碼型變換實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一 碼型變換實(shí)驗(yàn)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 了解幾種常用的數(shù)字基帶信號(hào)。 2. 掌握常用數(shù)字基帶傳輸碼型的編碼規(guī)則。 3. 掌握常用CPLD實(shí)現(xiàn)碼型變換的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 觀察NRZ碼、RZ碼、AMI碼、CMI碼、HDB3碼、BPH碼的波形。 2. 觀察全0碼或全1碼時(shí)各碼型波形。 3. 觀察HDB3碼、AMI碼的正、負(fù)極性波形。 4. .觀察NRZ碼、RZ碼、AMI碼、CMI碼、HDB3碼、BPH碼經(jīng)過碼型反變 換后的輸出波形。 5. 自行設(shè)計(jì)碼型變換電路，下載并觀察波形。 三、實(shí)驗(yàn)器材 1. 信號(hào)源模塊 2. 號(hào)模塊（碼型變換） 3. 號(hào)模塊（載波同步） 4. 20M雙蹤示波器 5.

2、 連接線（若干） 4、 實(shí)驗(yàn)原理 （1） 基本原理1、 數(shù)字通信中,有些場(chǎng)合可不經(jīng)過載波調(diào)制解調(diào)而讓基帶信號(hào)直接進(jìn)行傳輸。例如，市區(qū)內(nèi)利用電傳機(jī)直接電報(bào)通信，或者利用中繼長(zhǎng)距離直接傳輸PCM信號(hào)等。這種不使用載波調(diào)制裝置而直接傳送基帶信號(hào)的系統(tǒng),稱為基帶傳輸系統(tǒng)。它的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示:圖1 基帶傳輸系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)說明：（1） 信道信號(hào)合成器：產(chǎn)生適合于信傳輸?shù)幕鶐盘?hào)。 （2） 信道可以是允許基帶信號(hào)通過的媒質(zhì)，如能通過從直流到高頻的有線線路。（3） 接收濾波器：用來接收信號(hào)和盡可能排除信道噪聲和其他干擾。（4） 抽樣判決器：在噪聲背景下判定與再產(chǎn)生基帶信號(hào)。2、基帶調(diào)制與解調(diào)（1）數(shù)字基

3、帶調(diào)制器：把數(shù)字基帶信號(hào)變換成基帶信號(hào)傳輸?shù)幕鶐盘?hào)。（2）基帶解調(diào)器器：把信道基帶信號(hào)變換成原始數(shù)字基帶信號(hào)。（3）對(duì)傳輸用的基帶信號(hào)的主要要求（4）對(duì)代碼：將原始信息符號(hào)編制成適合于傳輸用的碼型；（5）對(duì)碼型的電波形：電波形適宜于在信道中傳輸。（2） 編碼規(guī)則 1、NRZ碼 NRZ (Noreturn-To-Zero)碼，全稱是單極性不歸零碼，在這種二元碼中用高電平和低電平（這里為零電平）分別表示二進(jìn)制信息“1”和“0”，在整個(gè)碼元期間電平保持不變。例如圖2：圖2 NRZ碼2、RZ碼 RZ (Return-To-Zero)碼,全稱是單極性歸零碼，與NRZ碼不同的是，發(fā)送“1”時(shí)在整個(gè)碼元期

4、間高電平只持續(xù)一段時(shí)間，在碼元的其余時(shí)間內(nèi)則返回到零電平。例如圖3： 圖3 RZ碼 3、AMI碼 AMI (Alternative Mark Inversion)碼,全稱是傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼，其編碼規(guī)則如下：信息代碼0（空號(hào)）和1（傳號(hào)），信息碼中的“0”仍變換為傳輸碼的“0”，而信息碼中的“1”交替變換為傳輸碼的“1、1、1、1、”。例如： 信息代碼：1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1AMI碼： +10 0-1+10 0 0-1+1 -1AMI碼的主要規(guī)律是，傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)，基帶信號(hào)正負(fù)脈沖交替，0電位保持不變。則主要優(yōu)點(diǎn)：無直流成分，且只有很少低頻成分，適宜在不允許這些成分通過的信道中傳

5、輸。此外，編譯碼電路簡(jiǎn)單，便于觀察誤碼。接收端收到的碼元極性與發(fā)送端完全相反也能正確判斷。譯碼時(shí)只需把AMI碼經(jīng)過全波整流就可以變?yōu)閱螛O性碼。由于其具有上述優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。AMI碼有一個(gè)重要缺點(diǎn)，即當(dāng)用它獲取定時(shí)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)的困難。（連“0”） 4、HDB3碼HDB3( Order High Density Bipolar)全稱是三階高密度雙極性碼，對(duì)AMI碼的一種該進(jìn)碼。其編碼規(guī)則如下：（1） 先檢查信息代碼（二進(jìn)制）連“0”情況。當(dāng)連“0”數(shù)目小于等于3時(shí)，按照AMI碼對(duì)信息代碼編碼，即“1”用“+1”與“-1”交替代替。（2） 當(dāng)連“

6、0”數(shù)目超過3時(shí)，將4個(gè)連“0”信息碼化作一小節(jié)，用取代節(jié)“000V”或“B00V”代替。V是破壞脈沖，B調(diào)節(jié)脈沖。（3） V與前一相鄰非“0”脈沖極性相同，并且V嘛之間極性必須交替?？扇≈?1，-1。（4） B可取0，+1，-1，以使V同時(shí)滿足（3）中要求。（5） V碼后面的傳號(hào)碼極性也要交替。當(dāng)兩個(gè)相鄰“V”碼中間有奇數(shù)個(gè)信息“1”碼時(shí)，取代節(jié)為“000V”碼；當(dāng)有偶數(shù)個(gè)信息“1”碼（包括0個(gè)）時(shí)，取代節(jié)為“B00V”，其它的信息“0”碼仍為“0”碼。這樣，信息碼的“1”碼變?yōu)閹в蟹?hào)的“1”碼，即“1”或“1”。 例如： 代 碼 ：1 0000 1 0000 11 000 0 1 1AM

7、I碼： -1 000 0 +1 000 0 -1 +1 000 0 -1 +1 HDB3碼：-1 000-V+1 000+V-1+1 -B00V+1 -1HDB3碼特點(diǎn)明顯，它除了保持AMI碼的優(yōu)點(diǎn)外，還增加了使連”0”串減少到至多3個(gè)的優(yōu)點(diǎn)，而不管信息源的統(tǒng)計(jì)特性如何。這對(duì)于定時(shí)信號(hào)的恢復(fù)是十分有利的。HDB3碼是ITU-T推薦使用的碼之一。（本實(shí)驗(yàn)電路只能對(duì)碼長(zhǎng)為24位的周期性NRZ碼序列進(jìn)行編碼。）5、 CMI碼CMI (Coded Mark Inversion),是傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼的簡(jiǎn)稱，其編碼規(guī)則為： “1”碼交替用“11”和“00”表示；“0”碼用“01”表示。例如： 代碼： 1 1 0

8、 1 0 0 1 CMI碼： 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 這種碼型有較多的電平躍變，因此含有豐富的定時(shí)信息。該碼已被CCITT推薦為PCM（脈沖編碼調(diào)制）四次群的接口碼型。在光纜傳輸系統(tǒng)中有時(shí)也用作線路傳輸碼型。6、 BPH碼BPH碼的全稱是數(shù)字雙相碼(Digital Diphase),又叫分相碼(Biphase，Split-phase)或曼徹斯特碼(Manchester)。它是對(duì)每個(gè)二進(jìn)制代碼分別利用兩個(gè)具有不同相位的二進(jìn)制新碼去取代的碼。（或者可以理解為用一個(gè)周期的方波表示“1”碼，用該方波的反相來表示“0”碼。）BPH碼編碼規(guī)則之一是：001（零相位的一個(gè)周期

9、的方波）；110（相位的一個(gè)周期的方波）。例如：代碼： 1 1 0 0 1 0 1BPH碼：10100101100110BPH碼可以用單極性非歸零碼（NRZ）與位同步信號(hào)的模二和來產(chǎn)生。雙相碼的特點(diǎn)是只使用兩個(gè)電平，而不像前面兩種碼具有三個(gè)電平。這種既能提取足夠的定時(shí)分量，又無直流漂移，編碼過程簡(jiǎn)單。但這種碼的帶寬要寬些。（3） 電路原理將信號(hào)源產(chǎn)生的NRZ碼和位同步信號(hào)BS送入U(xiǎn)1（EPM3064）進(jìn)行變換，可以直接得到各種單極性碼和各種雙極性碼的正、負(fù)極性編碼信號(hào)（因?yàn)镃PLD的IO口不能直接接負(fù)電平，所以只能將分別代表正極性和負(fù)極性的兩路編碼信號(hào)分別輸出，再通過外加電路合成雙極性碼），如

10、HDB3碼的正、負(fù)極性編碼信號(hào)送入U(xiǎn)2（CD4051）的選通控制端，控制模擬開關(guān)輪流選通正、負(fù)電平，從而得到完整的HDB3碼。解碼也同樣需要將雙極性的HDB3碼變換成分別代表正極性和負(fù)極性的兩路信號(hào)，再送入CPLD進(jìn)行解碼，得到NRZ碼。其他雙極性碼的編、解碼過程相同。 各編碼波形如圖4所示。圖4 編碼波形5、 輸入、輸出點(diǎn)參考說明 1輸入點(diǎn)說明NRZ：NRZ碼輸入點(diǎn)。 BS：編碼時(shí)鐘輸入點(diǎn)。 BSR：解碼時(shí)鐘輸入點(diǎn)。 IN-A：正極性HDB3/AMI碼編碼輸入點(diǎn)。 IN-B：負(fù)極性HDB3/AMI碼編碼輸入點(diǎn)。 DIN1：正極性HDB3/AMI碼解碼輸入點(diǎn)。 DIN2：負(fù)極性HDB3/AMI

11、碼解碼輸入點(diǎn)。 HDB3/AMI-IN：HDB3/AMI碼編碼輸入點(diǎn)。 2輸出點(diǎn)說明 DOUT1：編碼輸出，由撥碼開關(guān)S1控制編碼碼型。選擇AMI、HDB3碼型時(shí)，為正極性編碼 輸出。 DOUT2：編碼輸出，由撥碼開關(guān)S1控制編碼碼型。選擇AMI、HDB3碼型 時(shí)，為負(fù)極性編碼 輸出，選擇其它碼型時(shí)，無輸出。 OUT-A：正極性HDB3/AMI碼解碼輸出點(diǎn)。 OUT-B：負(fù)極性HDB3/AMI碼解碼輸出點(diǎn)。 HDB3/AMI-OUT：HDB3/AMI碼編碼輸出點(diǎn)。 NRZ-OUT：解碼輸出。六、實(shí)驗(yàn)步驟 1CMI，RZ，BPH碼編解碼電路觀測(cè) （1）將信號(hào)源模塊和模塊6、7固定在主機(jī)箱上，將塑

12、封螺釘擰緊，確保電源接觸良好。 （2）通過模塊6上的撥碼開關(guān)S1選擇碼型為CMI碼，即“”。 （3）信號(hào)源模塊上S4、S5都撥到“1100”，S1、S2、S3分別設(shè)為“”“”“”。 （4）對(duì)照下表完成實(shí)驗(yàn)連線 。表1 CMI，RZ，BPH碼編解碼電路連線源端口目的端口連線說明信號(hào)源：NRZ（8K）模塊6：NRZIN8KNRZ碼基帶傳輸信號(hào)輸入信號(hào)源：CLK2（8K）模塊6：BS提供編譯碼位時(shí)鐘模塊6：DOUT1模塊6：DIN1電平變換的編碼輸入A模塊6：DOUT1模塊7：DIN鎖相環(huán)法同步提取輸入模塊7：BS模塊6：BSR提取的位時(shí)鐘給譯碼模塊* 檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源。（5）將

13、模塊7的S2設(shè)置為“0111” （6）以 “NRZIN”為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器觀測(cè)編碼輸出“DOUT1”波形。 （7）以 “NRZIN”為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器對(duì)比觀測(cè)解碼輸出“NRZ-OUT”波形，觀察解碼波形與初始信號(hào)是否一致。 （8）撥碼開關(guān)S1選擇碼型為RZ碼（）、BPH碼（）重復(fù)上述步驟。 （9）實(shí)驗(yàn)1結(jié)束關(guān)閉電源。2 AMI，HDB3碼編解碼電路觀測(cè) （1）通過模塊6上的撥碼開關(guān)S1選擇碼型為AMI碼，即“”。 （2）將信號(hào)源S4、S5撥到“1100”，S1、S2、S3分別設(shè)為“”“”“”。 （3）對(duì)照下表完成實(shí)驗(yàn)連線：表2 實(shí)驗(yàn)2連線源端口目的端口連線說明信號(hào)源：NRZ（8K）

14、模塊6：NRZIN8KNRZ碼基帶傳輸信號(hào)輸入信號(hào)源：CLK2（8K）模塊6：BS提供編譯碼位時(shí)鐘模塊6：DOUT1模塊7：DIN濾波法同步提取輸入模塊7：位同步輸出模塊6：BSR提取的位同步輸入模塊6：DOUT1模塊6：IN-A電平變換A路編碼輸入模塊6：DOUT2模塊6：IN-B電平變換B路編碼輸入模塊6：HDB3/AMI-OUT模塊6：HDB3/AMI-IN電平反變換輸入模塊6：OUT-A模塊6：DIN1電平反變換A路編碼輸出模塊6：OUT-B模塊6：DIN2電平反變換B路編碼輸出* 檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源 （4）模塊7的S2設(shè)置為“1000”。 （5）以 “NRZIN”為

15、內(nèi)觸發(fā)源，分別用雙蹤示波器觀測(cè)“DOUT1”，“DOUT2”，“HDB3/AMI-OUT”三點(diǎn)的波形。 （6）以 “NRZIN”為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器觀測(cè)“OUT-A”，“OUT-B”，“NRZ-OUT”三點(diǎn)的波形，觀察解碼波形與初始信號(hào)是否一致。 （7）通過撥碼開關(guān)S1選擇碼型為HDB3碼（S1設(shè)置為“”），重復(fù)上述步驟。 3 將信號(hào)源模塊上的撥碼開關(guān)S1，S2，S3全部撥為0或者全部撥為1，重復(fù)步驟1、2，觀察各碼型編解碼輸出。 4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束關(guān)閉電源，拆除連線，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 7、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、 CMI，RZ，BPH碼編解碼電路觀測(cè)信號(hào)源原碼設(shè)置，這里設(shè)置與實(shí)驗(yàn)原理中

16、的相同，為了有方向地驗(yàn)證。表3 原碼設(shè)置播碼開關(guān)碼位12345678S101101000S201100000S301010100這樣設(shè)置之后，一個(gè)周期原碼為：00, 共24為碼元，那么任意時(shí)刻在示波器上觀察到的波形碼元都是此碼組的一個(gè)循環(huán)移位。（1） CMI碼DOUT1: CMI編碼輸出圖5 CMI編碼輸出波形表4 CMI編碼輸出碼S1S2S3組1234567812345678123RZ1100000011000000001100000000011000原10101000110100001102）NRZ-OUT：CMI解碼波形圖6 CMI解碼波形（2） RZ碼DOUT1: RZ編碼輸出圖7 R

17、Z編碼輸出波形與圖對(duì)應(yīng)“0”、“1”碼為（左起一個(gè)“1”開始計(jì)數(shù)的一個(gè)周期24位）如下表。說明：表中上下行與圖中上下波形對(duì)應(yīng),由于波形的周期性和時(shí)宜，S1，S2，S3并不與設(shè)置的信號(hào)源模塊中的S1，S2，S3一致，這里僅表明選取一個(gè)周期并分為3組。下面的（2）（3）等也是一樣。表5 RZ編碼輸出碼S1S2S3組123456781234567812345678RZ100100100001010010000001010000000原101010001101000011000000NRZ-OUT：RZ解碼波形圖8 RZ解碼輸出波形與圖對(duì)應(yīng)（左起第一個(gè)“1”開始）：解碼輸出（上）：1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 是原碼序列可以看到，RZ碼編、解碼均正確。2、 AMI，HDB3碼編解碼電路觀測(cè)（1） AMI碼DOUT1,DOUT2輸出圖9 AMI碼正極性編碼波形圖9 AMI碼負(fù)極性編碼波形圖10 AMI編碼的輸出 圖11 AMI碼正極性譯碼波形 圖12 AMI碼負(fù)極性譯碼波形圖13 AMI碼譯碼輸出波形（2） HDB3碼圖14 正、負(fù)極性的HDB3編碼輸出圖15 HDB3編碼輸出波形 圖16 HDB3正極性譯碼輸出圖17 HDB3碼負(fù)極性譯碼輸出 圖18 HDB3譯碼輸出分析：由以上各個(gè)波形圖可看出實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合與理論相符。值得注意的是，圖18 H