通信原理實(shí)驗(yàn)1

1、通信原理實(shí)驗(yàn)HDB3碼型變換姓名 學(xué)號(hào) 同組成員 指導(dǎo)教師 王 琴 時(shí)間 2014/11/26 18目錄一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)儀器1三、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)11、HDB3編碼原理12、HDB3解碼原理23、HDB3編譯碼電路24、定時(shí)提取原理3四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容41、HDB3碼變換規(guī)則驗(yàn)證42、HDB3碼譯碼和時(shí)延測(cè)試103、HDB3編碼信號(hào)中同步時(shí)鐘分量定性觀測(cè)114、HDB3譯碼位定時(shí)恢復(fù)測(cè)試14五、思考題16六、參考文獻(xiàn)17得分姓名：徐麗淼 學(xué)號(hào)：12211043 班級(jí)：通信1202第九周 星期三 第四大節(jié) 實(shí)驗(yàn)名稱：HDB3碼型變換一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握HDB3編碼規(guī)則、編碼和解碼原理。2、了解鎖相環(huán)的工

2、作原理和定時(shí)提取原理。3、了解輸入信號(hào)對(duì)定時(shí)提取的影響。4、了解信號(hào)的傳輸延時(shí)。5、了解AMI/ HDB3編譯碼集成芯片CD22103。二、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZH5001A通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 一臺(tái)2、20MHz雙蹤示波器 一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)1、HDB3編碼原理（1）當(dāng)連“0”碼的個(gè)數(shù)不大于3時(shí)，HDB3編碼規(guī)律與AMI碼相同，即“1”碼變?yōu)椤?1”、“1”交替脈沖；（2）當(dāng)代碼序列中出現(xiàn)四個(gè)連“0”碼或超過(guò)4個(gè)連“0”碼時(shí)，把連“0”段按4個(gè)“0”分節(jié)，即“0000”，并使第四個(gè)“0”碼變?yōu)椤?”碼，用V脈沖表示，這樣即可消除長(zhǎng)連“0”現(xiàn)象。為了便于識(shí)別V脈沖，使V脈沖極性與前一個(gè)“1”脈沖極性相同

3、，這樣就破壞了AMI碼極性交替的規(guī)律，所以V脈沖為破壞脈沖，把V脈沖與前3個(gè)連“0”稱為破壞節(jié)“000V”；（3）為保證最終脈沖序列無(wú)直流分量，則插入的破壞點(diǎn)之間也要保證極性交替變化；（4）為了保證（2）、（3）兩條件成立，必須使相鄰的破壞點(diǎn)之間有奇數(shù)個(gè)“1”碼。如果原序列中破壞點(diǎn)的“1”碼為偶數(shù)個(gè)，則必須補(bǔ)為奇數(shù)，即將破壞節(jié)中的第一個(gè)“0”碼變?yōu)椤?”，用B脈沖表示，這時(shí)破壞節(jié)變?yōu)椤癇00V”。B脈沖極性與前一“1”脈沖極性相反，而B脈沖極性與V脈沖極性相同。2、HDB3解碼原理每個(gè)破壞點(diǎn)總與前一非“0”碼元同極性。也就是說(shuō)，從接收到的信號(hào)中找到破壞點(diǎn)V很容易，而V碼及其前面三個(gè)碼元必為連續(xù)

4、的三個(gè)“0”，從而將恢復(fù)四個(gè)連“0”，再講所有1變?yōu)?1后即可得到原碼。3、HDB3編譯碼電路HDB3編譯碼系統(tǒng)組成框圖如下圖一所示。圖 AMI/ HDB3編譯碼模塊組成框圖當(dāng)它的第三腳（HDB3/AMI）接+5V時(shí)為HDB3編譯碼器。編碼時(shí)，需輸入NRZ碼及時(shí)鐘信號(hào)，CD22103編碼輸出兩路并行信號(hào)+HDB3out（15腳TPD03）和HDB3out（14腳TPD04），他們都是半占空比的正脈沖信號(hào)，分別與AMI和HDB3碼的正極性信號(hào)及負(fù)極性信號(hào)相對(duì)應(yīng)。這兩路信號(hào)通過(guò)一個(gè)差分放大器（UD02A）后，得到AMI或HDB3碼。通過(guò)由運(yùn)算放大器構(gòu)成的相加器（UD02B），輸出HDB3碼的單極性

5、碼輸出（TPD08）。譯碼時(shí)，需將AMI或HDB3碼變換成兩路單極性信號(hào)分別送到CD22103的第11、13腳，此任務(wù)由雙/單變換電路來(lái)完成。通常譯碼之后TPD07與TPD01的波形一致，但由于當(dāng)前的輸出HDB3碼字可能與前4個(gè)碼字有關(guān)，因而HDB3的編譯碼時(shí)延較大。該模塊內(nèi)各點(diǎn)測(cè)試點(diǎn)的安排如下TPD01：編碼輸入數(shù)據(jù)（256kbps）TPD02：256kHz編碼輸入時(shí)鐘（256kHz）TPD03：HDB3輸出+TPD04：HDB3輸出TPD05：HDB3輸出（雙極性碼）TPD06：譯碼輸入時(shí)鐘（256kHz）TPD07：譯碼輸出數(shù)據(jù)（256kbps）TPD08：HDB3輸出（單極性碼）4、定

6、時(shí)提取原理位定時(shí)提取電路采用鎖相環(huán)方法。在系統(tǒng)工作中鎖相環(huán)年將接收端的256kHz時(shí)鐘鎖定在發(fā)端的256kHz的時(shí)鐘上，來(lái)獲得系統(tǒng)的同步時(shí)鐘，如HDB3接收的同步時(shí)鐘及后續(xù)電路同步時(shí)鐘。該鎖相環(huán)模塊的框圖見(jiàn)圖二。輸入端的帶通濾波器是由運(yùn)算放大器及阻容器件組成的有源帶通濾波器，中心頻率為256kHz時(shí)鐘信號(hào)，輸出的信號(hào)是一個(gè)幅度和周期都不恒定的準(zhǔn)正弦信號(hào)。對(duì)此信號(hào)進(jìn)行限幅放大處理后得到幅度恒定、周期變化的脈沖信號(hào)，但仍不能將此信號(hào)作為譯碼器的位同步信號(hào)。經(jīng)UP04A和UP04A兩個(gè)除二分頻器（共四分頻）變?yōu)?4kHz信號(hào)，進(jìn)入U(xiǎn)P01鑒相輸入A腳；VCO輸出的512kHz輸出信號(hào)經(jīng)UP02進(jìn)行八

7、分頻變?yōu)?4kHz信號(hào)，送入U(xiǎn)P01的鑒相輸入B腳。經(jīng)UP01內(nèi)部鑒相之后的誤差控制信號(hào)經(jīng)環(huán)路濾波器濾波送入U(xiǎn)P01的壓控振蕩器輸入端。正常時(shí)，VCO鎖定在外來(lái)的256kHz頻率上。圖 鎖相環(huán)組成框圖該模塊內(nèi)各點(diǎn)測(cè)試點(diǎn)的安排如下TPP01：256kHz帶通濾波器輸出TPP02：隔離放大器輸出TPP03：鑒相器A輸入信號(hào)（64kHz）TPP04：VCO輸出信號(hào)（512kHz）TPP05：鑒相器B輸入信號(hào)（64kHz）TPP06：環(huán)路濾波器輸出TPP07：鎖定指示檢測(cè)（鎖定時(shí)為高電平）TPD08：HDB3輸出（單極性碼）四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、HDB3碼變換規(guī)則驗(yàn)證首先將輸入信號(hào)的選擇跳線開(kāi)關(guān)KD01設(shè)置

8、在M位置(右端)、單/雙極性碼輸出選擇開(kāi)關(guān)設(shè)置KD02設(shè)置在2_3位置（右端：?jiǎn)螛O性）、AMI/ HDB3編碼開(kāi)關(guān)KD03設(shè)置在HDB3位置（左端），是該模塊工作在HDB3碼方式。（1）通過(guò)CMI編碼模塊內(nèi)的m序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KX02的設(shè)置，產(chǎn)生7位周期m序列。用示波器同時(shí)觀測(cè)輸入數(shù)據(jù)TPD01和AMI輸出雙極性編碼數(shù)據(jù)TPD05波形及單極性編碼數(shù)據(jù)TPD08波形，觀測(cè)時(shí)用TPD01同步。分析觀測(cè)輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)是否滿足AMI編碼關(guān)系，畫下一個(gè)m序列周期的測(cè)試波形。輸入數(shù)據(jù)TPD01，輸出AMI雙極性編碼數(shù)據(jù)TPD05的波形從示波器可以看出輸入一個(gè)周期的數(shù)據(jù)如下：輸入數(shù)據(jù)1110010H

9、DB3雙極性碼數(shù)據(jù)0010-11-1可知，輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)滿足AMI編碼關(guān)系，只是輸出數(shù)據(jù)有延時(shí)，且由于數(shù)據(jù)中沒(méi)有4位連0所以AMI與HDB3碼一樣。輸入數(shù)據(jù)TPD01，輸出單極性編碼數(shù)據(jù)TPD08的波形從示波器可以看出輸入一個(gè)周期的數(shù)據(jù)如下：輸入數(shù)據(jù)1110010HDB3單極性碼數(shù)據(jù)00-10-1-1-1（3）使輸入數(shù)據(jù)端口懸空產(chǎn)生全1碼（方法同1），重復(fù)步驟1）。輸入數(shù)據(jù)1111111HDB3雙極性碼數(shù)據(jù)1-11-11-11輸入數(shù)據(jù)1111111HDB3單極性碼數(shù)據(jù)-1-1-1-1-1-1-1（4）使輸入數(shù)據(jù)為全0碼（方法同1），重復(fù)步驟1）。輸入數(shù)據(jù)0000000HDB3雙極性碼數(shù)據(jù)0

10、1-100-11輸入數(shù)據(jù)0000HDB3單極性碼數(shù)據(jù)00-1-12、HDB3碼譯碼和時(shí)延測(cè)試將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開(kāi)關(guān)KD01設(shè)置在M位置（右端）；將CMI編碼模塊內(nèi)的m序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KX02設(shè)置在2_3位置（右端），產(chǎn)生7位周期m序列；將鎖相環(huán)模塊內(nèi)輸入信號(hào)選擇跳線開(kāi)關(guān)KP02設(shè)置在HDB3位置（左端）。（1）用示波器同時(shí)觀測(cè)輸入數(shù)據(jù)TPD01和HDB3譯碼輸出數(shù)據(jù)TPD07波形，觀測(cè)時(shí)用TPD01同步。分析觀測(cè)HDB3編碼輸入數(shù)據(jù)與HDB3譯碼輸出數(shù)據(jù)關(guān)系是否滿足HDB3編譯碼系統(tǒng)要求，畫下測(cè)試波形。從圖中可以看出，HDB3大概有8個(gè)時(shí)鐘的延時(shí)，與理論相同：編碼譯碼各4個(gè)時(shí)鐘時(shí)延。3、H

11、DB3編碼信號(hào)中同步時(shí)鐘分量定性觀測(cè)將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開(kāi)關(guān)KD01設(shè)置在M位置（右端），通過(guò)CMI編碼模塊內(nèi)的m序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KX02的設(shè)置，產(chǎn)生15位周期m序列；將鎖相環(huán)模塊內(nèi)輸入信號(hào)選擇跳線開(kāi)關(guān)KP02設(shè)置在HDB3位置（左端）。（1）將極性碼輸出選擇跳線開(kāi)關(guān)KD02設(shè)置在2_3位置（右端）產(chǎn)生單極性碼輸出，用示波器測(cè)量模擬鎖相環(huán)模塊TPP01、TPP02波形；然后將跳線開(kāi)關(guān)KD02設(shè)置在1_2位置（左端）產(chǎn)生雙極性碼輸出，觀測(cè)TPP01、TPP02波形變換。單極性碼時(shí)，經(jīng)過(guò)256kHz濾波器，得到了準(zhǔn)正弦信號(hào)，但是因?yàn)閹V波器不是理想的，所以正弦信號(hào)不是很完美。正弦信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)放放

12、大后，我們得到了接收時(shí)鐘信號(hào)。雙極性碼時(shí)，經(jīng)過(guò)256kHz濾波器，沒(méi)有得到準(zhǔn)正弦信號(hào)，并且正弦信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)放放大后，沒(méi)有接收時(shí)鐘信號(hào)。由此可知，HDB3單極性碼含有時(shí)鐘分量，雙極性碼不含有時(shí)鐘分量或是較少的時(shí)鐘分量。（2）將極性碼輸出選擇跳線開(kāi)關(guān)KD02設(shè)置在2_3位置（右端）產(chǎn)生單極性碼輸出，使輸入數(shù)據(jù)為全1碼（方法見(jiàn)1），測(cè)試模擬鎖相環(huán)模塊TPP01點(diǎn)的同步時(shí)鐘分量波形步驟，記錄并分析測(cè)試結(jié)果。由圖可知，我們得到了近乎完美的正弦波。（3）使輸入數(shù)據(jù)為全0碼（方法見(jiàn)1），重復(fù)上述步驟2）,記錄測(cè)試結(jié)果。由圖可知，我們雖然得到了正弦波，但波形并不是很完美。綜上所述，HDB3碼是否含有時(shí)鐘分量與發(fā)

13、送的序列（M序列、全0碼、全1碼）無(wú)關(guān)。4、HDB3譯碼位定時(shí)恢復(fù)測(cè)試將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開(kāi)關(guān)KD01設(shè)置在M位置（右端），將CMI編碼模塊內(nèi)的m序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KD02設(shè)置在2_3位置，將鎖相環(huán)模塊內(nèi)輸入信號(hào)選擇跳線開(kāi)關(guān)KP02設(shè)置在HDB3位置（左端）。（1）先將跳線開(kāi)關(guān)KD02位置在2_3位置（右端）單極性碼輸出，用示波器測(cè)量同時(shí)觀測(cè)發(fā)送時(shí)鐘測(cè)試點(diǎn)TPD02和接收時(shí)鐘測(cè)試點(diǎn)TPD06波形，測(cè)試時(shí)用TPD02同步。此時(shí)兩收發(fā)時(shí)鐘應(yīng)同步。然后，再將跳線開(kāi)關(guān)KD02設(shè)置在1_2位置（左端）雙極性輸出，觀測(cè)TPD02和TPD06波形。記錄和分析測(cè)試結(jié)果。根據(jù)測(cè)試結(jié)果思考：接收端為便于提取位同步

14、信號(hào)，需要對(duì)收到的HDB3編碼信號(hào)做何處理？單極性碼輸出雙極性碼輸出（2）將跳線開(kāi)關(guān)KD02設(shè)置回2_3位置（右端）單極性碼輸出，再將跳線開(kāi)關(guān)KD01拔除，使輸入數(shù)據(jù)為全1碼或全0碼（方法見(jiàn)1）。重復(fù)上述步驟1），記錄分析測(cè)試結(jié)果。五、思考題1、HDB3編碼和譯碼的數(shù)據(jù)時(shí)延是多少？HDB3編碼和譯碼的數(shù)據(jù)時(shí)延在幾十微秒內(nèi)。2、HDB3編碼信號(hào)為雙極性碼和單極性碼中哪一種碼型時(shí)鐘分量豐富？全0應(yīng)該有定時(shí)分量嗎？HDB3單極性碼中的時(shí)鐘分量更豐富。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單極性碼中可以輕易提取出時(shí)鐘信號(hào)；而雙極性碼中時(shí)鐘分量極難提取。全0應(yīng)該有定時(shí)分量，但時(shí)鐘的提取不如單極性碼。3、簡(jiǎn)述AMI/HDB3碼型

15、的特點(diǎn)。AMI碼全稱為信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼，這是一種將信息代碼“0”（空號(hào)）和“1”（傳號(hào)）按如下規(guī)則進(jìn)行編碼的碼：代碼的“0”仍變換為傳輸碼的“0”，而把代碼的“1”交替的變換為傳輸碼的“+1”、“1”，由于AMI碼的傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)，故由它決定的基帶信號(hào)將出現(xiàn)正負(fù)脈沖交替，而“0”保持不變的規(guī)律。由此看來(lái)，這種基帶信號(hào)無(wú)直流分量，且只有很小的低頻成分，因而它特別適合在不允許這些成分通過(guò)的信道中傳輸，所以它將二進(jìn)制符號(hào)變換成一個(gè)三進(jìn)制符號(hào)。AMI碼除有上述特點(diǎn)外，還有編譯碼電路簡(jiǎn)單及便于觀察誤碼情況等優(yōu)點(diǎn)，它是一種基本的線路碼，并得到廣泛采用。但是，AMI碼有一個(gè)重要缺點(diǎn)，即接收端從該信號(hào)中來(lái)獲取定時(shí)

16、信息時(shí)，由于它可能出現(xiàn)長(zhǎng)的連“0”串，因而會(huì)造成提取定時(shí)信號(hào)困難的情況。HDB3碼全稱為三階高密度雙極性碼，它保持了AMI碼的優(yōu)點(diǎn)而克服了其缺點(diǎn)，即增加了使連“0”串減少到至多3個(gè)，這對(duì)于定時(shí)信號(hào)的恢復(fù)十分有利。其編碼原理為當(dāng)連“0”碼的個(gè)數(shù)不大于3時(shí)，HDB3編碼規(guī)律與AMI碼相同，即“1”碼變?yōu)椤?1”、“1”交替脈沖；當(dāng)代碼序列中出現(xiàn)四個(gè)連“0”碼或超過(guò)4個(gè)連“0”碼時(shí)，把連“0”段按4個(gè)“0”分節(jié)，即“0000”，并使第四個(gè)“0”碼變?yōu)椤?”碼，用V脈沖表示，這樣即可消除長(zhǎng)連“0”現(xiàn)象。為了便于識(shí)別V脈沖，使V脈沖極性與前一個(gè)“1”脈沖極性相同，這樣就破壞了AMI碼極性交替的規(guī)律，所以V脈沖為破壞脈沖，把V脈沖與前3個(gè)連“0”稱為破壞節(jié)“000V”；為保證最終脈沖序列無(wú)直流分量，則插入的破壞點(diǎn)之間也要保證極性交替變化；為了保證上兩條件成立，必須使相鄰的破壞點(diǎn)之間有奇數(shù)個(gè)“1”碼。如果原序列中破壞點(diǎn)的“1”碼為偶數(shù)個(gè)，則必須補(bǔ)為奇數(shù)，即將破壞節(jié)中的第一個(gè)“0”碼變?yōu)椤?”，用B脈沖表示，這時(shí)破壞節(jié)變?yōu)椤癇00V”。B脈沖極性與前一“1”脈沖極性相反，而B脈沖極性與V脈沖極性相同。4、AMI和HDB3碼的主要區(qū)別是什么？AM