通信原理實驗1

1、通信原理實驗HDB3碼型變換姓名 學號 同組成員 指導教師 王 琴 時間 2014/11/26 18目錄一、實驗目的1二、實驗儀器1三、實驗預習11、HDB3編碼原理12、HDB3解碼原理23、HDB3編譯碼電路24、定時提取原理3四、實驗內容41、HDB3碼變換規(guī)則驗證42、HDB3碼譯碼和時延測試103、HDB3編碼信號中同步時鐘分量定性觀測114、HDB3譯碼位定時恢復測試14五、思考題16六、參考文獻17得分姓名：徐麗淼 學號：12211043 班級：通信1202第九周 星期三 第四大節(jié) 實驗名稱：HDB3碼型變換一、實驗目的1、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、作原理和定時提取原理。3、了解輸入信號對定時提取的影響。4、了解信號的傳輸延時。5、了解AMI/ HDB3編譯碼集成芯片CD22103。二、實驗儀器1、ZH5001A通信原理綜合實驗系統(tǒng) 一臺2、20MHz雙蹤示波器 一臺三、實驗預習1、HDB3編碼原理（1）當連“0”碼的個數(shù)不大于3時，HDB3編碼規(guī)律與AMI碼相同，即“1”碼變?yōu)椤?1”、“1”交替脈沖；（2）當代碼序列中出現(xiàn)四個連“0”碼或超過4個連“0”碼時，把連“0”段按4個“0”分節(jié)，即“0000”，并使第四個“0”碼變?yōu)椤?”碼，用V脈沖表示，這樣即可消除長連“0”現(xiàn)象。為了便于識別V脈沖，使V脈沖極性與前一個“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個連“0”稱為破壞節(jié)“000V”；（3）為保證最終脈沖序列無直流分量，則插入的破壞點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之間有奇數(shù)個“1”碼。如果原序列中破壞點的“1”碼為偶數(shù)個，則必須補為奇數(shù)，即將破壞節(jié)中的第一個“0”碼變?yōu)椤?”，用B脈沖表示，這時破壞節(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解碼原理每個破壞點總與前一非“0”碼元同極性。也就是說，從接收到的信號中找到破壞點V很容易，而V碼及其前面三個碼元必為連續(xù)

4、的三個“0”，從而將恢復四個連“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它的第三腳（HDB3/AMI）接+5V時為HDB3編譯碼器。編碼時，需輸入NRZ碼及時鐘信號，CD22103編碼輸出兩路并行信號+HDB3out（15腳TPD03）和HDB3out（14腳TPD04），他們都是半占空比的正脈沖信號，分別與AMI和HDB3碼的正極性信號及負極性信號相對應。這兩路信號通過一個差分放大器（UD02A）后，得到AMI或HDB3碼。通過由運算放大器構成的相加器（UD02B），輸出HDB3碼的單極性

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

6、時提取原理位定時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時鐘鎖定在發(fā)端的256kHz的時鐘上，來獲得系統(tǒng)的同步時鐘，如HDB3接收的同步時鐘及后續(xù)電路同步時鐘。該鎖相環(huán)模塊的框圖見圖二。輸入端的帶通濾波器是由運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時鐘信號，輸出的信號是一個幅度和周期都不恒定的準正弦信號。對此信號進行限幅放大處理后得到幅度恒定、周期變化的脈沖信號，但仍不能將此信號作為譯碼器的位同步信號。經UP04A和UP04A兩個除二分頻器（共四分頻）變?yōu)?4kHz信號，進入UP01鑒相輸入A腳；VCO輸出的512kHz輸出信號經UP02進行八

7、分頻變?yōu)?4kHz信號，送入UP01的鑒相輸入B腳。經UP01內部鑒相之后的誤差控制信號經環(huán)路濾波器濾波送入UP01的壓控振蕩器輸入端。正常時，VCO鎖定在外來的256kHz頻率上。圖 鎖相環(huán)組成框圖該模塊內各點測試點的安排如下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（64kHz）TPP04：VCO輸出信號（512kHz）TPP05：鑒相器B輸入信號（64kHz）TPP06：環(huán)路濾波器輸出TPP07：鎖定指示檢測（鎖定時為高電平）TPD08：HDB3輸出（單極性碼）四、實驗內容1、HDB3碼變換規(guī)則驗證首先將輸入信號的選擇跳線開關KD01設置

8、在M位置(右端)、單/雙極性碼輸出選擇開關設置KD02設置在2_3位置（右端：單極性）、AMI/ HDB3編碼開關KD03設置在HDB3位置（左端），是該模塊工作在HDB3碼方式。（1）通過CMI編碼模塊內的m序列類型選擇跳線開關KX02的設置，產生7位周期m序列。用示波器同時觀測輸入數(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，觀測時用TPD01同步。分析觀測輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)是否滿足AMI編碼關系，畫下一個m序列周期的測試波形。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編碼關系，只是輸出數(shù)據(jù)有延時，且由于數(shù)據(jù)中沒有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)端口懸空產生全1碼（方法同1），重復步驟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碼譯碼和時延測試將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關KD01設置在M位置（右端）；將CMI編碼模塊內的m序列類型選擇跳線開關KX02設置在2_3位置（右端），產生7位周期m序列；將鎖相環(huán)模塊內輸入信號選擇跳線開關KP02設置在HDB3位置（左端）。（1）用示波器同時觀測輸入數(shù)據(jù)TPD01和HDB3譯碼輸出數(shù)據(jù)TPD07波形，觀測時用TPD01同步。分析觀測HDB3編碼輸入數(shù)據(jù)與HDB3譯碼輸出數(shù)據(jù)關系是否滿足HDB3編譯碼系統(tǒng)要求，畫下測試波形。從圖中可以看出，HDB3大概有8個時鐘的延時，與理論相同：編碼譯碼各4個時鐘時延。3、H

11、DB3編碼信號中同步時鐘分量定性觀測將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關KD01設置在M位置（右端），通過CMI編碼模塊內的m序列類型選擇跳線開關KX02的設置，產生15位周期m序列；將鎖相環(huán)模塊內輸入信號選擇跳線開關KP02設置在HDB3位置（左端）。（1）將極性碼輸出選擇跳線開關KD02設置在2_3位置（右端）產生單極性碼輸出，用示波器測量模擬鎖相環(huán)模塊TPP01、TPP02波形；然后將跳線開關KD02設置在1_2位置（左端）產生雙極性碼輸出，觀測TPP01、TPP02波形變換。單極性碼時，經過256kHz濾波器，得到了準正弦信號，但是因為帶通濾波器不是理想的，所以正弦信號不是很完美。正弦信號經過運放放

12、大后，我們得到了接收時鐘信號。雙極性碼時，經過256kHz濾波器，沒有得到準正弦信號，并且正弦信號經過運放放大后，沒有接收時鐘信號。由此可知，HDB3單極性碼含有時鐘分量，雙極性碼不含有時鐘分量或是較少的時鐘分量。（2）將極性碼輸出選擇跳線開關KD02設置在2_3位置（右端）產生單極性碼輸出，使輸入數(shù)據(jù)為全1碼（方法見1），測試模擬鎖相環(huán)模塊TPP01點的同步時鐘分量波形步驟，記錄并分析測試結果。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1），重復上述步驟2）,記錄測試結果。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碼是否含有時鐘分量與發(fā)

13、送的序列（M序列、全0碼、全1碼）無關。4、HDB3譯碼位定時恢復測試將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關KD01設置在M位置（右端），將CMI編碼模塊內的m序列類型選擇跳線開關KD02設置在2_3位置，將鎖相環(huán)模塊內輸入信號選擇跳線開關KP02設置在HDB3位置（左端）。（1）先將跳線開關KD02位置在2_3位置（右端）單極性碼輸出，用示波器測量同時觀測發(fā)送時鐘測試點TPD02和接收時鐘測試點TPD06波形，測試時用TPD02同步。此時兩收發(fā)時鐘應同步。然后，再將跳線開關KD02設置在1_2位置（左端）雙極性輸出，觀測TPD02和TPD06波形。記錄和分析測試結果。根據(jù)測試結果思考：接收端為便于提取位同步

14、信號，需要對收到的HDB3編碼信號做何處理？單極性碼輸出雙極性碼輸出（2）將跳線開關KD02設置回2_3位置（右端）單極性碼輸出，再將跳線開關KD01拔除，使輸入數(shù)據(jù)為全1碼或全0碼（方法見1）。重復上述步驟1），記錄分析測試結果。五、思考題1、HDB3編碼和譯碼的數(shù)據(jù)時延是多少？HDB3編碼和譯碼的數(shù)據(jù)時延在幾十微秒內。2、HDB3編碼信號為雙極性碼和單極性碼中哪一種碼型時鐘分量豐富？全0應該有定時分量嗎？HDB3單極性碼中的時鐘分量更豐富。實驗結果表明，單極性碼中可以輕易提取出時鐘信號；而雙極性碼中時鐘分量極難提取。全0應該有定時分量，但時鐘的提取不如單極性碼。3、簡述AMI/HDB3碼型

15、的特點。AMI碼全稱為信號交替反轉碼，這是一種將信息代碼“0”（空號）和“1”（傳號）按如下規(guī)則進行編碼的碼：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碼的傳號交替反轉，故由它決定的基帶信號將出現(xiàn)正負脈沖交替，而“0”保持不變的規(guī)律。由此看來，這種基帶信號無直流分量，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的信道中傳輸，所以它將二進制符號變換成一個三進制符號。AMI碼除有上述特點外，還有編譯碼電路簡單及便于觀察誤碼情況等優(yōu)點，它是一種基本的線路碼，并得到廣泛采用。但是，AMI碼有一個重要缺點，即接收端從該信號中來獲取定時

16、信息時，由于它可能出現(xiàn)長的連“0”串，因而會造成提取定時信號困難的情況。HDB3碼全稱為三階高密度雙極性碼，它保持了AMI碼的優(yōu)點而克服了其缺點，即增加了使連“0”串減少到至多3個，這對于定時信號的恢復十分有利。其編碼原理為當連“0”碼的個數(shù)不大于3時，HDB3編碼規(guī)律與AMI碼相同，即“1”碼變?yōu)椤?1”、“1”交替脈沖；當代碼序列中出現(xiàn)四個連“0”碼或超過4個連“0”碼時，把連“0”段按4個“0”分節(jié)，即“0000”，并使第四個“0”碼變?yōu)椤?”碼，用V脈沖表示，這樣即可消除長連“0”現(xiàn)象。為了便于識別V脈沖，使V脈沖極性與前一個“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個連“0”稱為破壞節(jié)“000V”；為保證最終脈沖序列無直流分量，則插入的破壞點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之間有奇數(shù)個“1”碼。如果原序列中破壞點的“1”碼為偶數(shù)個，則必須補為奇數(shù)，即將破壞節(jié)中的第一個“0”碼變?yōu)椤?”，用B脈沖表示，這時破壞節(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