北京交通大学实验四 HDB3编码与译码实验.docx
《北京交通大学实验四 HDB3编码与译码实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北京交通大学实验四 HDB3编码与译码实验.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
北京交通大学实验四HDB3编码与译码实验
实验四HDB3编码与译码实验
一、实验前的准备
（1）预习本实验的相关内容。
（2）熟悉实验指导书附录B和附录C中试验箱面板分布及测试孔位置，定义本实验相关模块的跳线状态。
（3）实验前重点掌握的内容：
①AMI编码和解码原理
②HDB3编码和解码原理
③定时提取原理
二、实验目的
（1）掌握AMI编码规则、编码和解码原理。
（2）掌握HDB3编码规则、编码和解码原理。
（3）了解锁相环的工作原理和实时提取原理。
（4）了解输入信号对定时提取的影响。
（5）了解信号的传输延时。
（6）了解AMI/HDB3编译码集成芯片CD22103。
三、实验仪器
（1）ZH5001A通信原理综合实验系统一台
（2）20MHz双踪示波器一台
四、基本原理
1、AMI与HDB3码
AMI（AlternativeMarkInversion）码的全称是信号交替反转码，是通信编码中的一种，为极性交替翻转码，分别有一个高电平和低电平表示两个极性。
由AMI码确定的基带信号中正负脉冲交替，而0电位保持不变；所以由AMI码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量；不易提取定时信号，由于它可能出现长的连0串。
从收到的符号序列中将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。
三阶高密度双极性码（HighDensityBipolarofOrder3，简称：
HDB3码）是一种适用于基带传输的编码方式，它是为了克服AMI码的缺点而出现的，具有能量分散，抗破坏性强等特点。
先将消息代码变换成AMI码，若AMI码中连0的个数小于4，此时的AMI码就是HDB3码；若AMI码中连0的个数大于3,则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一个非0符号（+1或-1）同极性的符号,用表示（+1+,-1-）；为了不破坏极性交替反转，当相邻符号之间有偶数个非0符号时，再将该小段的第1个0变换成+B或-B，符号的极性与前一非零符号的相反，并让后面的非零符号从符号开始再交替变化。
虽然HDB3编码很复杂，但解码规则很简单，就是把原来的取代节（4个连零）找到即可，若3连“0”前后非零脉冲同极性，则将最后一个非零元素译为零，如+1000+1就应该译成“10000”，否则不用改动；若2连“0”前后非零脉冲极性相同，则两零前后都译为零，如-100-1，就应该译为0000，否则也不用改动。
再将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。
数字基带信号的传输是数字通信系统的重要组成部分。
在数字通信中，有些场合可不经过载波调制和解调过程，而对基带信号进行直接传输。
采用AMI，有可能出现四连零现象，这不利于接收端的定时信号提取。
而HDB3码因其无直流成份、低频成份少和连0个数最多不超过三个等特点，而对定时信号的恢复十分有利，并已成为CCITT协会推荐使用的基带传输码型之一。
2、定位时提取
定时提取的原理
首先波形变换电路将输入的基带信号变为单极性归零码，再利用窄带通滤波器取出位定时频率分量。
若输入的基带信号中含有位定时分量，可不利用波形变换电路。
窄带通滤波器要求选择性较好。
接下来是放大限幅电路，它将正弦波或准正弦波变换为方波脉冲。
分频器起到分频与整形的作用。
锁相环由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器2组成。
鉴相器负责将输入信号经分频器1输出的信号与压控振荡器经分频器2的输出信号进行比较，它们的频率相等。
压控振荡器经分频器3的输出信号频率和输入基带信号的码速频，即定时频率相等。
环路滤波器的作用是滤除PD的非线性作用产生的无用组合频率及干扰。
锁相环电路
锁相环模块主要有锁相环UP01（MC4046）、数字分频器UP02（74LS161）、D触发器UP04（74LS74）、环路滤波器和输入端的带通滤波器（UP03B）组成。
经该模块VCO锁定在外来频率256kHz上。
3、实验电路构成
五、实验内容
1、HDB3码型变换规则验证
首先将输入信号选择跳线开关KD01设置在M位置（右端）、单/双极性码输出选择开关设置KD02设置在2_3位置（右端：
单极性）、AMI/HDB3编码开关KD03设置在HDB3位置（左端），使该模块工作在HDB3码方式。
（1）使输入数据端口悬空产生全1码，用示波器同时观测输入数据TPD01和输出双极性编码数据TPD05波形及其单极性编码数据TPD08波形，观测时用TPD01同步。
（2）用接地法或探头接入TPD01法使输入数据为全0码（方法同1），重复步骤
（1）。
2、HDB3码译码和时延测量
将输入数据选择跳线开关KD01设置在M位置（右端）；将CMI编码模块内的m序列类型选择跳线开关KX02设置在1_2位置（左端），产生15位周期m序列；将锁相环内输入信号选择跳线开关KP02设置在HDB3位置（左端）。
（1）用示波器同时观测输入数据TPD01和HDB3译码输出数据TPD07波形，观测时用TPD01同步。
分析观测HDB3编码输入数据与HDB3译码输出数据关系是否满足HDB3编译码系统要求，画下测试波形。
3、HDB3编码信号中同步时钟分量定性观测
将输入数据选择跳线开关KD01设置在M位置（右端），通过CMI编码模块内的m序列类型选择跳线开关KX02的设置，产生15为周期m序列，将锁相环模块内输入信号选择跳线开关KP02设置在HDB3位置（左端）。
（1）将极性码输出选择跳线开关KD02设置在2_3位置（右端）产生单极性码输出，用示波器测量模拟锁相环模块TPP01、TPP02波形；然后将跳线开关KD02设置在1_2位置（左端）产生双极性码输出，观测TPP01、TPP02波形变化。
（2）将极性码输出选择跳线开关KD02设置在2_3位置（右端）产生单极性码输出，输入悬空，使输入数据为全1码，测试模拟锁相环模块TPP01点的同步时钟分量波形步骤，记录并分析测试结果。
（3）用接地法或探头接入TPD01法使输入数据为全0码，测试模拟锁相环模块TPP01点的同步时钟分量波形步骤，记录并分析测试结果。
六、实验结论分析
1、HDB3码型变换规则验证
（1）使输入数据端口悬空产生全1码，观察输出的编码数据波形。
图3-1全1码输出双极性编码数据波形
输入数据TPD01
1
1
1
1
1
1
1
双极性AMI编码
1
-1
1
-1
1
-1
1
【结论】：
当输入为全1码时，AMI双极性码1和-1交替出现。
（2）使输入数据端口悬空产生全1码，输出AMI单极性编码数据波形。
图3-2全1码输出单极性编码数据波形
输入数据TPD01
1
1
1
1
1
1
1
单极性AMI编码
1
0
1
0
1
0
1
【结论】：
当输入为全1码时，AMI单极性码1和0交替出现。
（3）使输入数据端口接地产生全0码，输出AMI双极性编码数据TPD05波形。
图3-3全0码输出双极性编码数据波形
输入数据TPD01
0
0
0
0
0
0
0
双极性AMI编码
1
-1
0
0
-1
1
0
【结论】：
输入全0码时，在输出中加入了破坏信号V和平衡信号B，保证能够正确解码。
（4）使输入数据端口接地产生全0码，输出AMI单极性编码数据TPD08波形。
图3-4全0码输出单极性编码数据波形
输入数据TPD01
1
1
1
1
1
1
1
单极性AMI编码
1
1
0
0
1
1
0
【结论】：
单极性编码与双极性编码区别在于，单极性只有0和1两个状态，而双极性有-1，1，0三个状态，单极性的0对应双极性的+1和-1，单极性的1对应双极性的0.
2、HDB3码译码和时延测量
（1）用示波器同时观测输入数据TPD01和HDB3译码输出数据TPD07波形，观测时用TPD01同步。
分析观测HDB3编码输入数据与HDB3译码输出数据关系是否满足HDB3编译码系统要求，画下测试波形。
图3-5HDB3译码和时延编码数据波形
3、HDB3编码信号中同步时钟分量定性观测
（1）将输入数据选择跳线开关KD01设置在M位置（右端），通过CMI编码模块内的m序列类型选择跳线开关KX02的设置，产生15位周期m序列，将锁相环模块内输入信号选择跳线开关KP02设置在HDB3位置（左端）。
将极性码输出选择跳线开关KD02设置在2_3位置（右端）产生单极性码输出，用示波器测量模拟锁相环模块TPP01、TPP02波形；
图3-615位M序列单极性码输出波形
【结论】：
单极性的时钟分量较小
（2）将跳线开关KD02设置在1_2位置（左端）产生双极性码输出，观测TPP01、TPP02波形变化。
图6-915位M序列双极性码输出波形
【结论】：
双极性的时钟分量很丰富。
（3）将极性码输出选择跳线开关KD02设置在2_3位置（右端）产生单极性码输出，输入悬空，使输入数据为全1码，测试模拟锁相环模块TPP01点的同步时钟分量波形步骤，记录并分析测试结果。
图6-10全1码单极性码输出波形
【结论】：
单极性的时钟分量较小。
（4）用接地法或探头接入TPD01法使输入数据为全0码，测试模拟锁相环模块TPP01点的同步时钟分量波形步骤，记录并分析测试结果。
图6-10全0码单极性码输出波形
【结论】：
单极性的时钟分量较小。
七、思考题
（1）简述AMI/HDB3码型的特点。
由AMI码确定的基带信号中正负脉冲交替，而0电位保持不变；所以由AMI码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量；不易提取定时信号，由于它可能出现长的连0串。
从收到的符号序列中将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。
HDB3码是一种适用于基带传输的编码方式，它是为了克服AMI码的缺点而出现的，具有能量分散，抗破坏性强等特点。
（2）AMI和HDB3码的主要区别是什么？
若AMI码中连0的个数小于4，此时的AMI码就是HDB3码；若AMI码中连0的个数大于3,则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一个非0符号（+1或-1）同极性的符号,用表示（+1+,-1-）；为了不破坏极性交替反转，当相邻符号之间有偶数个非0符号时，再将该小段的第1个0变换成+B或-B，符号的极性与前一非零符号的相反，并让后面的非零符号从符号开始再交替变化。
（3）编码输入和解码输出的延时是如何产生的？
编码输入和解码输出延时是因为信号在经过CD22103芯片产生延时，查芯片手册可知编码和解码的延时都是4个时钟周期。
升级会员 