V表示；而原來的二進制1碼稱為信碼，用符號B表示。當信碼序列中加入脈沖以后，信碼B和破壞脈沖V的正負極性必須滿足以下兩個條件。（1）B碼和V碼各自都應始終保持極性交替變換的規(guī)律，以便確定輸出碼中沒有直流成分。 （2）V碼必須與前一個信碼同極性，以便和正常的AMI碼區(qū)分開來。 但是當兩個V碼之間的信碼B的數(shù)目是偶數(shù)是，以上兩個條件就無法滿足，此時應該把后面的那個V碼

8、所在的連0串中的第一個0變?yōu)檠a信碼B，即4個連0串變?yōu)锽00V,其中B的極性與前面相鄰的B碼極性相反，V碼的極性與B的極性相同。如果兩V碼之間的B碼數(shù)目是奇數(shù)，就不再加補信碼B。在接收端譯碼時，由兩個相鄰的同極性碼找到破壞脈沖V，從V碼開始向前連續(xù)4個碼（包括V碼）變?yōu)?連0.經(jīng)全波整流后可恢復原單極性碼。HDB3的優(yōu)點是無直流成分，低頻成分少，即使有長連0碼時也能提取同步信息；缺點是編譯碼電路比較復雜。1.3譯碼原理譯碼的關鍵是尋找破壞脈沖（V碼）。若3連0的前后非零脈沖同極性，則后面的非零脈沖就是V碼，講000V譯為0000；若2連0的前后非零脈沖同極性，即為B00V形式，將其譯為0000

9、。然后，再將其余所有-1或+1譯為1，即可恢復原來信碼。HDB3碼保留了AMI碼的優(yōu)點，切實連0個數(shù)不超過4，有利于信息的提取。 2.課程設計的目的與要求2.1課程設計的目的課程設計是網(wǎng)絡工程專業(yè)的實踐性環(huán)節(jié)之一，是一門理論性和實踐性都很強的、面向?qū)嶋H應用的課程。通過本課程的學習，學生應該掌握基本的通信設計方法，通過實踐使學生明白通信過程中的相關HDB3的編碼與譯碼原理，更加深入了解HDB3的編譯碼過程的實現(xiàn)。2.2課程設計的要求根據(jù)相關通信原理資料和課程講解，綜合MATLAB相關知識，設計仿真系統(tǒng)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)HDB3的編碼及譯碼功能。在編碼及譯碼過程中，所產(chǎn)生的信源碼使隨機可變的，并且編碼

10、與譯碼是分開的，能夠進行獨立測試。3. HDB3 編碼模塊設計3.1編碼原理 根據(jù)HDB3的編碼原理設計編碼原理圖（如圖3.1）。其主要模塊有四個連“ 0 ”判斷器 、“B”碼產(chǎn)生器、“ V ”碼產(chǎn)生器和 AMI 編碼器。圖3. 1HDB3的編碼模塊如圖所示：圖3. 23.2四個連“0”的判斷 此判斷器是用單位采樣延遲器 、 或門電路及信號復用 Switch 來設計的 。 四連 “0”檢測器電路原理圖如圖3.3所示。當四個連“0”出現(xiàn)時，經(jīng)過或門電路，產(chǎn)生“0” 信號 。 啟動觸發(fā) Switch ，使其切換到“1”的信號，并且將結果反饋到接下來的信號中，以避免對某一些“0”信號的重復計數(shù)并進行

11、下次四連“0”的判斷；反之，如果沒有沒有出現(xiàn)四連“0”，在經(jīng)過或門電路時，產(chǎn)生的是“1”信號彈，不能觸發(fā)Switch ，使其輸出是“0”信號。圖3. 33.3“B”碼產(chǎn)生器 從 HDB3 碼的編碼規(guī)則可知，替代四連“0”碼組的特殊序列可能是“000V”，也能是“B00V”，具體用哪個特殊序列去代替, 要看它之前特殊序列后的“1”碼的個數(shù)， 當“1” 碼個數(shù)為偶數(shù)時，用 “B00V”代替，當“1”碼個數(shù)為奇數(shù)時，則用“000V”去代替。因此，“”碼產(chǎn)生器要對每個特殊序列后的 “”碼個數(shù)進行判別 ，用判別結果控制“”碼的產(chǎn)和與否 ?！啊贝a產(chǎn)生模塊如圖3.4 所示。四個連“”檢測器模塊的輸出既作為脈

12、沖觸發(fā)信號 ，又作為一路被復用的信號。并且在此過程中應用一位計數(shù)器 Counter 來計數(shù)，檢測“1”信號的個數(shù) （ 這里主要是檢測“1”信號是偶數(shù)個還是奇數(shù)個 ， 以決定是否加“B”碼 ）。對 于In1 來說，由于前邊四連“0”判斷，這里要3個周期的延遲以達到與 In2 的信號同步。在后面經(jīng)過 Sum 使得與延遲信號合路 ， 最終生成“V”碼 。 之后是 AMI 編碼 ， 并且運用 TriggeredSubsystem 來實現(xiàn)歸零變不歸零。具體 AMI 編碼在以后小節(jié)再具體介紹。圖3. 43.4“ V ” 碼產(chǎn)生器 由于代替四連“0”組的特殊序列中都含有“V”脈沖，即每檢測到一個四連“0”

13、組，都要產(chǎn)生一個“V”脈沖 ， 因此 ， 圖3.5 中四個連“0”與一個定時脈沖相乘即為一個“V”碼產(chǎn)生器 。后面模塊同樣也是 AMI 編碼模塊 。 由于為保持與后面信號同步的原因 ， 這里的 “V”碼也延遲 3 個周期。 圖3. 5圖3. 6 “V”碼與“B”碼的測試結果如上圖，圖3.6所示。 其中：波形 1 為源碼；波形 2 為 “ V ” 碼，延遲 3 個周期；波形 3 為 “ B ” 碼與源碼相加后所得，延遲三個周期。3.5AMI 碼編碼器 當 AMI 碼編碼器輸入“0”碼時，輸出“0”電平，當輸入“1”碼時，交替地輸出正負脈沖。 AMI 碼編碼器模塊如圖3-0-7所示。單極性輸入信號

14、為“1”時使用 Counter 模塊計數(shù)，使它們分別產(chǎn)生所需脈沖的正脈沖和負脈沖。對于某個輸入 “ 1 ” 碼到底輸出是正脈沖還是負脈沖則由 Counter 及 Relay 所決定。圖3. 74. HDB3 譯碼模塊設計 HDB3碼譯碼的設計原理如下圖所示：圖3. 85. HDB3編譯碼的仿真及結果5.1仿真系統(tǒng)中模塊參數(shù)設置： 隨機信源 （ 由于是對 HDB3的編譯碼 ，所以設置參數(shù)時“0”出現(xiàn)的概率為時 80% 。 為了讓實驗結果更明顯，這里設置 Sample time:0.5 ）：圖5. 1 單位采樣延遲器的參數(shù)設計如圖5.2所示：圖5. 2圖5. 3圖5. 4圖5. 5圖5. 6圖5.

15、 7圖5. 8 5.2仿真實驗結果圖5.9206.總結 雖然這次課程設計的時間只有短暫的2周，任務原則是設計，實則卻是對課本知識的鞏固和對MATLAB軟件的跟深入了解、熟悉和應用。通過這次課程設計，使對以往知識的疏漏得以補充，為以后的學習打下了更加堅實的基礎。課程設計是對所學知識的復習和鞏固，是團隊協(xié)作共同努力才能完成的一項任務，不但更加清楚地了解到一些實際與理論的差距，而且還培養(yǎng)了熟練使用資料，運用工具書的能力，把所學到的知識與實踐結合起來，起到了溫故而知新的作用。 在設計的過程中，通過不斷的去發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷地去改正，去領悟，去獲取。在指導老師的幫助下，此次課程設計終于游逆而解，很多專業(yè)知識及專業(yè)技能不斷地提升，對抽象的理論也有了更為具體的認識。通過不斷地查資料，與指導老師溝通，解決了課程設計中所面臨的很多困難和問題，起初對一些專有名詞的模糊認識也有了更為清楚的了解?；仡櫰鸫苏n程設計，從理論到模型的初建與整合，再到實踐，可以說整日都深深的陷入其中，雖說忙綠，但這不但學到了很多課本上根本無法觸及到的知識，鞏固了以前所學到的知識，增進了同學之間的合作與聯(lián)系，而且讓時間過得更加充實有意義。課程設