實驗十五 碼型變換實驗

1、實驗十五 碼型變換實驗一、 實驗目的1、 了解幾種常用的數(shù)字基帶信號。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實現(xiàn)碼型變換的方法。二、 實驗內容1、 觀察NRZ碼、RZ碼、AMI碼、HDB3碼、CMI碼、BPH碼的波形。2、 觀察全0碼或全1碼時各碼型的波形。3、 觀察HDB3碼、AMI碼的正負極性波形。4、 觀察RZ碼、AMI碼、HDB3碼、CMI碼、BPH碼經(jīng)過碼型反變換后的輸出波形。5、 自行設計碼型變換電路，下載并觀察波形。三、 實驗器材1、 信號源模塊 一塊2、 號模塊 一塊3、 號模塊 一塊4、 20M雙蹤示波器 一臺5、 連接線 若干四、 實驗原理（一）基

2、本原理在數(shù)字通信中，有些場合可以不經(jīng)過載波調制和解調過程而讓基帶信號直接進行傳輸。例如，在市區(qū)內利用電傳機直接進行電報通信，或者利用中繼方式在長距離上直接傳輸PCM信號等。這種不使用載波調制裝置而直接傳送基帶信號的系統(tǒng)，我們稱它為基帶傳輸系統(tǒng)，它的基本結構如圖15-1所示。圖15-1 基帶傳輸系統(tǒng)的基本結構該結構由信道信號形成器、信道、接收濾波器以及抽樣判決器組成。這里信道信號形成器用來產生適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘?，信道可以是允許基帶信號通過的媒質（例如能夠通過從直流至高頻的有線線路等）；接收濾波器用來接收信號和盡可能排除信道噪聲和其他干擾；抽樣判決器則是在噪聲背景下用來判定與再生基帶信號。若

3、一個變換器把數(shù)字基帶信號變換成適合于基帶信號傳輸?shù)幕鶐盘?，則稱此變換器為數(shù)字基帶調制器；相反，把信道基帶信號變換成原始數(shù)字基帶信號的變換器，稱之為基帶解調器。基帶信號是代碼的一種電表示形式。在實際的基帶傳輸系統(tǒng)中，并不是所有的基帶電波形都能在信道中傳輸。例如，含有豐富直流和低頻成分的基帶信號就不適宜在信道中傳輸，因為它有可能造成信號嚴重畸變。單極性基帶波形就是一個典型例子。再例如，一般基帶傳輸系統(tǒng)都從接收到的基帶信號流中提取定時信號，而收定時信號又依賴于代碼的碼型，如果代碼出現(xiàn)長時間的連“0”符號，則基帶信號可能會長時間出現(xiàn)0電位，而使收定時恢復系統(tǒng)難以保證收定時信號的準確性。歸納起來，對傳

4、輸用的基帶信號的主要要求有兩點：（1）對各種代碼的要求，期望將原始信息符號編制成適合于傳輸用的碼型；（2）對所選碼型的電波形要求，期望電波形適宜于在信道中傳輸。（二）編碼規(guī)則1、 NRZ碼NRZ碼的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）分別表示二進制信息“1”和“0”，在整個碼元期間電平保持不變。例如：2、 RZ碼RZ碼的全稱是單極性歸零碼，與NRZ碼不同的是，發(fā)送“1”時在整個碼元期間高電平只持續(xù)一段時間，在碼元的其余時間內則返回到零電平。例如：3、 AMI碼AMI碼的全稱是傳號交替反轉碼。這是一種將信息代碼0(空號)和1(傳號)按如下方式進行編碼的碼：代碼的0

5、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，。例如：信息代碼：1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1AMI碼： +1 0 0-1+1 0 0 0-1+1-1由于AMI碼的傳號交替反轉，故由于它決定的基帶信號將出現(xiàn)正負脈沖交替，而0電位保持不變的規(guī)律。這種基帶信號無直流成分，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的信道中傳輸。除了上述特點以外，AMI碼還有編譯碼電路簡單以及便于觀察誤碼情況等優(yōu)點，它是以種基本的線路碼，在高密度信息流得數(shù)據(jù)傳輸中，得到廣泛采用。但是，AMI碼有一個重要缺點，即當它用來獲取定時信息時，由于它可能出現(xiàn)長的連0串，

6、因而會造成提取定時信號的困難。4、 HDB3碼HDB3碼是對AMI碼的一種改進碼，它的全稱是三階高密度雙極性碼。其編碼規(guī)則如下：先檢查消息代碼（二進制）的連0情況，當沒有4個或4個以上連0串時，按照AMI碼的編碼規(guī)則對信息代碼進行編碼；當出現(xiàn)4個或4個以上連0串時，則將每4個連0小段的第4個0變換成與前一非0符號（+1或-1）同極性的符號，用V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”造成的無直流特性，還必須保證相鄰V符號也應極性交替。當兩個相鄰V符號之間有奇數(shù)個非0符號時，用取代節(jié)“000V”取代4連0信息碼；當兩個相鄰V符號間有偶數(shù)個非0符號時，用取

7、代節(jié)“B00V”取代4連0信息碼。例如：代碼： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 000 0 1 1AMI碼： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 000 0 -1 +1HDB3碼：-1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V -1 +1 -B00 -V -1 +1HDB3碼的特點是明顯的，它除了保持AMI碼的優(yōu)點外，還增加了使連0串減少到至多3個的優(yōu)點，而不管信息源的統(tǒng)計特性如何。這對于定時信號的恢復是十分有利的。HDB3碼是CCITT推薦使用的碼型之一。5、 CMI碼CMI碼是傳號反轉碼的簡稱，其編碼規(guī)則為：“1”碼交替用“11”和“00”表示；“0”碼

8、用“01”表示。例如：代碼： 1 1 0 1 0 0 1CMI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信息。該碼已被CCITT推薦為PCM（脈沖編碼調制）四次群的接口碼型。在光纜傳輸系統(tǒng)中有時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 Biphase），又稱Manchester碼，即曼徹斯特碼。它是對每個二進制碼分別利用兩個具有2個不同相位的二進制新碼去取代的碼，編碼規(guī)則之一是：001（零相位的一個周期的方波）110（相位的一個周期的方波）例如：代碼：1 1 0 0 1 0 1雙相碼： 1 0 1

9、 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0雙相碼的特點是只使用兩個電平，這種碼既能提供足夠的定時分量，又無直流漂移，編碼過程簡單。但這種碼的帶寬要寬些。（三）電路原理將信號源產生的NRZ碼和位同步信號BS送入U1（EPM3064）進行變換，可以直接得到各種單極性碼和各種雙極性碼的正、負極性編碼信號（因為CPLD的IO口不能直接接負電平，所以只能將分別代表正極性和負極性的兩路編碼信號分別輸出，再通過外加電路合成雙極性碼），如HDB3碼的正、負極性編碼信號送入U2（CD4051）的選通控制端，控制模擬開關輪流選通正、負電平，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

10、表正極性和負極性的兩路信號，再送入CPLD進行解碼，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15-2所示圖15-2 編碼波形五、 輸入、輸出點參考說明1、 輸入點說明NRZ：NRZ碼輸入點。BS：編碼時鐘輸入點。BSR：解碼時鐘輸入點。IN-A：正極性HDB3/AMI碼編碼輸入點。IN-B：負極性HDB3/AMI碼編碼輸入點。DIN1：正極性HDB3/AMI碼解碼輸入點。DIN2：負極性HDB3/AMI碼解碼輸入點。HDB3/AMI-IN：HDB3/AMI碼編碼輸入點。2、 輸出點說明DOUT1：編碼輸出，由撥碼開關S1控制編碼碼型。選擇AMI、HDB3碼型時，為正極性編碼

11、輸出。DOUT2：編碼輸出，由撥碼開關S1控制編碼碼型。選擇AMI、HDB3碼型時，為負極性編碼輸出，選擇其它碼型時，無輸出。OUT-A：正極性HDB3/AMI碼解碼輸出點。OUT-B：負極性HDB3/AMI碼解碼輸出點。HDB3/AMI-OUT：HDB3/AMI碼編碼輸出點。NRZ-OUT：解碼輸出。六、 實驗步驟1、 CMI，RZ，BPH碼編解碼電路觀測1） 將信號源模塊和模塊6、7固定在主機箱上，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S1選擇碼型為CMI碼，即“00100000”。3） 信號源模塊上S4、S5都撥到“1100”，S1、S2、S3分別設為“01110

12、010”“01010101”“00110011”。4） 對照下表完成實驗連線源端口目的端口連線說明信號源：NRZ（8K）模塊6：NRZIN8KNRZ碼基帶傳輸信號輸入信號源：CLK2（8K）模塊6：BS提供編譯碼位時鐘模塊6：DOUT1模塊6：DIN1電平變換的編碼輸入A模塊6：DOUT1模塊7：DIN提取編碼數(shù)據(jù)的位時鐘。模塊7：BS模塊6：BSR提取的位時鐘給譯碼模塊* 檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源5） 將模塊7的S2設置為“0111”6） 以 “NRZIN”為內觸發(fā)源，用雙蹤示波器觀測編碼輸出“DOUT1”波形。7） 以 “NRZIN”為內觸發(fā)源，用雙蹤示波器對比觀測解碼輸出“N

13、RZ-OUT”波形，觀察解碼波形與初始信號是否一致。8） 撥碼開關S1選擇碼型為RZ碼（00010000）、BPH碼（00001000）重復上述步驟。 碼型為RZ時的圖形 碼型為BPH時的圖像比較9） 實驗結束關閉電源。2、 AMI，HDB3碼編解碼電路觀測1) 通過模塊6上的撥碼開關S1選擇碼型為AMI碼，即“01000000”。2) 將信號源S4、S5撥到“1100”，S1、S2、S3分別設為“01110010”“00011000”“01000011”。3) 對照下表完成實驗連線：源端口目的端口連線說明信號源：NRZ（8K）模塊6：NRZIN8KNRZ碼基帶傳輸信號輸入信號源：CLK2（8

14、K）模塊6：BS提供編譯碼位時鐘模塊6：HDB3/AMI-OUT 模塊7：輸入鎖相環(huán)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設置為“1000”。5) 以 “NRZIN”為內觸發(fā)源，分別用雙蹤示波器觀測“DOUT1”，“DOUT2”，“HDB3/AMI-OUT”三點的波形。 圖DOUT1 圖DOUT2 圖HDB3/AMI-OUT6) 以 “NRZIN”為內觸發(fā)源，用雙蹤示波器觀測“OUT-A”，“OUT-B”，“NRZ-OUT”三點的波形，觀察解碼波形與初始信號是否一致。 圖DOUTA 圖DOUTB 圖NRZ-OUT7) 通過撥碼開關S1選擇碼型為HDB3碼（S1設置為“10000000”），重復上述步驟。 圖 DOUT1 圖DOUT2 圖HDB3/AMI-OUT 圖OUT-A 圖OUT-B 圖NRZ-OUT3、 將信號源模塊上的撥碼開關S1，S2，S3全部撥為0或者全部撥為1，重復步驟1、2，觀察