(一)碼型變換實(shí)驗(yàn)(DOC)

1、通信原理碼型變換實(shí)驗(yàn)第-1-頁共 16 頁實(shí)驗(yàn)一碼型變換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 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

2、. 號(hào)模塊（載波同步）4. 20M 雙蹤示波器5. 連接線（若干）四、實(shí)驗(yàn)原理（一）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：工比圖 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。通信原理碼型變換實(shí)驗(yàn)第-2-頁共

3、16 頁（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。（二）編碼規(guī)則1 1、NRZNRZ 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 2：10 10 0 110*E

4、- - -0 _ _ _圖 2 NRZ 碼2 2、RZRZ 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3：10 10 0 1100 _ _ _ _圖 3 RZ 碼3 3、AMIAMI 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、一 1、+ 1、一 1、”。例如：信息代

5、碼：1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1AMI 碼：+10 0-1+10 0 0-1+1 -1 AMI 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信原理碼型變換實(shí)驗(yàn)第-3-頁共 16 頁通過的信道中傳輸。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

6、“0”）4 4、HDB3HDB3 碼HDB3（3ndOrder 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“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。 可取值+1，-1。（4） B 可取 0, +

7、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:為帶有符號(hào)的“ 1”碼，即“+1”或1”。 例如：代碼:1 0000 1 000011000 0 11AMI 碼：-1 0000 +1 0000-1+10000 -1+1HDB3 碼 :-1 000-V +1 000 +V -1 +1 -B00 - V +1-1HDB3 碼特點(diǎn)明顯，它除了保持 AMI 碼的

8、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 5、CMICMI 碼CMI （Coded Mark In versio n）,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：1101001CMI 碼：1 1 0 0 0 11 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通信原理碼型變換實(shí)驗(yàn)第-4

9、-頁共 16 頁推薦為 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 6、BPHBPH 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)周期的方波）；1 10 （n相位的一個(gè)周期的方波）。例如：代碼： 1100101BPH 碼：10 10 01 0

10、1 10 01 10BPH 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。（三）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 U1 （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 10 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 HDB3 碼的正、 負(fù)極性編碼 信號(hào)送入 U2 （ CD4051

11、）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。通信原理碼型變換實(shí)驗(yàn)第-5-頁共 16 頁LlljL_iUL_五、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)。DIN

12、2 :負(fù)極性 HDB3/AMI 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。D0UT2 :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。0UT-A :正極性 HDB3/AMI 碼解碼輸出點(diǎn)。0UT-B:負(fù)極性 HDB3/AMI 碼解碼輸出點(diǎn)。HDB3/AMI-0UT : HDB3/AMI 碼編碼輸出點(diǎn)。NRZ-0UT :解碼輸出。代碼NRZRZBPHCMIAMIHDB0,1

13、 4 .0 1 -000 1 1 -0000 00*1010jHjnnimnnnnnnrmiur圖 4 編碼波形通信原理碼型變換實(shí)驗(yàn)第-6-頁共 16 頁六、實(shí)驗(yàn)步驟1 1. CMICMI , RZRZ, BPHBPH 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“ 00100000。(3) 信號(hào)源模塊上 S4、S5 都撥到“ 1100” , S1、S2、S3 分別設(shè)為“01110010“01010101”“ 00110011”。(4) 對(duì)照下表完成實(shí)驗(yàn)連線。表 1

14、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

15、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(00010000)、BPH 碼(00001000)重 復(fù)上述步驟。(9) 實(shí)驗(yàn) 1 結(jié)束關(guān)閉電源。2 2. AMIAMI，HDB3HDB3 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“ 01000000”。(2) 將信號(hào)源 S4、S5 撥到“ 1100”，S1、S2、S3 分別設(shè)為“ 01110010“00011000“ 01000011”。(3) 對(duì)照下表完成實(shí)驗(yàn)連線：表 2 實(shí)驗(yàn) 2 連線通信原理碼型變換實(shí)驗(yàn)第-7-頁共 1

16、6 頁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 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

17、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“ 10000000）， 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

18、 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。七、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通信原理碼型變換實(shí)驗(yàn)第-8-頁共 16 頁這樣設(shè)置之后，一個(gè)周期原碼為： 011010000110000001010100,共 24 為碼元,通信原理碼型變換實(shí)驗(yàn)第-9-頁共 16 頁那么任意時(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D0UT

19、1: CMI 編碼輸出圖 5 CMI 編碼輸出波形表 4 CMI 編碼輸出碼S1S2S3組1234567812345678123|R1000100001000000100|Z100010000100010原10101000110100001102)NRZ-OUT : CMI 解碼波形通信原理碼型變換實(shí)驗(yàn)第-10-頁共 16 頁圖 6 CMI 解碼波形(2) RZ 碼D0UT1: RZ 編碼輸出圖 7 RZ 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)

20、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。通信原理碼型變換實(shí)驗(yàn)第-11-頁共 16 頁表 5 RZ 編碼輸出碼S1S2S3組 123 45678 1234567812345678R101 01000 1101000011000000Z000000000原101 01000 1101000011000000 NRZ-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 2、AMIAMI , HDB3HDB3 碼編解碼電路觀測(cè)（1） AMI 碼