基于SystemView的HDB3编解码仿真系统.docx
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基于SystemView的HDB3编解码仿真系统
西安邮电学院
毕业设计（论文）
题目：
基于SystemView的HDB3编解码仿真系统
院（系）：
通信与信息工程学院
专业：
通信工程
班级：
通工0706班
学生姓名：
刘瑶
导师姓名：
党薇职称：
讲师
起止时间：
2011年1月3日至2011年6月10日
西安邮电学院
毕业设计（论文）任务书
学生姓名
刘瑶
指导教师
党薇
职称
讲师
院（系）
通信与信息工程学院
专业
通信工程
题目
基于SystemView的HDB3编解码仿真系统
任务与要求
1.熟悉SystemView仿真软件。
2.研究HDB3编解码系统的基本原理。
3.提出HDB3编解码系统的设计方案。
4.用SystemView软件进行仿真。
5.对仿真结果进行分析。
开始日期
2011年1月3日
完成日期
2011年6月10日
院长（签字）
2011
年
1
月
7
日
西安邮电学院
毕业设计（论文）工作计划
2011年1月3日
学生姓名____刘瑶____指导教师___党薇_____职称__讲师___
院（系）_通信与信息工程学院___专业______通信工程______
题目____基于SystemView的HDB3编解码仿真系统________
______________________________________________________
工作进程
起止时间
工作内容
1月3日至2月27日熟悉SystemView仿真软件。
2月28日至3月13日研究HDB3编解码的基本原理。
3月14日至3月27日提出设计方案，并形成文档。
3月28日至4月17日分析并解决设计时可能遇到的问题
4月18日至5月8日完成系统仿真，并对结果进行分析
5月9日至5月22日撰写论文，完成论文初稿。
5月23日至5月29日完善并修改毕业论文。
5月30日至6月10日准备答辩。
主要参考书目（资料）
主要参考书目（资料）
1.樊昌信,曹丽娜.通信原理[M].北京:
国防工业出版社.2007.8.
2.罗卫兵.SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计[M].西安:
西安电子科技大学出版社.2001.8.
主要仪器设备及材料
1.计算机一台
2.SystemView仿真平台
论文（设计）过程中教师的指导安排
每周指导一次，主要解答学生问题，指导研究进度，并检查阅读资料笔记和仿真程序。
对计划的说明
本计划为开题之初所定，后续会根据具体情况随时调整，最终一定按毕业设计规定结束日期完成。
西安邮电学院
毕业设计（论文）开题报告
通信与信息工程学院院（系）通信工程专业07级06班
课题名称：
基于SystemView的HDB3编解码
仿真系统
学生姓名：
刘瑶学号：
03071225
指导教师：
党薇
报告日期：
2011年2月28日
1．本课题所涉及的问题及应用现状综述
本课题所涉及的问题：
1.研究HDB3编解码系统的基本原理；2.提出HDB3编解码系统的设计方案；3.用SystemView软件进行仿真并对仿真结果进行分析。
应用现状综述：
HDB3码，三阶高密度双极性码，是串行数据传输的一种重要编码方式。
和最常用的NRZ码（不归零码）相比，HDB3具有很多优点，它采用双极性半占空RZ码型，消除了NRZ码的直流成分。
和AMI码（双极性传号交替反转码）相比，HDB3码是的AMI码改进形式，AMI码虽无直流，低频成分很小，符合基带系统的要求，但当信息序列中连“0”较多时，AMI码编码输出为0，这样接收端难以从接收到的信号中提取位定时信号，HDB3码在信号序列中出现长连“0”时加入破坏点从而克服了这一问题。
因此具有时钟恢复和更好的抗干扰性能，更适合于长距离信道传输。
HDB3码是CCITTG.703推荐的PCM基群、二次群和三次群的数字传输接口码型。
在实际通信系统中HDB3码凭借其优点有着广泛的应用。
2．本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析
关键问题：
1.NRZ码到HDB3码的转换方法；
2.HDB3编译码方案；
3.四连“0”检测，破坏点识别，定时提取。
解决思路：
1.熟悉NRZ码和HDB3码特点；
2.分析HDB3码编译码规则，及编码正确性检验原则；
3.分析HDB3码码型及其功率谱密度特点，提出可行的定时提取方案。
可行性分析：
1.掌握线路码型的设计原则；
2.对比HDB3码、NRZ码、AMI码，掌握HDB3码的优点；
3.熟练掌握从时域和频域两方面对信号性能进行研究；
4.培养自学能力，独立分析问题、解决问题的能力；
5．培养了独立开展研究的能力，掌握了科研的基础方法。
3．完成本课题的工作方案
1月3日至2月27日熟悉SystemView仿真软件。
2月28日至3月13日研究HDB3编解码的基本原理。
3月14日至3月27日提出设计方案，并形成文档。
3月28日至4月17日分析并解决设计时可能遇到的问题
4月18日至5月8日完成系统仿真，并对结果进行分析
5月9日至5月22日撰写论文，完成论文初稿。
5月23日至5月29日完善并修改毕业论文。
5月30日至6月10日准备答辩。
4．指导教师审阅意见
该生对本课题所涉及问题及现状有初步了解，明确了需要研究的主要问题，提出了预期目标，并且制定了工作方案，达到开题要求，同意开题。
指导教师（签字）：
2011年3月4日
说明：
本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在毕业论文（设计）正式开始的第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。
西安邮电学院毕业设计（论文）成绩评定表
学生姓名
刘瑶
性别
女
学号
03071225
专业班级
通工0706班
课题名称
基于SystemView的HDB3编解码仿真系统
课题
类型
软件
设计
难度
一般
毕业设计（论文）时间
2011年 1月 3日～ 6月 10日
指导教师
党薇（职称讲师）
课题任务
完成情况
论文（千字）；设计、计算说明书（千字）；图纸（张）；
其它（含附件）：
指导教师意见
分项得分：
开题调研论证分；课题质量（论文内容）分；创新分；
论文撰写（规范）分；学习态度分；外文翻译分
指导教师审阅成绩：
指导教师（签字）：
2011 年 月 日
评
阅
教
师
意见
分项得分：
选题分；开题调研论证分；课题质量（论文内容）分；创新分；
论文撰写（规范）分；外文翻译分
评阅成绩：
评阅教师（签字）：
2011年 月 日
验收小组意见
分项得分：
准备情况分；毕业设计（论文）质量分；（操作）回答问题分
验收成绩：
验收教师（组长）（签字）：
2011 年 月 日
答
辩
小组
意
见
分项得分：
准备情况分；陈述情况分；回答问题分；仪表分
答辩成绩：
答辩小组组长（签字）：
2011年月日
成绩计算方法
（填写本院系实用比例）
指导教师成绩20（％）评阅成绩30（％）验收成绩30（％）答辩成绩20（％）
学生实得成绩（百分制）
指导教师成绩评阅成绩验收成绩
答辩成绩总评
答辩委员会意见
毕业论文（设计）总评成绩（等级）：
院（系）答辩委员会主任（签字）：
院（系）（签章）
2011年月日
备
注
西安邮电学院毕业论文（设计）成绩评定表（续表）
目录
摘要I
ABSTRACTII
引言1
1 绪论2
1.1 课题背景及研究意义2
1.2 HDB3码的应用3
1.3 本文主要研究内容3
2 SystemView软件介绍4
2.1 SystemView简介4
2.2 SystemView图符库简介4
2.2.1 基本库4
2.2.2 专业库5
2.2.3 自定义库5
2.3 本文涉及的图符详细介绍5
2.3.1 基本库5
2.3.2 专业库7
3 编译码系统设计方案9
3.1 编码器设计方案9
3.1.1 四连“0”检测器10
3.1.2 “V”码产生器10
3.1.3 “B”码产生器10
3.1.4 AMI编码器11
3.2 译码器设计方案12
4 仿真实验及结果分析14
4.1 编码器部分14
4.1.1 编码器电路14
4.1.2 编码器仿真波形及分析16
4.2.1 译码器电路21
4.2.2 译码器仿真波形及分析22
5 结束语27
致谢28
摘要
在实际数字通信中，经常需要在数字通信设备之间通过同轴电缆或其他有线传输媒介来传输数字基带信号。
通常采用的线路码型有AMI码（双极性传号交替反转码）和HDB3码（三阶高密度双极性码）等。
本文重点讨论HDB3码的编译码功能实现。
本文根据HDB3码的编译码规则，给出了HDB3码的编码器和译码器的设计方案（其中编码器包括四连“0”检测、“V”码生成、“B”码生成和AMI编码四个模块），借助SystemView仿真软件平台构建了仿真实验系统，进行仿真实验，并对实验结果做了详细分析。
SystemView仿真软件功能十分强大，包含内容也较多，本文仅对软件功能做简要介绍，在实验系统中涉及的图符，文中给出了详细的功能说明和参数设置说明。
仿真结果表明，HDB3码的编码器和译码器设计正确，电路实现较为简便，整个系统的时延较小，HDB3码的频谱结构符合数字通信传输码型的要求。
关键字：
HDB3码；SystemView；编译码
ABSTRACT
Inthedigitalcommunications,actually,digitalbasebandsignalshouldbetransmittedbetweencommunicationequipmentsbycoaxialcableorothertransmissionmedium.ThecodesusuallyusedareAMI,HDB3andsoon.ThispaperwilldiscussthedesignandimplementofcodecofHDB3.
BasedonrulesofHDB3,HDB3codecdesignwillbegiven（therearefourmodulesinencoder,namely,detectionoffour0sequenceinsourceinformation,generatorof“V”,violationoftheAMIrule,generatorof“B”,obeyingtheAMIrule,andAMIencoder）.WiththehelpofSystemViewsoftware,codecsystemwillbeconstructed,andtheresultwillbeanalyzed.Thesoftware,SystemView,isverystronginfunction,withmuchcontent.Thebriefintroducewillbegiven,andthebuttonreferredtointheHDB3codecsystemdescribeddetailedly,includingit’sfunctionandparameters.TheresultdemonstratesthevalidityofHDB3codecdesign.Inaddition,thesystemisnotcomplicatedincircuitandlittleintimedelay.Moreover,thespectrumiscorrespondedtorequirementsofdigitalcommunicationcodes.
Keywords:
HDB3code;SystemView;codec
引言
数字通信系统中，数字信源的输出通常是采用单极性不归零码表示，这种信号不但含有直流分量，而且低频成分也极其丰富，不适合在低频特性不好的信道中传输，接收端位定时信号也不便从中直接提取。
随着数字通信的发展，人们先后提出了许多适合线路传输的码型。
HDB3码是AMI码的改进形式。
AMI码无直流，低频成分很少，符合基带系统的要求。
但当信息序列中连“0”较多时，AMI码编码输出为0，这样接受端难以从接收到的信号中提取位定时信号。
HDB3码就是克服了这一问题的一种码型，在实际中有着广泛的应用，是CCITTG.703推荐的PCM基群、二次群和三次群的数字传输接口码型。
HDB3码虽然采用的是双极性归零码型，但由于码元之间引入了相关性，频谱结构得到优化，主瓣宽度与不归零码型相同。
本文给出了HDB3码的编码器和译码器的设计，并通过仿真验证了设计的正确性，以及HDB3码作为数字通信系统常用线路码的优越性，总共分为五章：
第一章为绪论，介绍了HDB3码的理论基础；第二章为SystemView软件介绍，给出了该软件整体的简要介绍，以及HDB3编译码仿真所涉及的图符的详细介绍；第三章为编译码系统设计方案，对编码器和译码器两个模块分别进行阐述；第四章为仿真结果及分析，给出仿真过程中个关键点的波形图和频谱图，并对仿真结果做出分析；第五章为结束语，对HDB3编译码系统的设计方案和仿真结果做总结和归纳。
1 绪论
1.1 课题背景及研究意义
数字脉冲调制的方法有三种：
脉冲幅度调制（PAM）、脉冲位置调制（PPM）和脉冲宽度调制（PDM）。
由于脉冲幅度调制的频带利用率高，所以数字PAM信号特别使用在限带基带信道中传输。
常用的数字PAM信号波形（码型）有：
单极性不归零码（NRZ）、双极性不归零码、单极性归零码（RZ）、双极性归零码、差分码（又名相对码）和多电平的PAM信号波形（MPAM）。
线路码，又称调制码或传输码，是在数字基带传输中，对所要传输的不相关序列进行相关编码，用来控制编码后的数字基带信号波形的功率谱形状，以适应在基带信道中传输的要求。
由于在基带信道传输时，不同传输媒介具有不同的传输特性，所以需要使用不同的接口线路码型，这在国际上有统一规定。
为了匹配于基带信道传输媒介的传输特性，并考虑到在收端提取时钟方便，希望所设计的线路码型应具有以下的特性：
（1）线路码的功率谱密度特性匹配于基带信道的频率特性。
（2）减少线路码频谱中的高频分量。
尽量减少线路码频谱中的高频成分，使得线路码的带宽比基带信道带宽窄得多，这样一方面可节省传输频带，另一方面也可使得在传输时不致引起码间干扰。
综合上述两点，一般要求线路码的功率谱不应含有离散的直流分量，并尽量减小低频分量及高频分量。
（3）便于从接收端的线路码中提取符号同步信号。
为便于在接受端从收到的线路码中提取符号同步信号（即时钟分量），一方面要求线路码经简单的非线性变换后能产生离散的时钟分量，可从中提取时钟；另一方面希望从线路码提取的离散时钟分量尽量不受信源所产生数字符号的统计特性的影响，即使在信源输出符号中出现长串连“0”或连“1”码时，仍能从线路码中恢复时钟。
（4）减少误码扩散。
对某些线路码型，由于信道传输产生的单个误码会导致译码输出出现多个错误，称此现象为误码扩散，希望误码扩散越少越好。
（5）便于误码监测。
要求在基带传输中具有内在的检错能力，可检测出基带信号码流中错误的信号状态。
（6）尽量提高线路码型的编码效率。
本文所要讨论的HDB3码就是常用的线路码的一种，采用双极性不归零码型。
1.2 HDB3码的应用
CCITT建议，HDB3码为PCM系统欧洲系列时分多路数字复接一次群2.048Mbit/s、二次群8.448Mbit/s、三次群34.368Mbit/s的线路接口码型。
HDB3码具有以下特点：
（1）无直流分量、低频分量小。
（2）连0串不会超过3个，对定时信号的恢复十分有利。
（3）编码复杂，但译码简单。
鉴于HDB3码的优点，它在实际通信系统中应用十分广泛。
例如，某数字微波通信设备输出的2.048Mbit/s单极性不归零码序列需要通过同轴电缆传向相隔几千米远的另一个数字终端复用设备。
由于单极性不归零码序列的功率谱中含有离散的直流分量及很低的频率成分，与同轴电缆的传输要求（由于均衡与屏蔽的困难，不使用低于60kHz的频率）不相符，所以该码型不适宜在电缆中传输。
为此，国际上有规定，在数字通信设备之间传输2.048Mbit/s数据的接口码型为HDB3码。
因而，需将该数字微波通信设备输出的2.048Mbit/s单极性不归零码变换成HDB3码，然后再通过电缆传输至远处的数字终端复用设备，而此数字复用终端设备在收到HDB3码后，立即设法从传来的HDB3码中提取出符号同步信号（即时钟分量），再将HDB3码型变换为单极性不归零码序列，这样就完成了远距离的数字基带传输。
1.3 本文主要研究内容
如上所述，HDB3码特点符合线路码选码要求，适合实际应用。
本课题研究的主要内容是基于SystemView仿真平台的HDB3码编码器和译码器的设计和实现，得到预期仿真结果，再对结果进行分析，探讨HDB3采用码型的优点，以及HDB3码作为线路码的优点。
2 SystemView软件介绍
2.1 SystemView简介
SystemView是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求。
SystemView以模块化和交互式的界面，在大家熟悉的Windows窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分析引擎。
使用SystemView，只需关心项目的设计思想和过程，而不必花费大量的时间去编程建立系统仿真模型。
用户只需使用鼠标点击图标即可完成复杂系统的建模、设计和测试，而不必学习复杂的计算机程序编程，也不必担心程序中是否存在编程错误。
SystemView仿真系统有以下特点：
1、能仿真大量的应用系统
2、快速方便的动态系统设计和仿真
3、在报告中方便地加入SystemView的结论
4、提供基于组织结构图方式的设计
5、多速率系统和并行系统
6、完备的滤波器和线性系统设计
7、先进的信号分析和数据块处理
8、可扩展性
9、完善的自我诊断功能
SystemView软件虽小，但功能强大，使用方便，是迄今为止专用于动态系统仿真的优秀软件，特别是在通信系统分析和设计领域具有广阔的应用前景。
2.2 SystemView图符库简介
SystemView的图符库是进行仿真的基本单元，可分为基本库（MainLibraries）、专业库（OptionalLibraries）以及自定义库（CustomLibraries）三种。
基本库与专业库之间由“库选择”按钮进行切换，而扩展库则要由定义库听过动态链接库（*.dll）加载进来。
2.2.1 基本库
SystemView的基本库包括信号源库（Source）、子系统库（MetaSystem）、加法器（Adder）、子系统输入/输出端口（MetaI/O）、算字库（Operator）、库函数（Function）、乘法器（Multiplier）、信号接收器库（Sink）等，为系统仿真提供最基本的工具。
其中仔细痛苦不属于SystemView所提供的范围，其内容要由用户自己创建；子系统输入/输出端口只能够包含两个图符，用于设置子系统与系统与系统其它部分连接时的输入/输出端口，实际在创建子系统时可自动调用，无需用户选择。
加法器库和乘法器库中各只有一个图符，其功能是完成几个输入信号的加法和乘法运算，这样，基本库实际上由信号源库、算子库、函数库和信号接收器库组成。
2.2.2 专业库
除了基本库以外，SystemView的专业库提供可选择的能够增加核心库功能的用于特殊应用的库。
使用专业库中的图符，SystemView就可以方便地进行各种复杂的系统仿真，更能发挥SystemView信号级系统设计的特点。
SystemView的专业库包括有通信库（CommunicationLibrary）、DSP库（DSPLibrary）、逻辑库（LogicLibrary）、射频/模拟库（RF/AnalogLibrary）和M-Link应用。
它们分别用于基本通信系统的仿真、DSP系统的仿真、逻辑模拟、无线通信系统射频模块的仿真与科学计算软件Matlab的链接。
2.2.3 自定义库
当SystemView丰富的图符库资源不能完全满足用户的需要时，SystemView还提供了自定义库“UserCodeLibrary”功能，为系统设计人员提供了更加灵活的设计手段。
2.3 本文涉及的图符详细介绍
本课题是基于SystemView5.0版本实现HDB3码编译码系统的仿真的，本节将给出在该软件版本下，后续的HDB3码编译码系统仿真中所涉及到的图符库和图符，以便于查询和应用。
2.3.1 基本库
仿真时所用到的基本库中的图符或库如下所示：
信源库子系统加法器操作库函数库信宿库
接下来按上述顺序给出部分图符或库的使用方法。
信源库。
双击信源库图标，弹出对话框如图2-1所示。
图2-1 信源库对话框
选择Periodic中的PulseTrain进行参数设置，可以得到时钟信号；选择Noise/PN中的PNSeq进行参数设置，可以得到随机序列；选择Aperiodic中的StepFct进行参数设置，可以得到阶跃信号。
子系统图符。
在HDB3码的编译码系统仿真中，搭建并调试成功编码系统，进行译码系统搭建和调试时，编码系统就不需要再动，为使界面美观，且观察、调试译码系统更加方便，可以把编码系统用子系统图符表示。
选定待建子系统中所包含的所有图符及其连接，单击鼠标右键，选择“CreateMetasystem”，即可完成子系统的创建。
子系统以一个图符体现出来，该图符与SystemView所提供的其他图符形状相同。
操作库。
双击操作库图符，弹出对话框如图2-2所示。
图2-2 操作库对话框
选择Logic中的Compare进行参数设置，实现数据比较器功能；选择Delays中的Delay进行参数设置，
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