畢業(yè)論文基于SystemView的HDB3編解碼仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 西 安 郵 電 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題 目： 基于SystemView的HDB3編解碼仿真系統(tǒng) 院 （系）： 通信與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程 班 級： 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 職稱： 講師 起止時(shí)間： 2011年1月3日至2011年6月10日 目錄摘 要IABSTRACTII引言11緒論21.1課題背景及研究意義21.2HDB3碼的應(yīng)用31.3本文主要研究內(nèi)容32SYSTEMVIEW軟件介紹42.1SystemView簡介42.2SystemView圖符庫簡介4基本庫4專業(yè)庫5自定義庫52.3本文涉及的圖符詳細(xì)介紹5基本庫5專業(yè)庫73編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案93.1編碼器設(shè)計(jì)方

2、案9四連“0”檢測器10“V”碼產(chǎn)生器10“B”碼產(chǎn)生器10AMI編碼器113.2譯碼器設(shè)計(jì)方案124仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析144.1編碼器部分14編碼器電路14編碼器仿真波形及分析16譯碼器電路21譯碼器仿真波形及分析225結(jié)束語27致謝28摘要在實(shí)際數(shù)字通信中，經(jīng)常需要在數(shù)字通信設(shè)備之間通過同軸電纜或其他有線傳輸媒介來傳輸數(shù)字基帶信號。通常采用的線路碼型有AMI碼（雙極性傳號交替反轉(zhuǎn)碼）和HDB3碼（三階高密度雙極性碼）等。本文重點(diǎn)討論HDB3碼的編譯碼功能實(shí)現(xiàn)。本文根據(jù)HDB3碼的編譯碼規(guī)則，給出了HDB3碼的編碼器和譯碼器的設(shè)計(jì)方案（其中編碼器包括四連“0”檢測、“V”碼生成、“B”碼生成

3、和AMI編碼四個(gè)模塊），借助SystemView仿真軟件平臺構(gòu)建了仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果做了詳細(xì)分析。SystemView仿真軟件功能十分強(qiáng)大，包含內(nèi)容也較多，本文僅對軟件功能做簡要介紹，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中涉及的圖符，文中給出了詳細(xì)的功能說明和參數(shù)設(shè)置說明。仿真結(jié)果表明，HDB3碼的編碼器和譯碼器設(shè)計(jì)正確，電路實(shí)現(xiàn)較為簡便，整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)延較小，HDB3碼的頻譜結(jié)構(gòu)符合數(shù)字通信傳輸碼型的要求。關(guān)鍵字：HDB3碼；SystemView；編譯碼ABSTRACTIn the digital communications, actually, digital baseband signal

4、should be transmitted between communication equipments by coaxial cable or other transmission medium. The codes usually used are AMI, HDB3 and so on. This paper will discuss the design and implement of codec of HDB3. Based on rules of HDB3, HDB3 codec design will be given(there are four modules in e

5、ncoder, namely, detection of four 0 sequence in source information, generator of “V”, violation of the AMI rule, generator of “B”, obeying the AMI rule, and AMI encoder). With the help of SystemView software, codec system will be constructed, and the result will be analyzed. The software, SystemView

6、, is very strong in function, with much content. The brief introduce will be given, and the button referred to in the HDB3 codec system described detailedly, including its function and parameters. The result demonstrates the validity of HDB3 codec design. In addition, the system is not complicated i

7、n circuit and little in time delay. Moreover, the spectrum is corresponded to requirements of digital communication codes.Key words: HDB3 code; SystemView; codec引言數(shù)字通信系統(tǒng)中，數(shù)字信源的輸出通常是采用單極性不歸零碼表示，這種信號不但含有直流分量，而且低頻成分也極其豐富，不適合在低頻特性不好的信道中傳輸，接收端位定時(shí)信號也不便從中直接提取。隨著數(shù)字通信的發(fā)展，人們先后提出了許多適合線路傳輸?shù)拇a型。HDB3碼是AMI碼的改進(jìn)形式。AM

8、I碼無直流，低頻成分很少，符合基帶系統(tǒng)的要求。但當(dāng)信息序列中連“0”較多時(shí)，AMI碼編碼輸出為0，這樣接受端難以從接收到的信號中提取位定時(shí)信號。HDB3碼就是克服了這一問題的一種碼型，在實(shí)際中有著廣泛的應(yīng)用，是CCITT G.703推薦的PCM基群、二次群和三次群的數(shù)字傳輸接口碼型。HDB3碼雖然采用的是雙極性歸零碼型，但由于碼元之間引入了相關(guān)性，頻譜結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，主瓣寬度與不歸零碼型相同。本文給出了HDB3碼的編碼器和譯碼器的設(shè)計(jì)，并通過仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性，以及HDB3碼作為數(shù)字通信系統(tǒng)常用線路碼的優(yōu)越性，總共分為五章：第一章為緒論，介紹了HDB3碼的理論基礎(chǔ)；第二章為SystemVie

9、w軟件介紹，給出了該軟件整體的簡要介紹，以及HDB3編譯碼仿真所涉及的圖符的詳細(xì)介紹；第三章為編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，對編碼器和譯碼器兩個(gè)模塊分別進(jìn)行闡述；第四章為仿真結(jié)果及分析，給出仿真過程中個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的波形圖和頻譜圖，并對仿真結(jié)果做出分析；第五章為結(jié)束語，對HDB3編譯碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和仿真結(jié)果做總結(jié)和歸納。1緒論1.1課題背景及研究意義數(shù)字脈沖調(diào)制的方法有三種：脈沖幅度調(diào)制（PAM）、脈沖位置調(diào)制（PPM）和脈沖寬度調(diào)制（PDM）。由于脈沖幅度調(diào)制的頻帶利用率高，所以數(shù)字PAM信號特別使用在限帶基帶信道中傳輸。常用的數(shù)字PAM信號波形（碼型）有：單極性不歸零碼（NRZ）、雙極性不歸零碼、單極性

10、歸零碼（RZ）、雙極性歸零碼、差分碼（又名相對碼）和多電平的PAM信號波形（MPAM）。線路碼，又稱調(diào)制碼或傳輸碼，是在數(shù)字基帶傳輸中，對所要傳輸?shù)牟幌嚓P(guān)序列進(jìn)行相關(guān)編碼，用來控制編碼后的數(shù)字基帶信號波形的功率譜形狀，以適應(yīng)在基帶信道中傳輸?shù)囊?。由于在基帶信道傳輸時(shí)，不同傳輸媒介具有不同的傳輸特性，所以需要使用不同的接口線路碼型，這在國際上有統(tǒng)一規(guī)定。為了匹配于基帶信道傳輸媒介的傳輸特性，并考慮到在收端提取時(shí)鐘方便，希望所設(shè)計(jì)的線路碼型應(yīng)具有以下的特性：（1）線路碼的功率譜密度特性匹配于基帶信道的頻率特性。（2）減少線路碼頻譜中的高頻分量。盡量減少線路碼頻譜中的高頻成分，使得線路碼的帶寬比基

11、帶信道帶寬窄得多，這樣一方面可節(jié)省傳輸頻帶，另一方面也可使得在傳輸時(shí)不致引起碼間干擾。綜合上述兩點(diǎn)，一般要求線路碼的功率譜不應(yīng)含有離散的直流分量，并盡量減小低頻分量及高頻分量。（3）便于從接收端的線路碼中提取符號同步信號。為便于在接受端從收到的線路碼中提取符號同步信號（即時(shí)鐘分量），一方面要求線路碼經(jīng)簡單的非線性變換后能產(chǎn)生離散的時(shí)鐘分量，可從中提取時(shí)鐘；另一方面希望從線路碼提取的離散時(shí)鐘分量盡量不受信源所產(chǎn)生數(shù)字符號的統(tǒng)計(jì)特性的影響，即使在信源輸出符號中出現(xiàn)長串連“0”或連“1”碼時(shí)，仍能從線路碼中恢復(fù)時(shí)鐘。（4）減少誤碼擴(kuò)散。對某些線路碼型，由于信道傳輸產(chǎn)生的單個(gè)誤碼會導(dǎo)致譯碼輸出出現(xiàn)多個(gè)

12、錯(cuò)誤，稱此現(xiàn)象為誤碼擴(kuò)散，希望誤碼擴(kuò)散越少越好。（5）便于誤碼監(jiān)測。要求在基帶傳輸中具有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力，可檢測出基帶信號碼流中錯(cuò)誤的信號狀態(tài)。（6）盡量提高線路碼型的編碼效率。本文所要討論的HDB3碼就是常用的線路碼的一種，采用雙極性不歸零碼型。1.2HDB3碼的應(yīng)用CCITT建議，HDB3碼為PCM系統(tǒng)歐洲系列時(shí)分多路數(shù)字復(fù)接一次群2.048Mbit/s、二次群8.448Mbit/s、三次群34.368Mbit/s的線路接口碼型。HDB3碼具有以下特點(diǎn)：（1）無直流分量、低頻分量小。（2）連0串不會超過3個(gè)，對定時(shí)信號的恢復(fù)十分有利。（3）編碼復(fù)雜，但譯碼簡單。鑒于HDB3碼的優(yōu)點(diǎn)，它在實(shí)際

13、通信系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。例如，某數(shù)字微波通信設(shè)備輸出的2.048Mbit/s單極性不歸零碼序列需要通過同軸電纜傳向相隔幾千米遠(yuǎn)的另一個(gè)數(shù)字終端復(fù)用設(shè)備。由于單極性不歸零碼序列的功率譜中含有離散的直流分量及很低的頻率成分，與同軸電纜的傳輸要求（由于均衡與屏蔽的困難，不使用低于60kHz的頻率）不相符，所以該碼型不適宜在電纜中傳輸。為此，國際上有規(guī)定，在數(shù)字通信設(shè)備之間傳輸2.048Mbit/s數(shù)據(jù)的接口碼型為HDB3碼。因而，需將該數(shù)字微波通信設(shè)備輸出的2.048Mbit/s單極性不歸零碼變換成HDB3碼，然后再通過電纜傳輸至遠(yuǎn)處的數(shù)字終端復(fù)用設(shè)備，而此數(shù)字復(fù)用終端設(shè)備在收到HDB3碼后，立即設(shè)

14、法從傳來的HDB3碼中提取出符號同步信號（即時(shí)鐘分量），再將HDB3碼型變換為單極性不歸零碼序列，這樣就完成了遠(yuǎn)距離的數(shù)字基帶傳輸。1.3本文主要研究內(nèi)容如上所述，HDB3碼特點(diǎn)符合線路碼選碼要求，適合實(shí)際應(yīng)用。本課題研究的主要內(nèi)容是基于SystemView仿真平臺的HDB3碼編碼器和譯碼器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，得到預(yù)期仿真結(jié)果，再對結(jié)果進(jìn)行分析，探討HDB3采用碼型的優(yōu)點(diǎn)，以及HDB3碼作為線路碼的優(yōu)點(diǎn)。2SystemView軟件介紹2.1SystemView簡介SystemView是一個(gè)信號級的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真，是一個(gè)強(qiáng)有力的動態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數(shù)字信號處理、

15、濾波器設(shè)計(jì)、直到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計(jì)、仿真要求。SystemView以模塊化和交互式的界面，在大家熟悉的Windows窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個(gè)嵌入式的分析引擎。使用SystemView，只需關(guān)心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想和過程，而不必花費(fèi)大量的時(shí)間去編程建立系統(tǒng)仿真模型。用戶只需使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖標(biāo)即可完成復(fù)雜系統(tǒng)的建模、設(shè)計(jì)和測試，而不必學(xué)習(xí)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序編程，也不必?fù)?dān)心程序中是否存在編程錯(cuò)誤。SystemView仿真系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：1、能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng)2、快速方便的動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真3、在報(bào)告中方便地加入SystemView的結(jié)論4、提供基于組織結(jié)構(gòu)圖方式的設(shè)計(jì)5、多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng)

16、6、完備的濾波器和線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)7、先進(jìn)的信號分析和數(shù)據(jù)塊處理8、可擴(kuò)展性9、完善的自我診斷功能SystemView軟件雖小，但功能強(qiáng)大，使用方便，是迄今為止專用于動態(tài)系統(tǒng)仿真的優(yōu)秀軟件，特別是在通信系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。2.2SystemView圖符庫簡介SystemView的圖符庫是進(jìn)行仿真的基本單元，可分為基本庫（Main Libraries）、專業(yè)庫（Optional Libraries）以及自定義庫（Custom Libraries）三種?；編炫c專業(yè)庫之間由“庫選擇”按鈕進(jìn)行切換，而擴(kuò)展庫則要由定義庫聽過動態(tài)鏈接庫（*.dll）加載進(jìn)來。2.2.1基本庫SystemV

17、iew的基本庫包括信號源庫（Source）、子系統(tǒng)庫（Meta System）、加法器（Adder）、子系統(tǒng)輸入/輸出端口（Meta I/O）、算字庫（Operator）、庫函數(shù)（Function）、乘法器（Multiplier）、信號接收器庫（Sink）等，為系統(tǒng)仿真提供最基本的工具。其中仔細(xì)痛苦不屬于SystemView所提供的范圍，其內(nèi)容要由用戶自己創(chuàng)建；子系統(tǒng)輸入/輸出端口只能夠包含兩個(gè)圖符，用于設(shè)置子系統(tǒng)與系統(tǒng)與系統(tǒng)其它部分連接時(shí)的輸入/輸出端口，實(shí)際在創(chuàng)建子系統(tǒng)時(shí)可自動調(diào)用，無需用戶選擇。加法器庫和乘法器庫中各只有一個(gè)圖符，其功能是完成幾個(gè)輸入信號的加法和乘法運(yùn)算，這樣，基本庫實(shí)際

18、上由信號源庫、算子庫、函數(shù)庫和信號接收器庫組成。2.2.2專業(yè)庫除了基本庫以外，SystemView的專業(yè)庫提供可選擇的能夠增加核心庫功能的用于特殊應(yīng)用的庫。使用專業(yè)庫中的圖符，SystemView就可以方便地進(jìn)行各種復(fù)雜的系統(tǒng)仿真，更能發(fā)揮SystemView信號級系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。SystemView的專業(yè)庫包括有通信庫（Communication Library）、DSP庫（DSP Library）、邏輯庫（Logic Library）、射頻/模擬庫（RF/Analog Library）和M-Link應(yīng)用。它們分別用于基本通信系統(tǒng)的仿真、DSP系統(tǒng)的仿真、邏輯模擬、無線通信系統(tǒng)射頻模塊的仿

19、真與科學(xué)計(jì)算軟件Matlab的鏈接。2.2.3自定義庫當(dāng)SystemView豐富的圖符庫資源不能完全滿足用戶的需要時(shí)，SystemView還提供了自定義庫“User Code Library”功能，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了更加靈活的設(shè)計(jì)手段。2.3本文涉及的圖符詳細(xì)介紹本課題是基于SystemView5.0版本實(shí)現(xiàn)HDB3碼編譯碼系統(tǒng)的仿真的，本節(jié)將給出在該軟件版本下，后續(xù)的HDB3碼編譯碼系統(tǒng)仿真中所涉及到的圖符庫和圖符，以便于查詢和應(yīng)用。2.3.1基本庫仿真時(shí)所用到的基本庫中的圖符或庫如下所示： 信源庫 子系統(tǒng) 加法器 操作庫 函數(shù)庫 信宿庫接下來按上述順序給出部分圖符或庫的使用方法。信源庫。

20、雙擊信源庫圖標(biāo)，彈出對話框如圖2-1所示。圖2-1信源庫對話框選擇Periodic中的Pulse Train進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，可以得到時(shí)鐘信號；選擇Noise/PN中的PN Seq進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，可以得到隨機(jī)序列；選擇Aperiodic中的Step Fct進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，可以得到階躍信號。子系統(tǒng)圖符。在HDB3碼的編譯碼系統(tǒng)仿真中，搭建并調(diào)試成功編碼系統(tǒng)，進(jìn)行譯碼系統(tǒng)搭建和調(diào)試時(shí)，編碼系統(tǒng)就不需要再動，為使界面美觀，且觀察、調(diào)試譯碼系統(tǒng)更加方便，可以把編碼系統(tǒng)用子系統(tǒng)圖符表示。選定待建子系統(tǒng)中所包含的所有圖符及其連接，單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Create Metasystem”，即可完成子系統(tǒng)的創(chuàng)建。子系

21、統(tǒng)以一個(gè)圖符體現(xiàn)出來，該圖符與SystemView所提供的其他圖符形狀相同。操作庫。雙擊操作庫圖符，彈出對話框如圖2-2所示。圖2-2操作庫對話框選擇Logic中的Compare進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)比較器功能；選擇Delays中的Delay進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)時(shí)延功能。函數(shù)庫。雙擊函數(shù)庫圖符，彈出對話框如圖2-3所示。圖2-3函數(shù)庫對話框選擇Non Linear中的Rectify可以實(shí)現(xiàn)全波整流功能。信宿庫。雙擊信宿庫圖符，彈出對話框如圖2-4所示。圖2-4信宿庫對話框選擇Analysis中的Analysis可以實(shí)現(xiàn)波形顯示功能。這是進(jìn)行波形分析時(shí)最常用的圖符。2.3.2專業(yè)庫在專業(yè)庫中，仿真

22、用到的只有邏輯庫中的圖符，邏輯庫的標(biāo)識圖為 。雙擊邏輯庫圖符，彈出對話框如圖2-5所示。圖2-5邏輯庫對話框選擇Gates/Buffers中的AND、Invert、NOR和OR進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，分別可實(shí)現(xiàn)與、非、或非和或的功能；選擇FF/Latch/Reg中的Shft-8in進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)最多8位移位寄存器的功能，HDB3碼譯碼器利用該器件實(shí)現(xiàn)五位移位寄存器功能；選擇Counters中的Cntr-4進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)四位輸入的計(jì)數(shù)器功能；選擇Mixed Signal中的SPDT進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)單刀雙擲開關(guān)，即數(shù)據(jù)選擇器的作用；選擇Devices/Parts中的One-Shot進(jìn)行參數(shù)設(shè)

23、置，可實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器功能。3編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.1編碼器設(shè)計(jì)方案HDB3碼是AMI碼的改進(jìn)形式。AMI碼的編碼規(guī)則很簡單，可概括為 “一變零不變，正負(fù)交替換”，這種編碼規(guī)則雖然解決了信源輸出碼型存在直流分量和低頻分量的問題，但當(dāng)信息序列中連“0”較多時(shí)，接收端難以從接受信號中提取定時(shí)信號，HDB3碼克服了AMI碼的這一問題，其編碼原理如下：先將信息符號中的“1”交替變換為+1與-1，然后去檢查它的連“0”串情況，當(dāng)出現(xiàn)4個(gè)以上連“0”串時(shí)，則將每4個(gè)連“0”小段的第4個(gè)“0”變換成與前一非0符號（+1或-1）同極性的符號，顯然，這樣會破壞“極性交替反轉(zhuǎn)”的規(guī)律。該符號被稱為破壞符號，用V符

24、號表示（即+1記為+V，-1記為-V）。為使附加V符號后的序列不破壞“極性交替反轉(zhuǎn)”造成的無直流特性，還必須保證相鄰V符號也應(yīng)極性交替。當(dāng)相鄰V符號之間有奇數(shù)個(gè)非0符號時(shí)，就用取代節(jié)“000V”（V符號取+1或-1）來取代4個(gè)連“0”；當(dāng)相鄰V符號之間有偶數(shù)個(gè)非0符號時(shí)，則用“B00V”取代節(jié)代替4個(gè)連“0”，而B符號的極性與前一非0符號服從極性相反（以+1記為+B，-1記為-B）。值得注意的是：讓該B符號后面的非0符號從V符號開始再交替反轉(zhuǎn)極性。表3-1HDB3編碼過程輸入信息100001000011000011V碼0000+10000-100000+100B碼000000000000100

25、000B碼信息合路+10000-10000+1-1+1000-1+1HDB3碼+1000+1-1000-1+1-1+100+1-1+1圖3-1HDB3碼編碼器原理框圖根據(jù)HDB3碼編碼原理設(shè)計(jì)的編碼器原理圖如圖3-1所示。HDB3碼編碼器硬件電路設(shè)計(jì)應(yīng)該包含四個(gè)模塊：四連“0”檢測器、“V”碼產(chǎn)生器、“B”碼產(chǎn)生器和AMI碼編碼器。本節(jié)就此四個(gè)模塊的設(shè)計(jì)分別進(jìn)行闡述。3.1.1四連“0”檢測器四連“0”檢測是判斷是否產(chǎn)生“V”碼和“B”碼的關(guān)鍵所在，用計(jì)數(shù)器和邏輯電路來設(shè)計(jì)四連“0”檢測電路原理圖如圖3-2所示。計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘周期等于碼元寬度。或非門的邏輯是一真則假，清零端MR低電平有效。當(dāng)輸入

26、信息為“1”時(shí)，計(jì)數(shù)器的清零端有效，計(jì)數(shù)器處于清零狀態(tài)；當(dāng)輸入信息中出現(xiàn)連“0”時(shí)，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，每輸入一個(gè)“0”碼，計(jì)數(shù)器加1，輸入端連續(xù)輸入四個(gè)“0”碼，則計(jì)數(shù)器的輸出端Q2輸出“1”，該狀態(tài)一方面反饋至計(jì)數(shù)器清零控制端通過和信息序列進(jìn)行或非運(yùn)算使計(jì)數(shù)器清零，另一方面作為四連“0”檢測信號輸出到后續(xù)的“V”碼產(chǎn)生器。圖3-2四連“0”檢測電路原理框圖3.1.2“V”碼產(chǎn)生器“V”碼產(chǎn)生器由一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成，原理圖如圖3-3所示。當(dāng)輸入的四連“0”檢測信號跳變?yōu)椤?”時(shí)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生一個(gè)寬度和碼元寬度相同的脈沖信號。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出一方面是“V”碼序列，另一方面輸入到后續(xù)的“

27、B”碼產(chǎn)生器。圖3-3“V”碼產(chǎn)生電路原理框圖3.1.3“B”碼產(chǎn)生器由HDB3編碼規(guī)則可知，四連“0”的取代節(jié)可能是“000V”，也可能是“B00V”，具體用哪個(gè)取代節(jié)去代替，要看它之前的取代節(jié)后的“1”碼的個(gè)數(shù)，當(dāng)“1”碼個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，用“B00V”代替，當(dāng)“1”碼個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，則用“000V”代替。之前已經(jīng)生成了“V”碼序列，“B”碼序列的生成只需選擇性的輸出“V”碼脈沖：當(dāng)取代節(jié)不需要“B”碼時(shí)，選擇輸出“0”，需要時(shí)選擇輸出“V”碼脈沖，就可得到“B”碼序列。因此，“B”碼產(chǎn)生器中計(jì)數(shù)器的作用就是對每個(gè)取代節(jié)后的“1”碼個(gè)數(shù)的奇偶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為數(shù)據(jù)選擇器的控制信號?！癇”碼產(chǎn)

28、生器電路原理圖如圖3-4所示。圖3-4“B”碼產(chǎn)生電路原理框圖信息序列為單極性不歸零碼，要統(tǒng)計(jì)輸入信息中“1”個(gè)數(shù)，需要先將單極性不歸零碼變換為單極性歸零碼，作為時(shí)鐘信號輸入。數(shù)據(jù)選擇器的兩路數(shù)據(jù)分別為“V”碼序列和“0”電平。計(jì)數(shù)器的輸出Q0，即計(jì)數(shù)器的最低位，具有奇偶判別功能，用Q0的輸出信號控制數(shù)據(jù)選擇器，當(dāng)“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)Q0輸出“1”，數(shù)據(jù)選擇器輸出“V”碼序列；當(dāng)“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)Q0輸出為“0”，數(shù)據(jù)選擇器輸出“0”電平。時(shí)延后的“V”碼序列每輸入一個(gè)“1”，計(jì)數(shù)器清零。3.1.4AMI編碼器圖3-5AMI碼編碼電路原理框圖AMI碼的編碼方法是：將輸入編碼器的二進(jìn)制信息符號

29、“0”編為AMI碼的“0”符號；將二進(jìn)制信息符號“1”編為交替出現(xiàn)的“+1”和“-1”AMI碼。AMI碼編碼器電路原理圖如圖3-5所示。單極性歸零符號序列一方面作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號，統(tǒng)計(jì)輸入序列中符號“1”的個(gè)數(shù)，另一方面控制兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生脈沖，這兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的脈沖電平分別為“+1”和“-1”，實(shí)現(xiàn)了單極性到雙極性的變換，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的脈沖寬度為信息序列碼元寬度的一半，實(shí)現(xiàn)了不歸零碼到歸零碼的碼型轉(zhuǎn)換。計(jì)數(shù)器的輸出Q0控制數(shù)據(jù)選擇器。當(dāng)Q0為“1”時(shí)，輸入的信息序列中，當(dāng)前輸入的符號“1”為第奇數(shù)個(gè)，數(shù)據(jù)選擇器輸出“+1”； 當(dāng)Q0為“1”時(shí)，輸入的信息序列中，當(dāng)前輸入的符號“1”為

30、第偶數(shù)個(gè)，數(shù)據(jù)選擇器輸出“-1”。默認(rèn)輸入信息序列的前一個(gè)非零符號編碼為“-1”。3.2譯碼器設(shè)計(jì)方案HDB3碼的譯碼規(guī)則比較簡單。首先，接收端將“+1000+1”、“-1000-1”、“+100+1”和“-100-1”這四種特殊序列依次恢復(fù)為“+10000”、“-10000”、“0000”和“0000”；然后將+1、-1均恢復(fù)為1即可。譯碼部分主要由組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)，原理圖如圖3-6所示。圖3-6HDB3碼譯碼器原理框圖先將HDB3碼按“+1”和“-1”分為兩路單極性信號。當(dāng)+1分路（-1分路）信號檢測出“10001”或“1001”，同時(shí)-1分路（+1分路）信號檢測出“0000”時(shí)，則可確定

31、檢測到特殊序列，或門輸出變?yōu)?，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生寬度為四個(gè)碼元寬度的脈沖，傳號用“0”表示，空號用“1”表示。分析時(shí)序可知，或門輸出變?yōu)?之前緊鄰的四個(gè)碼元正是編碼序列中特殊序列需要譯碼為0的符號，HDB3碼經(jīng)過全波整流、時(shí)延四個(gè)碼元的處理后與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出序列做乘運(yùn)算，即可恢復(fù)不歸零二進(jìn)制序列。由于兩路的檢測過程完全相同，下面就其一路信號給出“10001”、“1001”和“0000”檢測門電路的邏輯表達(dá)式，記五位移位寄存器的輸出分別為A、B、C、D、E。記“10001”檢測器的輸出為F1，則（3-1）記“1001”檢測器的輸出為F2，則 （3-2）記“0000”檢測器的輸出為F3，則 （

32、3-3）特殊序列檢測完畢后，還需對這對六路檢測結(jié)果進(jìn)行組合邏輯運(yùn)算，作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入信號，記該信號為F4。同時(shí)記+1分路的檢測結(jié)果為F1up、F2up、F3up，-1分路的檢測結(jié)果為F1down，F(xiàn)2down，F(xiàn)3down以示區(qū)別，則 （3-4）4仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析本章將根據(jù)前述原理和設(shè)計(jì)思路，給出利用SystemView仿真系統(tǒng)構(gòu)建的系統(tǒng)電路圖、和各關(guān)鍵點(diǎn)的仿真波形圖，并對波形進(jìn)行深入分析。同時(shí)，為了便于理解整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)序邏輯，還將給出一些重要參數(shù)的設(shè)置。仿真時(shí)設(shè)置二進(jìn)制信息速率為1000bps。系統(tǒng)的時(shí)間設(shè)置：采樣頻率為100000Hz，采樣點(diǎn)數(shù)為10000。系統(tǒng)電路圖如圖4-1所示

33、。圖4-1HDB3碼編譯碼系統(tǒng)仿真電路圖下面就編碼和譯碼兩個(gè)大模塊給出詳細(xì)分析。4.1編碼器部分編碼器電路基于SystemView仿真系統(tǒng)構(gòu)建編碼器電路圖如圖4-2所示。仿真過程中的關(guān)鍵圖符參數(shù)設(shè)置如表4-1所列。圖4-2編碼器仿真電路圖表4-1HDB3碼編碼仿真關(guān)鍵圖符參數(shù)圖符編號庫/圖符名稱參數(shù)設(shè)置3Source：PN SeqAmp=0.5V，Offset=0.5V，F(xiàn)req=1000Hz1、15、34、43、52Source：Step FctAmp=1V10、18、39、49Source：Pulse TrainAmp=1V，F(xiàn)req=1000Hz，Pulse Width=0.0005s9

34、Logic：NORThreshold=0.5V，True Output=1V0、31、42、51Logic：Cntr-4Threshold=0.5V，True Output=1V13Logic：One-ShotThreshold=0.5V，Pulse Width=0.001s，True Output=1V46、55Logic：One-ShotThreshold=0.5V，Pulse Width=0.0005s，True Output=-1V45、54Logic：One-ShotThreshold=0.5V，Pulse Width=0.0005s，True Output=1V19、40、50Op

35、erator：AndThreshold=0.5V，True Output=1V30Operator：DaleyDaley Type：InterpolatingDaley=0.004s35Operator：DaleyDaley Type：InterpolatingDaley=0.001s（可在0.001至0.003之間任意取值）59Operator：DaleyDaley Type：InterpolatingDaley=0.003s21、47、56Logic：SPDTCtrl Thresh=0.5V4.1.2編碼器仿真波形及分析圖4-3信息序列波形由圖4-3可以得到信息序列波形對應(yīng)的二進(jìn)制序列是：

36、01100 00011 01010 00010 10101 10010 01010 01000 01110 0000110000 10000 00001 11100 10111 01111 11010 10110 10000 11100本章的仿真分析都是基于該信息序列給出的，后續(xù)提及信息序列均指該序列，為避免重復(fù)，將不再列出該二進(jìn)制序列串。時(shí)鐘信號波形如圖4-4所示，作為波形參照。隨后，將按仿真執(zhí)行順序給出關(guān)鍵點(diǎn)的波形及對應(yīng)的二進(jìn)制序列串（便于對照），并對波形（對應(yīng)的二進(jìn)制序列）做詳細(xì)分析。圖4-4時(shí)鐘信號波形圖4-5“V”碼序列波形由圖4-5可知，“V”碼序列波形對應(yīng)的二進(jìn)制序列是：0000

37、0 00100 00000 00010 00000 00000 00000 00000 01000 0001000000 10000 10001 00000 00000 00000 00000 00000 00000 10000圖4-6“B”碼序列波形由圖4-6可知，“B”碼序列波形對應(yīng)的二進(jìn)制序列是：00000 00100 00000 00010 00000 00000 00000 00000 00000 0000000000 10000 00001 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000由圖4-3和圖4-5可見，每從信息序列中檢測出四個(gè)連“0”，

38、在第四個(gè)“0”碼結(jié)束時(shí)產(chǎn)生一個(gè)和碼元寬度相同的“V”碼脈沖。統(tǒng)計(jì)每個(gè)“V”碼脈沖之間信息序列中“1”的個(gè)數(shù)：第一個(gè)“V”碼之前有2個(gè)“1”，第一個(gè)“V”碼和第二個(gè)“V”碼之間有4個(gè)“1”，第二個(gè)“V”碼和第三個(gè)“V”碼之間有9個(gè)“1”，第三個(gè)“V”碼和第四個(gè)“V”碼之間有3個(gè)“1”，第四個(gè)“V”碼和第五個(gè)“V”碼之間有2個(gè)“1”，第五個(gè)“V”碼和第六個(gè)“V”碼之間有1個(gè)“1”，第六個(gè)“V”碼和第七個(gè)“V”碼之間有0個(gè)“1”，第七個(gè)“V”碼和第八個(gè)“V”碼之間有19個(gè)“1”。根據(jù)編碼規(guī)則，第一、二、五、七個(gè)特殊序列的“V”碼均有“B”碼與之對應(yīng)，而第三、四、六、八個(gè)特殊序列只有“V”碼，檢查圖4

39、-6所示的“B”碼序列，可知“V”碼和“B”碼的產(chǎn)生都符合編碼規(guī)則。因?yàn)镠DB3碼四連“0”檢測時(shí)相鄰碼元的關(guān)聯(lián)性，對于信息序列而言，“V”碼序列有一個(gè)碼元的時(shí)延，“B”碼序列有四個(gè)碼元的時(shí)延。為使信息序列、“V”碼序列和“B”碼序列同步，需要給信息序列加四個(gè)碼元的時(shí)延，給“V”碼序列加三個(gè)碼元的時(shí)延。所以最后的編碼結(jié)果將會有四個(gè)碼元的時(shí)延。圖4-7信息時(shí)延四個(gè)碼元與“B”碼合路序列波形由圖4-7可知，信息序列時(shí)延四個(gè)碼元與“B”碼序列合路波形對應(yīng)的二進(jìn)制序列是：00000 11100 00110 10110 00101 01011 00100 10100 10000 1110000011 1

40、0001 00001 00011 11001 01110 11111 10101 01101 00001圖4-8信息時(shí)延四個(gè)碼元與“B”碼合路序列AMI碼編碼波形由圖4-8可知，信息時(shí)延四個(gè)碼元與“B”碼合路序列的AMI編碼波形（采用雙極性歸零碼型）對應(yīng)的序列是：00000+1-1+10000-1+10-10+1-1000+10-10+10-1+100-100+10-100+10000-1+1-100000+1-1+1000-10000+1000-1+1-1+100-10+1-1+10-1+1-1+1-1+10-10+10-1+10-10000+1容易驗(yàn)證，信息序列時(shí)延四個(gè)碼元后與“B”碼序列

41、合路后序列的AMI碼編碼序列中，“0”碼未變，“1”碼交替編為“+1”、“-1”。根據(jù)AMI碼的編碼規(guī)則，編碼正確。對“V”序列進(jìn)行AMI編碼的過程與此相同，在此不做單獨(dú)分析。需要說明的是，信息序列時(shí)延四個(gè)碼元后與“B”碼序列合路后序列和“V”碼序列在進(jìn)行AMI碼編碼時(shí)都默認(rèn)第一個(gè)傳號編碼為“+1”，以保證后續(xù)合路的正確性。圖4-9時(shí)延四個(gè)碼元的信息序列波形由圖4-9可知，時(shí)延四個(gè)碼元的信息序列波形對應(yīng)的二進(jìn)制序列是：00000 11000 00110 10100 00101 01011 00100 10100 10000 1110000011 00001 00000 00011 11001

42、01110 11111 10101 01101 00001圖4-10HDB3碼編碼輸出序列波形（雙極性歸零碼）由圖4-10可知，HDB3碼編碼序列波形對應(yīng)的序列是：00000+1-1+100+10-1+10-10+1-100-1+10-10+10-1+100-100+10-100+1000+1-1+1-1000-10+1-1+100+1-1000-1+100+1-1+1-1+100-10+1-1+10-1+1-1+1-1+10-10+10-1+10-1000-1+1檢查HDB3碼編碼的正確性時(shí)可從以下兩點(diǎn)考慮：（1）檢查“V”符號。是否每四個(gè)連“0”串的第四個(gè)“0”換成“V”符號；“V”符號的

43、極性是否與前一非0符號同極性；相鄰“V”符號的極性應(yīng)符合交替反轉(zhuǎn)規(guī)律。（2）將已編HDB3碼中的“V”符號暫時(shí)取下，然后觀察剩下碼字（含“B”符號）是否符合正負(fù)極性交替規(guī)律。根據(jù)這兩點(diǎn)，觀察仿真圖并分析波形所表示出的信息序列與HDB3碼可知，仿真輸出的HDB3碼符合編碼規(guī)則。從時(shí)域波形圖來看，HDB3編碼采用的雙極性歸零碼本身攜帶有定時(shí)信息，在接受端很容易提取時(shí)鐘信號；而信源采用的單極性不歸零碼不存在這一優(yōu)勢。從頻譜來看，單極性不歸零碼的頻譜，主瓣寬度等于二進(jìn)制碼流的比特速率（記作Rb），存在直流分量和低頻分量，不適合長距離傳輸；雙極性歸零的HDB3碼由于相鄰碼元之間引入了相關(guān)性，改善了頻譜結(jié)

44、構(gòu)，但主瓣寬度仍為Rb，無直流分量，少低頻分量，適合長距離傳輸。兩種碼型的頻譜圖如下所示。圖4-11單極性不歸零的信源序列的頻譜圖圖4-12雙極性歸零的HDB3碼的頻譜圖總而言之，HDB3碼編碼采用雙極性歸零碼型，不但消除了直流分量，而且為接收端從時(shí)域提取定時(shí)信號提供的方便，具有很好的實(shí)用價(jià)值。4.2譯碼器部分譯碼器電路基于SystemView仿真系統(tǒng)構(gòu)建譯碼器電路圖如圖4-12所示。仿真過程中的關(guān)鍵圖符參數(shù)設(shè)置如表4-2所示。圖4-12譯碼器仿真電路圖表4-2HDB3碼譯碼仿真關(guān)鍵圖符參數(shù)圖符編號庫/圖符名稱參數(shù)設(shè)置69、73、109、131Source：Step FctAmp=1V74、1

45、10Source：Pulse TrainAmp=1V，F(xiàn)req=1000Hz，Pulse Width=0.0005s65、71Operator：CompareSelect Comparison：ab，True Output=1V62Logic：One-ShotThreshold=0.5V，Pulse Width=0.001s，True Output=1V63Logic：One-ShotThreshold=0.5V，Pulse Width=0.001s，True Output=-1V130Logic：One-ShotThreshold=0.5V，Pulse Width=0.004s，True O

46、utput=1V72、108Logic：Shft-8inThreshold=0.5V，True Output=1V75、78、84、86、111、114、116、118、125、126、133Logic：ANDThreshold=0.5V，True Output=1V76、89、112、120、123、124、127Logic：ORThreshold=0.5V，True Output=1V77、79、113、121Logic：NORThreshold=0.5V，True Output=1V85、117Logic：InvertThreshold=0.5V，True Output=1V132Ope

47、rator：DaleyDaley Type：InterpolatingDaley=0.004s135Funtion：Rectify136MetaSys3Source：PN SeqAmp=0.5V，Offset=0.5V，F(xiàn)req=1000Hz譯碼器仿真波形及分析按照第三章闡述的設(shè)計(jì)思路，譯碼前先要將HDB3碼序列按照“+1”和“-1”分為兩路，然后分別進(jìn)行“10001”、“1001”和“0000”這三個(gè)序列的檢測。HDB3碼編碼波形參見上節(jié)，此處不再給出。+1序列分路和-1序列分路的波形圖分別如圖4-13和圖4-14。圖4-13+1序列分路波形由圖4-13可知，+1分路序列波形對應(yīng)的二進(jìn)制序列

48、是：00000 10100 10010 00100 00100 01001 00000 10000 10001 0100000010 10010 00001 00101 01000 01010 01010 10001 00100 00001圖4-14-1序列分路波形由圖4-14可知，-1分路序列波形對應(yīng)的二進(jìn)制序列是：00000 01000 00100 10010 01001 00010 00100 00100 00000 1010001001 00001 00010 00010 10001 00100 10101 00100 01001 00010由第三章的敘述和公式3-4可知，譯碼時(shí)，要確

49、定一個(gè)四連“0”序列，需要滿足下列情況之一：（1）+1分路檢測到“10001”或“1001”，同時(shí)-1分路檢測到“0000”；（2）-1分路檢測到“10001”或“1001”，同時(shí)+1分路檢測到“0000”。下面就情況（1）給出分析。首先給出情況（1）所涉及的三路檢測信號波形：圖4-15+1分路“10001”檢測序列由圖4-15可知，+1分路“10001”檢測波形對應(yīng)的二進(jìn)制序列是：00000 00000 00000 00010 00000 00100 00000 00000 00000 1000000000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000

50、10000 00000由圖4-16可知，+1分路“1001”檢測波形對應(yīng)的二進(jìn)制序列是：00000 00000 01001 00000 00000 00000 10000 00000 00000 0000000000 00001 00000 00010 00000 00000 00100 00000 00010 00000圖4-16+1分路“1001”檢測序列圖4-17-1分路“0000”檢測序列由圖4-17可知，-1分路“0000”檢測波形對應(yīng)的二進(jìn)制序列是：11111 11000 01100 00000 00000 00000 00000 00100 00111 1000000000 00

51、001 00000 00010 00000 00000 00000 00000 00000 00000+1分路檢測到“10001”或“1001”，同時(shí)-1分路檢測到“0000”時(shí)，三路信息的組合邏輯為真，隨即同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與碼元寬度相同的檢測脈沖，表示+1分路檢測到的“10001”或“1001”正是一個(gè)代表四連“0”串的特殊序列。情況（2）的檢測過程、四連“0”串確定情況（1）完全相同，在此不做贅述。為便于驗(yàn)證四連“0”檢測脈沖輸出的正確性，只給出情況（2）所涉及的三路檢測信號波形及其對應(yīng)的二進(jìn)制序列串：圖4-18-1分路“10001”檢測序列由圖4-18可知，-1分路“10001”檢測波形對應(yīng)

52、的二進(jìn)制序列是：00000 00000 00000 00000 00000 00001 00010 00000 00000 0000000100 00000 00001 00000 00000 10000 00000 00000 00100 00001圖4-19-1分路“1001”檢測序列由圖4-19可知，-1分路“1001”檢測波形對應(yīng)的二進(jìn)制序列是：00000 00000 00000 01001 00100 10000 00000 00000 00000 0000000000 10000 00000 00000 00000 00010 01000 00010 00000 10000圖4-20+1分路“0000”檢測序列由圖4-20可知，+1分路“0000”檢測波形對應(yīng)的二進(jìn)制序列是：11111 10000 00000 00000 00100 00000 00001 10000 10000 0000001110 00000 00011 00000 00000 01000 00000 00000 00000 00111在任意時(shí)刻，情況（1）和情況（2）只可能有一種發(fā)生，綜合兩種情況得到四連“0”檢測脈沖序列，如圖4-20所示：圖4-20四連“0”檢測序列波形由圖4-20可知