内蒙古工业大学通信原理实验报告.docx

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内蒙古工业大学通信原理实验报告

x

学校代码：

10128

学号

内蒙古工业大学信息工程学院

实验报告

课程名称：

通信原理

实验名称：

码型变换实验

实验类型：

验证性■综合性□设计性□

实验室名称：

格物楼B座通信实验室102

班级：

学号：

姓名：

组别：

同组人：

成绩：

实验日期：

2012/5/30

预习报告成绩：

指导教师审核（签名）：

2012年5月30日

预习报告

一、实验目的

1．了解几种常见的数字基带信号。

2．掌握常用数字基带传输码型的编码规则。

二、实验内容

1．观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码的波形。

2．观察全0码或全1码时各码型波形。

3．观察HDB3码、AMI码、BNRZ码正、负极性波形。

4．观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码经过码型反变换后的输出波形。

三、实验器材

1．信号源模块

2．码型变换模块

3．20M双踪示波器一台

4．频率计（可选）一台

5．连接线若干

四、实验原理

1．编码规则

①NRZ码

NRZ码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为零电平）分别表示二进制信息“1”和“0”，在整个码元期间电平保持不变。

例如：

②RZ码

RZ码的全称是单极性归零码，与NRZ码不同的是，发送“1”时在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。

例如：

③BNRZ码

BNRZ码的全称是双极性不归零码，在这种二元码中用正电平和负电平分别表示“1”和“0”，与单极性不归零码相同的是整个码元期间电平保持不变，因而在这种码型中不存在零电平。

例如：

④BRZ码

BRZ码的全称是双极性归零码，与BNRZ码不同的是,发送“1”和“0”时，在整个码元期间高电平或低电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。

例如：

⑤AMI码

AMI码的全称是信号交替反转码，其编码规则如下：

信息码中的“0”仍变换为传输码的“0”：

信息码中的“1”交替变换为传输码的“＋1、－1、＋1、－1、…”。

例如：

代码：

10011000111…

AMI码：

+100-1+1000-1+1-1…

AMI码的主要特点是无直流成分，接收端收到的码元极性与发送端完全相反也能正确判断。

译码时只需把AMI码经过全波整流就可以变为单极性码。

由于其具有上述优点，因此得到了广泛应用。

但该码有一个重要缺点，即当用它获取定时信息时，由于它可能出现长的连0串，因而会造成提取定时信号的困难。

⑥HDB3码

HDB3码的全称是三阶高密度双极性码，其编码规则如下：

将4个连“0”信息码用取代节“000V”或“B00V”代替，当两个相邻“V”码中间有奇数个信息“1”码时，取代节为“000V”码；有偶数个信息“1”码（包括0个）时，取代节为“B00V”，其它的信息“0”码仍为“0”码，这样，信息码的“1”码变为带有符号的“1”码，即“＋1”或“—1”。

例如：

代码：

100001000011000011

HDB3码：

-1000-V+1000+V-1+1-B00–V+1-1

HDB3码中“1”、“B”的符号符合交替反转原则，而“V”的符号破坏这种交替反转原则，但相邻“V”码的符号又是交替反转的。

HDB3码的特点是明显的，它除了保持AMI码的优点外，还增加了使连0串减少到至多3个的优点，而不管信息源的统计特性如何。

这对于定时信号的恢复是十分有利的。

HDB3码是ITU-T推荐使用的码之一。

本实验电路只能对码长为24位的周期性NRZ码序列进行编码。

⑦BPH码

BPH码的全称是数字双相码，又叫分相码或曼彻斯特码，它是对每个二进制代码分别利用两个具有不同相位的二进制新码去取代的码：

或者可以理解为用一个周期的方波表示“1”码，用该方波的反相来表示“0”码，其编码规则之一是：

0→01（零相位的一个周期的方波）；

1→10（π相位的一个周期的方波）。

例如：

代码：

1100101

双相码：

10100101100110

BPH码可以用单极性非归零码（NRZ）与位同步信号的模二和来产生。

双相码的特点是只使用两个电平，而不像前面两种码具有三个电平。

这种既能提取足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程简单。

但这种码的带宽要宽些。

⑧CMI码

CMI码的全称是传号反转码，其编码规则如下：

信息码中的“1”码交替用“11”和“00”表示，“0”用“01”表示。

例如：

代码：

11010010

CMI码：

1100011101010001

这种码型有较多的电平跃变，因此，含有丰富的定时信息。

该码已被ITU-T推荐为PCM四次群的接口码型。

在光纤传输系统中有时也用CMI码作线路传输码型。

2．电路原理

将信号源产生的NRZ和位同步信号BS送入U900（EPM7128SLC84-15）进行变换，可以直接得到各种单极性码和各种双极性码的正、负极性编码信号（因为FPGA的I/O口不能直接接负电平，所以只能将分别代表正极性和负极性的两路编码信号分别输出，在通过外加电路合成双极性码），如HDB3的正、负极性编码信号送入U901（4501）的选通控制端，控制模拟开关轮流选通正、负电平，从而得到完整的HDB3码。

解码时同样也需要先将双极性的HDB3码变换成分别代表正极性和负极性的两路信号，再送入FPGA进行解码，得到NRZ码。

其它双极性码的编、解码过程相同。

①NRZ码

从信号源“NRZ”点输出的数字码型即为NRZ码，其产生过程请参考信号源工作原理。

②BRZ、BNRZ码

将NRZ码和位同步信号BS分别送入双四路模拟开关U902（4052）的控制端作为控制信号，在同一时刻，NRZ码和BS信号电平高低的不同组合（00、01、10、11）将控制U902分别接通不同的通道，输出BRZ码和BNRZ码。

X通道的4个输入端X0、X1、X2、X3分别接-5V、GND、+5V、GND，在控制信号控制下输出BRZ码；Y通道的4个输入端Y0、Y1、Y2、Y3分别接-5V、-5V、+5V、+5V，在控制信号控制下输出BNRZ码。

解码时通过电压比较器U907（LM339）将双极性的BRZ和BNRZ码转换为两路单极性码，即双（极性）—单（极性）变换，再送入U900解码，恢复出原始的NRZ码。

③RZ、BPH码

这两种码型的编、解码方法与BRZ和BNRZ是一样的，但因为是单极性的码型，所以编、解码过程可以直接在U900中完成，在这里不再赘述。

④AMI编码

由于AMI码是双极性的码型，所以它的变换过程分成了两个部分。

首先，在U900中，将NRZ码经过一个时钟为BS的JK触发器后，再与NRZ信号相与后得到控制信号AMIB，该信号与NRZ码作为控制信号送入单八路模拟开关U905（4051）的控制器，U905的输出即为AMI码。

解码过程与BNRZ码一样，也需先经过双—单变换，再送入U900进行解码。

⑤HDB3码

HDB3码的编、解码框图分别如图3-1、3-2所示，其编、解码过程与AMI码相同，这里不再赘述。

图3-1HDB3编码原理框图

图3-2HDB3解码原理框图

⑥CMI码

由于是单极性波形，CMI码的编解码过程全部在U900中完成，其编码电路原理框图如图3-3所示：

图3-3CMI编码原理框图

实验报告成绩：

指导教师审核（签名）：

2012年5月30日

实验报告

一、实验目的

1．了解几种常见的数字基带信号。

2．掌握常用数字基带传输码型的编码规则。

二、实验内容

1．观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码波形。

2．观察全0码或全1码时各码型波形。

3．观察HDB3码、AMI码、BNRZ码正、负极性波形。

4．观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码经过码型反变换后的输出波形。

三、实验器材

1．信号源模块

2．码型变换模块

3．20M双踪示波器一台

4．频率计（可选）一台

5．连接线若干

四、实验原理

1．编码规则

①NRZ码

NRZ码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为零电平）分别表示二进制信息“1”和“0”，在整个码元期间电平保持不变。

例如：

②RZ码

RZ码的全称是单极性归零码，与NRZ码不同的是，发送“1”时在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。

例如：

③BNRZ码

BNRZ码的全称是双极性不归零码，在这种二元码中用正电平和负电平分别表示“1”和“0”，与单极性不归零码相同的是整个码元期间电平保持不变，因而在这种码型中不存在零电平。

例如：

④BRZ码

BRZ码的全称是双极性归零码，与BNRZ码不同的是,发送“1”和“0”时，在整个码元期间高电平或低电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。

例如：

⑤AMI码

AMI码的全称是信号交替反转码，其编码规则如下：

信息码中的“0”仍变换为传输码的“0”：

信息码中的“1”交替变换为传输码的“＋1、－1、＋1、－1、…”。

例如：

代码：

10011000111…

AMI码：

+100-1+1000-1+1-1…

AMI码的主要特点是无直流成分，接收端收到的码元极性与发送端完全相反也能正确判断。

译码时只需把AMI码经过全波整流就可以变为单极性码。

由于其具有上述优点，因此得到了广泛应用。

但该码有一个重要缺点，即当用它获取定时信息时，由于它可能出现长的连0串，因而会造成提取定时信号的困难。

⑥HDB3码

HDB3码的全称是三阶高密度双极性码，其编码规则如下：

将4个连“0”信息码用取代节“000V”或“B00V”代替，当两个相邻“V”码中间有奇数个信息“1”码时，取代节为“000V”码；有偶数个信息“1”码（包括0个）时，取代节为“B00V”，其它的信息“0”码仍为“0”码，这样，信息码的“1”码变为带有符号的“1”码，即“＋1”或“—1”。

例如：

代码：

100001000011000011

HDB3码：

-1000-V+1000+V-1+1-B00–V+1-1

HDB3码中“1”、“B”的符号符合交替反转原则，而“V”的符号破坏这种交替反转原则，但相邻“V”码的符号又是交替反转的。

HDB3码的特点是明显的，它除了保持AMI码的优点外，还增加了使连0串减少到至多3个的优点，而不管信息源的统计特性如何。

这对于定时信号的恢复是十分有利的。

HDB3码是ITU-T推荐使用的码之一。

本实验电路只能对码长为24位的周期性NRZ码序列进行编码。

⑦BPH码

BPH码的全称是数字双相码，又叫分相码或曼彻斯特码，它是对每个二进制代码分别利用两个具有不同相位的二进制新码去取代的码：

或者可以理解为用一个周期的方波表示“1”码，用该方波的反相来表示“0”码，其编码规则之一是：

0→01（零相位的一个周期的方波）；

1→10（π相位的一个周期的方波）。

例如：

代码：

1100101

双相码：

10100101100110

BPH码可以用单极性非归零码（NRZ）与位同步信号的模二和来产生。

双相码的特点是只使用两个电平，而不像前面两种码具有三个电平。

这种既能提取足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程简单。

但这种码的带宽要宽些。

⑧CMI码

CMI码的全称是传号反转码，其编码规则如下：

信息码中的“1”码交替用“11”和“00”表示，“0”用“01”表示。

例如：

代码：

11010010

CMI码：

1100011101010001

这种码型有较多的电平跃变，因此，含有丰富的定时信息。

该码已被ITU-T推荐为PCM四次群的接口码型。

在光纤传输系统中有时也用CMI码作线路传输码型。

2．电路原理

将信号源产生的NRZ和位同步信号BS送入U900（EPM7128SLC84-15）进行变换，可以直接得到各种单极性码和各种双极性码的正、负极性编码信号（因为FPGA的I/O口不能直接接负电平，所以只能将分别代表正极性和负极性的两路编码信号分别输出，在通过外加电路合成双极性码），如HDB3的正、负极性编码信号送入U901（4501）的选通控制端，控制模拟开关轮流选通正、负电平，从而得到完整的HDB3码。

解码时同样也需要先将双极性的HDB3码变换成分别代表正极性和负极性的两路信号，再送入FPGA进行解码，得到NRZ码。

其它双极性码的编、解码过程相同。

①NRZ码

从信号源“NRZ”点输出的数字码型即为NRZ码，其产生过程请参考信号源工作原理。

②BRZ、BNRZ码

将NRZ码和位同步信号BS分别送入双四路模拟开关U902（4052）的控制端作为控制信号，在同一时刻，NRZ码和BS信号电平高低的不同组合（00、01、10、11）将控制U902分别接通不同的通道，输出BRZ码和BNRZ码。

X通道的4个输入端X0、X1、X2、X3分别接-5V、GND、+5V、GND，在控制信号控制下输出BRZ码；Y通道的4个输入端Y0、Y1、Y2、Y3分别接-5V、-5V、+5V、+5V，在控制信号控制下输出BNRZ码。

解码时通过电压比较器U907（LM339）将双极性的BRZ和BNRZ码转换为两路单极性码，即双（极性）—单（极性）变换，再送入U900解码，恢复出原始的NRZ码。

③RZ、BPH码

这两种码型的编、解码方法与BRZ和BNRZ是一样的，但因为是单极性的码型，所以编、解码过程可以直接在U900中完成，在这里不再赘述。

④AMI编码

由于AMI码是双极性的码型，所以它的变换过程分成了两个部分。

首先，在U900中，将NRZ码经过一个时钟为BS的JK触发器后，再与NRZ信号相与后得到控制信号AMIB，该信号与NRZ码作为控制信号送入单八路模拟开关U905（4051）的控制器，U905的输出即为AMI码。

解码过程与BNRZ码一样，也需先经过双—单变换，再送入U900进行解码。

⑤HDB3码

HDB3码的编、解码框图分别如图3-1、3-2所示，其编、解码过程与AMI码相同，这里不再赘述。

图3-1HDB3编码原理框图

图3-2HDB3解码原理框图

⑥CMI码

由于是单极性波形，CMI码的编解码过程全部在U900中完成，其编码电路原理框图如图3-3所示：

图3-3CMI编码原理框图

五、实验步骤

1．将信号源模块、码型变换模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。

2．插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别桉下两个模块中的开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED001、LED002、D900、D901发光，按一下信号源模块的复位键，两个模块均开始工作。

3．将信号源模块的拨码开关SW101、SW102设置为0000010100000000，SW103、SW104、SW105设置为011100100011000000101010。

按实验一的介绍，此时分频比千位、十位、个位均为0，百位为5，因此分频比为500，此时位同步信号频率应为4KHz。

观察BS、FS、2BS、NRZ各点波形。

4．分别将信号源模块和码型变换模块上以下四组输入/输出接点用连接线连接：

BS与BS、FS与FS、2BS与2BS、NRZ与NRZ。

观察码型变换模块上其余各点波形。

5．任意改变信号源模块上的拨码开关SW103、SW104、SW105的设置，以信号源模块的NRZ码为内触发源，用双踪示波器观察码型变换模块各点波形。

6．将信号源模块上的拨码开关SW103、SW104、SW105全部拨为1或全部拨为0，观察码型变换模块各点波形。

六、输入、输出点参考说明

1．输入点说明

FS：

帧同步信号输入点。

BS：

位同步信号输入点。

2BS：

2倍位同步频率方波信号输入点。

NRZ：

NRZ码输入点。

2．输出点说明（括号中的码元数为与信号产生的NRZ相比延迟的码元数）

RZ：

RZ编码输出点（半个码元）。

BPH：

BPH编码输出点（半个码元）。

CM1：

CM1编码输出点（一个码元）。

HDB3-1：

HDB3编码正极性信号输出点。

HDB3-2：

HDB3编码负极性信号输出点。

HDB3：

HDB3编码输出点（八个半个码元）。

BRZ-1：

BRZ单极性输出点。

BRZ：

BRZ编码输出点。

BNRZ-1：

BNRZ编码正极性信号输出点（与NRZ反相）。

BNRZ-2：

BNRZ编码负极性信号输出点（与NRZ相同）。

BNRZ：

BNRZ编码输出点。

AMI-1：

AMI编码正极性信号输出点。

AMI-2：

AMI编码负极性信号输出点。

AMI：

AMI编码输出点。

ORZ：

RZ解码输出点（一个码元）。

OBPH：

BPH解码输出点（一个码元）。

OCMI：

CM1解码输出点（两个码元）。

OBRZ：

BRZ解码输出点（半个码元）。

OBNRZ：

BNRZ解码输出点（半个码元）。

OAMI：

AMI解码输出点（半个码元）。

七、输出波形

BS点波形

FS点波形

2BS点波形

NRZ点波形

八、实验思考题

1．在分析电路的基础上回答，为什么本实验HDB3编、解码电路只能在输入信号是码长为24位的周期性NRZ码时才能正常工作。

答：

因为该电路采用帧同步控制信号，而1帧包含24位，所以当NRZ码输入电路到第24位时，帧同步信号给一个脉冲，使得电路复位。

HDB3码再重新对NRZ码进行编译。

且HDB3码电路对NRZ进行编译的第一位始终是固定的值。

因此HDB3编译码电路只能在输入信号是码长为24位的周期性NRZ码才能正常工作。

但是由于HDB3码很有特点，现在为了使学生更好的观察HDB3如何进行编译码，我们对电路进行了改正，去掉了帧同步控制信号，所以现在对任意位的NRZ码都可以进行编码。

2．自行设计一个HDB3码编码电路，画出电路原理图并分析其工作过程。

答：

根据HDB3的编码规则，CPLD电路实现四连“0”的检测电路，并根据检测出来的结果确定破坏点“V”脉冲的加入，再根据取代节选择将“B”脉冲填补进去。

原理框图如下：

CPLD设计的电路原理图如下：

九、实验心得体会

在这个码型变换的实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历。

在此过程中，我们通过查找资料，请教老师，以及不懈的努力，了解到几种常见的数字基带信号，掌握了常用数字基带传输码型的编码规则。

这个实验不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有所提高。

更重要的是，在实验课上我学会了很多学习的方法，而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

面对社会的挑战，我们只有不断的学习、实践，再学习、再实践，真正将所学知识应用到实际生活中。