AMI和HDB3碼型變換試驗(yàn)

1、AMI/HDB3碼型變換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私舛M(jìn)制單極性碼變換為AMI/HDB3碼的編碼規(guī)則；熟悉HDB3碼的基本特征；熟悉HDB3碼的編譯碼器工作原理和實(shí)現(xiàn)方法；根據(jù)測(cè)量和分析結(jié)果，畫出電路關(guān)鍵部位的波形；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容AMI碼編碼規(guī)則驗(yàn)證AMI碼譯碼和時(shí)延測(cè)量AMI編碼信號(hào)中同步時(shí)鐘分量定性觀測(cè)AMI譯碼位定時(shí)恢復(fù)測(cè)量HDB3碼變換規(guī)則驗(yàn)證HDB3碼譯碼和時(shí)延測(cè)量HDB3編碼信號(hào)中同步時(shí)鐘分量定性觀測(cè)HDB3譯碼位定時(shí)恢復(fù)測(cè)量三、實(shí)驗(yàn)儀器1JH5001通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 一臺(tái)220MHz雙蹤示波器 一臺(tái)四、原理與電路AMI碼的全稱是傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼。這是一種將消息代碼0（空號(hào)）和1（傳號(hào)）按

2、如下規(guī)則進(jìn)行編碼的碼：代碼的0仍變換為傳輸碼的0，而把代碼中的1交替地變換為傳輸碼的+1、1、+1、1由于AMI碼的傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)，故由它決定的基帶信號(hào)將出現(xiàn)正負(fù)脈沖交替，而0電位保持不變的規(guī)律。由此看出，這種基帶信號(hào)無(wú)直流成分，且只有很小的低頻成分，因而它特別適宜在不允許這些成分通過(guò)的信道中傳輸。由AMI碼的編碼規(guī)則看出，它已從一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)序列變成了一個(gè)三進(jìn)制符號(hào)序列，即把一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)變換成一個(gè)三進(jìn)制符號(hào)。把一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)變換成一個(gè)三進(jìn)制符號(hào)所構(gòu)成的碼稱為1B/1T碼型。 AMI碼除有上述特點(diǎn)外，還有編譯碼電路簡(jiǎn)單及便于觀察誤碼情況等優(yōu)點(diǎn)，它是一種基本的線路碼，并得到廣泛采用。但是，AMI

3、碼有一個(gè)重要缺點(diǎn)，即接收端從該信號(hào)中來(lái)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。為了保持AMI碼的優(yōu)點(diǎn)而克服其缺點(diǎn)，人們提出了許多種類的改進(jìn)AMI碼，HDB3碼就是其中有代表性的一種。HDB3碼的全稱是三階高密度雙極性碼。它的編碼原理是這樣的：先把消息代碼變換成AMI碼，然后去檢查AMI碼的連0串情況，當(dāng)沒(méi)有4個(gè)以上連0串時(shí)，則這時(shí)的AMI碼就是HDB3碼；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變換成與其前一非0符號(hào)（1或1）同極性的符號(hào)。顯然，這樣做可能破壞“極性交替反轉(zhuǎn)”的規(guī)律。這個(gè)符號(hào)就稱為破壞符號(hào)，用V符號(hào)表示（即+1記為+V, 記為V）。為

4、使附加V符號(hào)后的序列不破壞“極性交替反轉(zhuǎn)”造成的無(wú)直流特性，還必須保證相鄰V符號(hào)也應(yīng)極性交替。這一點(diǎn)，當(dāng)相鄰符號(hào)之間有奇數(shù)個(gè)非符號(hào)時(shí)，則是能得到保證的；當(dāng)有偶數(shù)個(gè)非0符號(hào)時(shí)，則就得不到保證，這時(shí)再將該小段的第1個(gè)0變換成+B或B符號(hào)的極性與前一非0符號(hào)的相反，并讓后面的非0符號(hào)從V符號(hào)開(kāi)始再交替變化。 雖然HDB3碼的編碼規(guī)則比較復(fù)雜，但譯碼卻比較簡(jiǎn)單。從上述原理看出，每一個(gè)破壞符號(hào)V總是與前一非0符號(hào)同極性（包括B在內(nèi)）。這就是說(shuō)，從收到的符號(hào)序列中可以容易地找到破壞點(diǎn)V于是也斷定V符號(hào)及其前面的3個(gè)符號(hào)必是連0符號(hào)，從而恢復(fù)4個(gè)連0碼，再將所有1變成+1后便得到原消息代碼。HDB3碼是CC

5、ITT推薦使用的線路編碼之一。HDB3碼的特點(diǎn)是明顯的，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)，這對(duì)于定時(shí)信號(hào)的恢復(fù)是十分有利的。AMI/HDB3頻譜示意圖參見(jiàn)圖1。在通信原理綜合試驗(yàn)箱中，采用了CD22103專用芯片（UD01）實(shí)現(xiàn)AMIHDB3的編譯碼實(shí)驗(yàn)，在該電路模塊中，沒(méi)有采用復(fù)雜的線圈耦合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)HDB3碼字的轉(zhuǎn)換，而是采用運(yùn)算放大器（UD02）完成對(duì)AMI/HDB3輸出進(jìn)行電平變換。變換輸出為雙極性碼或單極性碼。由于AMI/HDB3為歸零碼，含有豐富的時(shí)鐘分量，因此輸出數(shù)據(jù)直接送到位同步提取鎖相環(huán)（PLL）提取接收時(shí)鐘。AMI/HDB3編譯碼系統(tǒng)組成框

6、圖見(jiàn)圖2。接收時(shí)鐘的鎖相環(huán)（PLL）提取電路框圖見(jiàn)第二章模擬鎖相環(huán)一節(jié)的圖2。AMI/HDB3編譯碼系統(tǒng)組成電原理圖見(jiàn)圖2。輸入的碼流進(jìn)入U(xiǎn)D01的1腳，在2腳時(shí)鐘信號(hào)的推動(dòng)下輸入U(xiǎn)D01的編碼單元，HDB3與AMI由跳線開(kāi)關(guān)KD03選擇。編碼之后的結(jié)果在UD01的14（TPD03）、15（TPD04）腳輸出。輸出信號(hào)在電路上直接返回到UD01的11、13腳，由UD01內(nèi)部譯碼單元進(jìn)行譯碼。通常譯碼之后TPD07與TPD01的波形應(yīng)一致，但由于當(dāng)前的輸出HDB3碼字可能與前4個(gè)碼字有關(guān)，因而HDB3的編譯碼時(shí)延較大。運(yùn)算放大器UD02A構(gòu)成一個(gè)差分放大器，用來(lái)將線路輸出的HDB3碼變換為雙極性

7、碼輸出（TPD05）。運(yùn)算放大器UD02B構(gòu)成一個(gè)相加器，用來(lái)將線路輸出的HDB3碼變換為單極性碼輸出（TPD08）。跳線開(kāi)關(guān)KD01用于輸入編碼信號(hào)選擇：當(dāng)KD01設(shè)置在Dt位置時(shí)（左端），輸入編碼信號(hào)來(lái)自復(fù)接模塊的TDM幀信號(hào)；當(dāng)KD01設(shè)置在M位置時(shí)（右端），輸入編碼信號(hào)來(lái)自本地的m序列，用于編碼信號(hào)觀測(cè)。本地的m序列格式受CMI編碼模塊跳線開(kāi)關(guān)KX02控制：KX02設(shè)置在1_2位置（左端），為15位周期m_3位置（右端），為7位周期m序列（1110010）。跳線開(kāi)關(guān)KD02用于選擇將雙極性碼或單極性碼送到位同步提取鎖相環(huán)提取收時(shí)鐘：當(dāng)KD02設(shè)置在1_2位置（左端），輸出為雙極性碼；當(dāng)

8、KD02設(shè)置2_3位置（右端），輸出為單極性碼。跳線開(kāi)關(guān)KD03用于AMI或HDB3方式選擇：當(dāng)KD03設(shè)置在HDB3狀態(tài)時(shí)（左端）UD01完成HDB3編譯碼系統(tǒng)；當(dāng)KD03設(shè)置在AMI狀態(tài)時(shí)（右端），UD01完成AMI編譯碼系統(tǒng)。，該模塊內(nèi)各測(cè)試點(diǎn)的安排如下：1、 TPD01：編碼輸入數(shù)據(jù)（256Kbps）2、 TPD02：256KHz編碼輸入時(shí)鐘（256KHz）3、 TPD03：HDB3輸出+4、 TPD04：HDB3輸出5、 TPD05：HDB3輸出（雙極性碼）6、 TPD06：譯碼輸入時(shí)鐘（256Kbps）7、 TPD07：譯碼輸出數(shù)據(jù)（256Kbps）8、 TPD08： HDB3輸出

9、（單極性碼）五、實(shí)驗(yàn)步驟1. AMI碼編碼規(guī)則驗(yàn)證（1） 首先將輸入信號(hào)選擇跳線開(kāi)關(guān)KD01設(shè)置在M位置（右端）、單/雙極性碼輸出選擇 開(kāi)關(guān)設(shè)置KD02設(shè)置在2_3位置（右端）、AMI/HDB3編碼開(kāi)關(guān)KD03設(shè)置在AMI位置（右端），使該模塊工作在AMI碼方式。將CMI編碼模塊內(nèi)的M序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KX02設(shè)置在2_3位置（右端），產(chǎn)生7位周期m序列。用示波器同時(shí)觀測(cè)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(cè)時(shí)用TPD01同步。分析觀測(cè)輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)關(guān)系是否滿足AMI編碼關(guān)系，畫下一個(gè)M序列周期的測(cè)試波形。（2） 將CMI編碼模塊內(nèi)

10、的M序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KX02設(shè)置在1_2位置（左端），產(chǎn)生15位周期m序列。重復(fù)上述測(cè)試步驟，記錄測(cè)試結(jié)果。（3） 將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開(kāi)關(guān)KD01拔除，將示波器探頭從TPD01測(cè)試點(diǎn)移去，使輸入數(shù)據(jù)端口懸空產(chǎn)生全1碼。重復(fù)上述測(cè)試步驟，記錄測(cè)試結(jié)果。（4） 將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開(kāi)關(guān)KD01拔除，用一短路線一端接地，另一端十分小心地插入測(cè)試孔TPD01，使輸入數(shù)據(jù)為全0碼（或采用將示波器探頭接入TPD01測(cè)試點(diǎn)上，使數(shù)據(jù)端口不懸空，則輸入數(shù)據(jù)亦為全0碼）。重復(fù)上述測(cè)試步驟，記錄測(cè)試結(jié)果。2. AMI碼譯碼和時(shí)延測(cè)量（1） 將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開(kāi)關(guān)KD01設(shè)置在M位置（右端）；將CMI編碼模塊內(nèi)的

11、M序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KX02設(shè)置在1_2位置（左端），產(chǎn)生15位周期m序列；將鎖相環(huán)模塊內(nèi)輸入信號(hào)選擇跳線開(kāi)關(guān)KP02設(shè)置在HDB3位置（左端）。用示波器同時(shí)觀測(cè)輸入數(shù)據(jù)TPD01和AMI譯碼輸出數(shù)據(jù)TPD07波形，觀測(cè)時(shí)用TPD01同步。觀測(cè)AMI譯碼輸出數(shù)據(jù)是否滿正確，畫下測(cè)試波形。問(wèn)：AMI編碼和譯碼的數(shù)據(jù)時(shí)延是多少？（2） 將CMI編碼模塊內(nèi)的M序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KX02設(shè)置在2_3位置（右端），產(chǎn)生7位周期m序列。重復(fù)上譯步驟測(cè)量，記錄測(cè)試結(jié)果。問(wèn)：此時(shí)AMI編碼和譯碼的數(shù)據(jù)時(shí)延是多少？思考：數(shù)據(jù)延時(shí)量測(cè)量因考慮到什么因素？3 AMI編碼信號(hào)中同步時(shí)鐘分量定性觀測(cè)（1） 將輸入數(shù)

12、據(jù)選擇跳線開(kāi)關(guān)KD01設(shè)置在M位置（右端），將CMI編碼模塊內(nèi)的M 序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KX02設(shè)置在1_2位置，產(chǎn)生15位周期m序列；將鎖相環(huán)模塊 內(nèi)輸入信號(hào)選擇跳線開(kāi)關(guān)KP02設(shè)置在HDB3位置（左端）。將極性碼輸出選擇跳線開(kāi) 關(guān)KD02設(shè)置在2_3位置（右端）產(chǎn)生單極性碼輸出，用示波器測(cè)量模擬鎖相環(huán)模塊TPP01波形；然后將跳線開(kāi)關(guān)KD02設(shè)置在1_2位置（左端）產(chǎn)生雙極性碼輸出，觀測(cè)TPP01波形變化。通過(guò)測(cè)量結(jié)果回答： AMI編碼信號(hào)轉(zhuǎn)換為雙極性碼或單極性碼后，那一種碼型時(shí)鐘分量更豐富，為什么？接收機(jī)應(yīng)將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成何種碼型才有利于收端位定時(shí)電路對(duì)接收時(shí)鐘進(jìn)行提取。 （2） 將

13、極性碼輸出選擇跳線開(kāi)關(guān)KD02設(shè)置在2_3位置（右端）產(chǎn)生單極性碼輸出，使輸入數(shù)據(jù)為全“1”碼（方法見(jiàn)1），重復(fù)上述測(cè)試步驟，記錄分析測(cè)試結(jié)果。（3） 使輸入數(shù)據(jù)為全“0”碼（方法見(jiàn)1），重復(fù)上述測(cè)試步驟，記錄測(cè)試結(jié)果。思考：具有長(zhǎng)連0碼格式的數(shù)據(jù)在AMI編譯碼系統(tǒng)中傳輸會(huì)帶來(lái)什么問(wèn)題，如何解決？4 AMI譯碼位定時(shí)恢復(fù)測(cè)量(1) 將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開(kāi)關(guān)KD01設(shè)置在M位置（右端），將CMI編碼模塊內(nèi)的M序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KX02設(shè)置在1_2（或2_3）位置，將鎖相環(huán)模塊內(nèi)輸入信號(hào)選擇跳線開(kāi)關(guān)KP02設(shè)置在HDB3位置（左端）。先將跳線開(kāi)關(guān)KD02設(shè)置在2_3位置（右端）單極性碼輸出，用示波

14、器測(cè)量同時(shí)觀測(cè)發(fā)送時(shí)鐘測(cè)試點(diǎn)TPD02和接收時(shí)鐘測(cè)試點(diǎn)TPD06波形，測(cè)量時(shí)用TPD02同步。此時(shí)兩收發(fā)時(shí)鐘應(yīng)同步。然后，再將跳線開(kāi)關(guān)KD02設(shè)置在1_2位置（左端）雙極性碼輸出，觀測(cè)TPD02和TPD06波形。記錄和分析測(cè)量結(jié)果。(2) 將跳線開(kāi)關(guān)KD02設(shè)置回2_3位置（右端）單極性碼輸出，再將跳線開(kāi)關(guān)KD01撥除,使輸入數(shù)據(jù)為全1碼或全0碼（方法見(jiàn)1）。重復(fù)上述測(cè)試步驟，記錄分析測(cè)試結(jié)果。思考：為什么在實(shí)際傳輸系統(tǒng)中使用HDB3碼？用其他方法行嗎（如擾碼）？5. HDB3碼變換規(guī)則驗(yàn)證(1) 首先將輸入信號(hào)選擇跳線開(kāi)關(guān)KD01設(shè)置在M位置（右端）、單/雙極性碼輸出選擇 開(kāi)關(guān)設(shè)置KD02設(shè)

15、置在2_3位置（右端）、AMI/HDB3編碼開(kāi)關(guān)KD03設(shè)置在HDB3位置（左端），使該模塊工作在HDB3碼方式。將CMI編碼模塊內(nèi)的M序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KX02設(shè)置在2_3位置（右端），產(chǎn)生7位周期m序列。用示波器同時(shí)觀測(cè)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(cè)時(shí)用TPD01同步。分析觀測(cè)輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)關(guān)系是否滿足AMI編碼關(guān)系，畫下一個(gè)M序列周期的測(cè)試波形。(2) 將CMI編碼模塊內(nèi)的M序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KX02設(shè)置在1_2位置（左端），產(chǎn)生15位周期m序列。重復(fù)上述測(cè)試步驟，記錄測(cè)試結(jié)果。(3) 使輸入數(shù)據(jù)端口懸空產(chǎn)生全1碼（

16、方法同1），重復(fù)上述測(cè)試步驟，記錄測(cè)試結(jié)果。(4) 使輸入數(shù)據(jù)為全0碼（方法同1），重復(fù)上述測(cè)試步驟，記錄測(cè)試結(jié)果。6. HDB3碼譯碼和時(shí)延測(cè)量(1) 將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開(kāi)關(guān)KD01設(shè)置在M位置（右端）；將CMI編碼模塊內(nèi)的M序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KX02設(shè)置在1_2位置（左端），產(chǎn)生15位周期m序列；將鎖相環(huán)模塊內(nèi)輸入信號(hào)選擇跳線開(kāi)關(guān)KP02設(shè)置在HDB3位置（左端）。用示波器同時(shí)觀測(cè)輸入數(shù)據(jù)TPD01和HDB3譯碼輸出數(shù)據(jù)TPD07波形，觀測(cè)時(shí)用TPD01同步。分析觀測(cè)HDB3編碼輸入數(shù)據(jù)與HDB3譯碼輸出數(shù)據(jù)關(guān)系是否滿足HDB3編譯碼系統(tǒng)要求，畫下測(cè)試波形。問(wèn)：HDB3編碼和譯碼的數(shù)據(jù)時(shí)

17、延是多少？(2) 將CMI編碼模塊內(nèi)的M序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KX02設(shè)置在2_3位置（右端），產(chǎn)生 7位周期m序列。重復(fù)上譯步驟測(cè)量，記錄測(cè)試結(jié)果。問(wèn)：此時(shí)HDB3編碼和譯碼的數(shù)據(jù)時(shí)延是多少，為什么？7. HDB3編碼信號(hào)中同步時(shí)鐘分量定性觀測(cè)（1） 將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開(kāi)關(guān)KD01設(shè)置在M位置（右端），將CMI編碼模塊內(nèi)的M 序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KX02設(shè)置在1_2位置，產(chǎn)生15位周期m序列；將鎖相環(huán)模塊內(nèi)輸入信號(hào)選擇跳線開(kāi)關(guān)KP02設(shè)置在HDB3位置（左端）。將極性碼輸出選擇跳線開(kāi)關(guān)KD02設(shè)置在2_3位置（右端）產(chǎn)生單極性碼輸出，用示波器測(cè)量模擬鎖相環(huán)模塊TPP01波形；然后將跳線開(kāi)關(guān)KD

18、02設(shè)置在1_2位置（左端）產(chǎn)生雙極性碼輸出，觀測(cè)TPP01波形變化根據(jù)測(cè)量結(jié)果思考：HDB3編碼信號(hào)轉(zhuǎn)換為雙極性碼和單極性碼中那一種碼型時(shí)鐘分量豐富。（2） 將極性碼輸出選擇跳線開(kāi)關(guān)KD02設(shè)置在2_3位置（右端）產(chǎn)生單極性碼輸出，使輸入數(shù)據(jù)為全“1”碼（方法見(jiàn)1），重復(fù)上述測(cè)試步驟，記錄分析測(cè)試結(jié)果。（3） 使輸入數(shù)據(jù)為全“0”碼（方法見(jiàn)1），重復(fù)上述測(cè)試步驟，記錄測(cè)試結(jié)果。分析總結(jié)：HDB3碼與AMI碼有何不一樣的結(jié)果？8. HDB3譯碼位定時(shí)恢復(fù)測(cè)量(1) 將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開(kāi)關(guān)KD01設(shè)置在M位置（右端），將CMI編碼模塊內(nèi)的 M序列類型選擇跳線開(kāi)關(guān)KX02設(shè)置在1_2（或2_3）位置，將鎖相環(huán)模塊內(nèi)輸入信號(hào)選擇跳線開(kāi)關(guān)KP02設(shè)置在HDB3位置（左端）。先將跳線開(kāi)關(guān)KD02設(shè)置在2_3位置（右端）單極性碼輸出，用示波器測(cè)量同時(shí)觀測(cè)發(fā)送時(shí)鐘測(cè)試點(diǎn)TPD02和接收時(shí)鐘測(cè)試點(diǎn)TPD06