通信原理課程設(shè)計(jì)：基于Matlab的3B4B編碼與譯碼的設(shè)計(jì)與仿真

1、 課程設(shè)計(jì)I(數(shù)據(jù)通信原理) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題目：3B4B編碼與譯碼的設(shè)計(jì)與仿真學(xué)生姓名 樊佳佳 學(xué) 號(hào) 1318064017 班 級(jí) 網(wǎng)絡(luò)工程1301班 成 績(jī) 指導(dǎo)教師 賈偉 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院2015年 9 月 12 日 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)20152016學(xué)年第 1 學(xué)期課程設(shè)計(jì)名稱： 課程設(shè)計(jì)I(數(shù)據(jù)通信原理) 課程設(shè)計(jì)題目： 3B4B編碼與譯碼的設(shè)計(jì)與仿真 完 成 期 限：自 2015 年 8 月 11 日至 2015 年 9 月 11 日共 2 周設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一種數(shù)字基帶傳輸中的一種編譯碼系統(tǒng)（HDB3、AMI、CMI、2B1Q、3B4B、曼切斯特、差分曼切斯特等選取一種）。使用Ma

2、tlab/Simulink仿真軟件，設(shè)計(jì)所選擇的基帶傳輸?shù)木幋a和譯碼系統(tǒng)。系統(tǒng)能根據(jù)隨機(jī)信源輸入的二進(jìn)制信息序列給出對(duì)應(yīng)的編碼及譯碼結(jié)果，并以圖形化的方式顯示出波形，能觀察各分系統(tǒng)的各級(jí)波形。指導(dǎo)教師： 教研室負(fù)責(zé)人：課程設(shè)計(jì)評(píng)閱評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日摘要設(shè)計(jì)一個(gè)碼元信息傳遞系統(tǒng)，包括編碼和譯碼兩部分，這個(gè)系統(tǒng)可以高效地傳遞信息。該系統(tǒng)是基于matlab/simulik實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)碼元由3bit一組到4bit一組的轉(zhuǎn)換,提高信息的傳輸效率。關(guān)鍵詞： 3B4B ; 編碼器; 譯碼器目 錄目 錄31.課題描述42.3B4B碼編譯碼模塊設(shè)計(jì)52.1 3B4B碼編譯碼原理52

3、.2 3B4B編碼器原理及框圖62.3 3B4B譯碼器原理及框圖72.4 編譯碼程序圖73.3B4B編譯碼程序圖的參數(shù)設(shè)置及其仿真結(jié)103.1仿真系統(tǒng)中模塊參數(shù)設(shè)置和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果104.總結(jié)135.參考文獻(xiàn)141.課題描述設(shè)計(jì)一種數(shù)字基帶傳輸中的一種編譯碼系統(tǒng)（HDB3、AMI、CMI、2B1Q、3B4B、曼切斯特、差分曼切斯特等選取一種）。使用Matlab/Simulink仿真軟件，設(shè)計(jì)所選擇的基帶傳輸?shù)木幋a和譯碼系統(tǒng)。系統(tǒng)能根據(jù)隨機(jī)信源輸入的二進(jìn)制信息序列給出對(duì)應(yīng)的編碼及譯碼結(jié)果，并以圖形化的方式顯示出波形，能觀察各分系統(tǒng)的各級(jí)波形。最后根據(jù)課設(shè)的內(nèi)容和設(shè)計(jì)的結(jié)果，書(shū)寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（

4、按格式書(shū)寫）。說(shuō)明書(shū)中要求畫(huà)出整個(gè)系統(tǒng)框圖、各點(diǎn)波形，并說(shuō)明工作原理。在圖中表示出各點(diǎn)波形。系統(tǒng)能測(cè)試其各分系統(tǒng)波形的頻譜特性，在圖中表示出各點(diǎn)頻譜。根據(jù)通信原理，并分析說(shuō)明各個(gè)模塊的參數(shù)（例如碼速率，濾波器的截止頻率等）。 通過(guò)本次的實(shí)踐，要求學(xué)生完成以下任務(wù)：1）對(duì)課本知識(shí)的全面復(fù)習(xí)，了解基帶編碼與譯碼原理；2）對(duì)MATLAB仿真軟件的學(xué)習(xí)，能夠使用該工具進(jìn)行基帶編碼和譯碼的仿真驗(yàn)證；3）通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作，完成編碼與譯碼的設(shè)計(jì)，并用MATLAB軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證；4）課程設(shè)計(jì)的結(jié)果全面正確，功能模塊清晰分明；5）加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作精神，開(kāi)拓創(chuàng)新能力；6）文檔資料完整規(guī)范。2.3B4B碼編譯碼模塊設(shè)計(jì)2

5、.1 3B4B碼編譯碼原理 3B4B碼是在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)了解和掌握的一種線路碼型，并且根據(jù)3B4B的編碼特點(diǎn)和編碼原理，設(shè)計(jì)出符合畢業(yè)設(shè)計(jì)中各項(xiàng)指標(biāo)要求的編譯碼器。 在3B4B的線路碼型中，輸入的原始碼流3B碼，共有8個(gè)碼字，變換為4B碼時(shí)，共有16個(gè)碼字，見(jiàn)表2.1。為保證信息的完整傳輸，必須從4B碼的16個(gè)碼字中挑選8個(gè)碼字來(lái)代替3B碼。設(shè)計(jì)者應(yīng)該根據(jù)最佳線路碼特性的原則來(lái)選擇碼表。 大多數(shù)mBnB都采用兩種模式編碼，兩種模式交替使碼字中的不均值為零，這種編碼電路多采用可編碼只讀存儲(chǔ)器PROM查找表的方法實(shí)現(xiàn)。下面介紹一種3B4B碼，可用更為簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)，其編碼規(guī)則具體說(shuō)明如下：

6、先將輸入的數(shù)字信號(hào)每3b為一碼字，在同樣長(zhǎng)的時(shí)隔內(nèi)變換成4b一組的輸出碼字。（1） 變換后4b的一個(gè)碼字中，第1與第4比特位分別由變換前3b碼字中的第1與第3比特位取反而得到；（2） 變換前第1與第2比特位分別作為變換后的第2和第3比特位。其編碼情況如表1所示。從編碼表可以看出，這種編碼規(guī)則不僅簡(jiǎn)單，且具有以下2個(gè)突出的特點(diǎn)：（1） 編碼后每組碼字的前兩位都有極性翻轉(zhuǎn)，定時(shí)信息豐富，有利于譯碼電路中分組信號(hào)的提??；（2） 連“0”和連“1”的分組經(jīng)變換后都成為“0”，“1”均等的碼字，對(duì)抑制光接收機(jī)中的基線浮動(dòng)有利。 表13B 000 001 010 011 100 101 110 1114B

7、 1001 1000 1011 1010 0101 0100 0111 01102.2 3B4B編碼器原理及框圖 如圖4.1所示，圖中的串并變換和并串變換是移位寄存器。首先將設(shè)計(jì)好的碼表存入編碼邏輯(PROM)內(nèi)，待變換的信號(hào)碼輸入串并變換器后，在信號(hào)碼時(shí)鐘Cp1的作用下，數(shù)字信號(hào)在串并變換內(nèi)移位，變?yōu)?比特一組的碼，b1,b2,b3,并行輸出作為編碼邏輯(PROM)的地址碼，從而完成將原始碼流每3比特分成一組的分組過(guò)程。編碼邏輯(PROM)是集成元件構(gòu)成的邏輯網(wǎng)，根據(jù)需要及功能，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，采用的是PIC系列的單片機(jī)。它的功能是跟據(jù)碼表里的邏輯關(guān)系把信號(hào)碼組變換成線路碼組。在地址碼的作

8、用下，編碼邏輯(PROM)根據(jù)存儲(chǔ)的碼表輸出與地址對(duì)應(yīng)的并行4B碼，進(jìn)入并串變換器，在線路碼時(shí)鐘Cp2的作用下，移位而輸出已變換的4B碼流，完成編碼過(guò)程2.3 3B4B譯碼器原理及框圖光纖通信線路編/譯碼器的設(shè)計(jì) 如圖4.2所示，譯碼過(guò)程和編碼過(guò)程相反，譯碼器與編碼器基本相同。譯碼時(shí)，把送來(lái)的已變換4B信號(hào)碼流，每4比特并聯(lián)為一組，作為譯碼邏輯(PROM)地址，然后讀出3B碼，再經(jīng)過(guò)并串變換還原為原來(lái)的信號(hào)碼流2.4 編譯碼程序圖下圖1為3B4B碼的編碼圖和譯碼圖 圖1.3B4B碼的編碼譯碼圖編碼器程序圖： 圖2.編碼器譯碼器程序圖： 圖3.譯碼器編碼解析：如上圖所示，圖的前半部分為編碼程序圖

9、，該圖先將一串隨機(jī)01串，串轉(zhuǎn)并，轉(zhuǎn)化為3b一碼字，將其按下面規(guī)則處理：3B：1B ，2B，3B；4B：1b,2b,3b,4b; 1b=1B取反，2b=1B,3b=2B,4b=3B取反；處理過(guò)后產(chǎn)生4個(gè)數(shù)字的并行碼，再并轉(zhuǎn)串，最后在顯示器上，顯示原數(shù)據(jù)串和轉(zhuǎn)化為4B的數(shù)據(jù)串，比較其中的區(qū)別。譯碼解析： 將得到的4B數(shù)據(jù)串串轉(zhuǎn)并處理，傳化為4b一碼字，再按照以下規(guī)則處理：1B=2b,2B=3b,3B=4b取反；經(jīng)過(guò)程序處理后得到3個(gè)數(shù)字的并行碼，再并轉(zhuǎn)串，將得到的數(shù)據(jù)串和原始數(shù)據(jù)串顯示在顯示器上，忽略時(shí)間延遲，兩個(gè)數(shù)據(jù)串的波形圖應(yīng)是相同的。 3.3B4B編譯碼程序圖的參數(shù)設(shè)置及其仿真結(jié)3.1仿真

10、系統(tǒng)中模塊參數(shù)設(shè)置和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖以下為程序中重要物理模塊的參數(shù)設(shè)置圖： 當(dāng)出現(xiàn)0的概率為0的效果圖 圖3.1 編碼圖 圖3.2譯碼圖當(dāng)出現(xiàn)0的概率為1時(shí)的效果圖如下 圖3.3編碼圖 圖3.4譯碼圖當(dāng)出現(xiàn)0的概率為0.5時(shí)的效果圖如下 圖3.5 編碼圖 圖3.6 譯碼圖4.總結(jié)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明這種3B4B編譯碼器原理是可行的，但編碼后碼速提高約為13%,因此，對(duì)于高速信號(hào)進(jìn)行這種編譯碼必然會(huì)受到一般器件速度的約束。有兩個(gè)方案可以解決這個(gè)問(wèn)題，一方面上述的3B4B編譯碼器原路可以用于5B6B、7B8B等類似的mBnB編碼，選取較大的m、n值，就可降低編碼后的碼速提高率。另一方面，可以將上述的編譯器電路固化在一片集成電路中，不僅可以滿足高速信號(hào)的要求，同時(shí)也減小了系統(tǒng)的規(guī)模。當(dāng)然在具體設(shè)計(jì)時(shí)，需要一定的方法及技巧，目前我們正在進(jìn)行這方面的探索和研究。通過(guò)