HDB3编译码.docx

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HDB3编译码

一、设计总体思路

1．1数字基带通信系统

数字基带传输系统的输入信号是由终端设备或编码设备产生的二进制脉冲序列，通常使用的是单极性的矩形脉冲信号（NRZ码）。

为了使这种信号适合于信道的传输，一般要经过码型变换器，把单极性的二进制脉冲变成双极性脉冲（如AMI或HDB3码）。

发送滤波器对码脉冲进行波形转换，以减小信号在基带传输系统中传输时产生的码间串扰。

码间串扰和信道噪声是影响基带信号进行可靠传输的主要因素，而它们都与基带传输系统的传输特性有密切的关系，为了使基带系统的总传输特性能够把码间串扰和信道噪声的影响减少到尽量小的程度，是基带传输系统的设计目的。

信号在传输过程中，由于信道特性不理想及加性噪声的影响，会使接收到的信号波形产生失真，为了减小失真对信号的影响，接收信号首先进入接收滤波器滤波，然后再经均衡器对失真信号进行校正，最后由抽样判决器恢复数字基带脉冲序列。

1．2HDB3编译码

在生活中，我们得到的大多是低频信号或直流信号，但是，在含有直流分量和较丰富低频分量的单极性基带信号波形不适合在普通的信道中传输，因为一般的信道的低频传输特性差容易受噪声的干扰，可能造成信号严重畸变，甚至可能被噪声完全淹没而分不出信号，因此有必要对传输的信号进行编码，而经过信道编码后的传输码却具有较强的波形抗干扰性。

我们比较常用的编码规则有HDB3和AMI编码。

HDB3码的全称是3阶高密度双极性码，它是AMI码的一种改进型，其目的是为了保持AMI码的优点而克服其缺点，使连“0”个数不超过3个。

其编码规则如下：

（1）当信码的连“0”个数不超过3时，仍按AMI码的规则编，即传号极性交替；

（2）当连“0”个数超过3时，则将第4个“0”改为非“0”脉冲，记为+V或-V，称之为破坏脉冲。

相邻V码的极性必须交替出现，以确保编好的码中无直流；

（3）为了便于识别，V码的极性应与其前一个非“0”脉冲的极性相同，否则，将四连“0”的第一个“0”更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，并记为+B或-B；

（4）破坏脉冲之后的传号码极性也要交替。

例如：

代码：

1000010000110000l1

AMI码：

-10000+10000-1+10000-1+1

HDB3码：

-1000-V+1000+V-1+1-B00-V+1-1

其中的±V脉冲和±B脉冲与±1脉冲波形相同，用V或B符号的目的是为了示意是将原信码的“0”变换成“1”码。

虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。

从上述原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性（包括B在内）。

这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连0码，再将所有-1变成+1后便得到原消息代码。

HDB3码保持了AMI码的优点外，还将连“0”码限制在3个以内，故有利于定时信号的提取。

HDB3编译码原理框图如下图所示：

图1.1总原理框图

二、单元电路的设计

2．1编译码器功能模块电路

本单元用CD22103集成电路进行HDB3编译码。

编码时，需输入NRZ码及位同步信号，由数字信源单元提供，CD22103编码输出两路并行信号，+H—OUT和-H—OUT，它们都是半占空比的正脉冲信号，分别与HDB3码的正极性信号及负极性信号相对应。

根据编码规则可以的出，每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性（包括B在内）。

这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连0码，再将所有-1变成+1后便得到原消息代码。

HDB3码保持了AMI码的优点外，还将连“0”码限制在3个以内，故有利于定时信号的提取。

图2.1HDB3编码方框图

HDB3译码电路图与单双极性变化电路图如下：

图2.2HDB3译码电路图与单双极性变化电路图

2．2双/单极性变换电路

译码时，需将HDB3码变换成两路单极性信号分别送到CD22103的+H—IN和-H—IN引脚，来实现此功能的是下面所示的双/单变换电路。

双/单极性变换及相加器构成一个整流器。

整流后的HDB3信号含有位同步信号频率离散谱，将为下一步译提取位同步信息。

根据编码规则可以的出，每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性（包括B在内）。

这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连0码，再将所有-1变成+1后便得到原消息代码。

HDB3码保持了AMI码的优点外，还将连“0”码限制在3个以内，故有利于定时信号的提取。

图2.3HDB3译码方框图

图2.4双/单极性变化电路图

2．3位同步信号的提取

数字信号传输过程中，收发两端一定要有一个时间上同步的问题。

发端某一时刻发出一个码元，收端在相应某一时刻（一般滞后一个固定时间）抽样判决后再生这个码元，这样收发两端的码元一一对应不会搞错。

在本单元电路中，位同步信号的离散谱来自上一级的整流后的信号，由于位同步频率比较低，很难将有源带通滤波器的带宽做得很窄，它输出的BPF信号是一个幅度和周期都不恒定的正弦信号，对此信号进行限幅放大处理后得到幅度恒定、周期变化的脉冲信号，但仍不能将此信号作为译码器的位同步信号，需要进一步处理，当锁相环自然谐振频率足够小时，对输入的电压信号可等效为窄带带通滤波器，它可以输出一个符合译码要求的位同步信号BS—R。

HDB3D

图2.5位同步信号提取方框图

图2.6位同步信号电路图

三、系统仿真

本次课程设计采用SYSTEMVIEW来进行仿真。

3．1HDB3编译码模块仿真

将输入的NRZ信号经过系统电路编译后得到HDB3的码型输出。

仿真图如下：

图3.1HDB3编译码系统电路

HDB3编译码输出波形，如图3.2

图3.2HDB3编译码输出波形

3．3位同步单元电路仿真

单极型NRZ信号经微分，整流和滤波后。

再经过脉宽扩展就可以得到位同步信号。

原理图如下：

图3.3位同步系统仿真电路

仿真后得到得各波形如下：

Sink14为经过微分以后的信号Sink16为整流后的信号。

Sink15为经过滤波以后的信号Sink17为位同步信号。

具体波形如下：

图3.4各面板输出波形

四、调试结果

以数字信源单元的FS信号作为示波器的外同步信号，将示波器的两个探头分别接入NRZ－OUT和HDB3接口，观察得出图4.1的波形。

由于在电路中加入延迟器所以得到的波形也产生了相应的延迟。

图4.1NRZ和HDB3波形延迟3个周期

观察完上述的波形后，将与HDB3接口相接的探头接到BS－R处观察位同步信号的波形。

结果如图4.2所示。

图4.2HDB3码与位同步信号

最后观察BPF带通的波形，如图4.3所示。

图4.3HDB3码与带通滤波器

五、设计体会与心得

刚开学就接到了要进行通信原理课程设计的通知，来到学校还没把心收好就开始了通信原理的课程设计，感觉有些适应不过来。

这次我接到的课题任务是“HDB3编译码的设计与研究”。

上学期末刚进行完高频电子线路的课设，有些理论，技巧还算熟悉，因此对这次的课程设计还是充满信心的，一开始刘老师就给我们大致的分配了一下任务与人员，简单的介绍了一下课题以及怎样着手去完成课题，因此我们还是有一个大致的方向可以去走，关键是要自己亲自去动手，第一天除了调整心态以外，也没闲着，赶紧去图书馆借了两本参考书，一本是关于《通信原理课程实验简明教程》，另一本是关于软件的《Systemview动态系统分析及通信系统仿真设计》。

虽然本次课设有两周的时间，可是如果你一不留神或是不重视的话一下就到要交报告了，有些同学却还蒙在那里不知所措，所以无论干什么，时间还是要好好规划的，对于一个课题，首先要先搜集资料，搞清楚要研究的对象是什么，要做的重点是什么，要用什么原理（这一般都是已学的教材上的）不过我们要做的是实际性比较强的东西，那么在实际操作中，应该有哪些改进与变化，因为理论毕竟还是理论，在头脑中有了一个大致的模块之后，接下来的工作就是把搜集来的资料整理，尝试着去设计，去模仿，虽然我们强调原创，可是他山之石，可以攻玉，可利用的现有资源，不用岂不浪费，不过一定要自己动手，这是一个很重要的过程，也是一个能力培养的过程，我们现在所做的东西几乎都是别人已经做好了的，我们做起来可能会做得更好，但也不排除更差，但是这不是重点，人各有长处，关键是一个训练的过程。

也有少数同学，老想着只要照着别人的弄就能蒙混过关，但是，后来才知道这是不可能的，自己不学点东西是没有办法通过的。

要设计本次课题，首先得弄清楚许多相关的概念。

这对于通信原理学得一般的我，有些难度。

把老师给的课设笔记看了一遍，里面的东西还是需要平时的努力积累才能一点一点地消化的。

我花了一上午把上学期通信原理课本里有关于HDB3的知识看了一遍，大概了解后就搜寻资料，要在脑海里建立一个系统，才有可能继续设计下去。

在具体的设计中又复习了以前学习的一些模拟软件的使用，画图用到了Protel。

仿真如systemview等仿真软件的使用，也用到了上个学期新学习的软件Protel绘图。

在使用systemview虽然觉得很不顺手，但实践后，有很大的收获。

记得仿真HDB3编译码模块时，我就在实验室呆了两天，每时每刻每刻都在仿，改那些参数等，后来还是经刘老师的指点，参考了一些经典值才仿真出来。

我们在这门课程设计上花了很多时间，但是这个过程也让我们对HDB3编译码有了更深的了解，以及怎样将书本上学到的一些理论知识应用到实际应用中，这也就是课程设计的目的所在。

在此要再一次感谢我的指导老师刘正青老师给予我的指导与鼓励。

六、附录（总原理图）

图6.1HDB3编译码总原理图

七、参考文献

1、《通信原理简明教程》，樊昌信，电子工业出版社

2、<>

3、《通信原理实验》浣喜明，湖南工程学院

4、《通信电子线路实验指导书》刘望军，湖南工程学院

电气与信息工程系课程设计评分表

项目

评价

设计方案的合理性与创造性

硬件制作或软件编程完成情况*

硬件制作测试或软件调试结果*

设计说明书质量

设计图纸质量

答辩汇报的条理性和独特见解

答辩中对所提问题的回答情况

完成任务情况

独立工作能力

组织纪律性（出勤率）

综合评分

指导教师签名：

________________

日期：

________________

注：

表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；

此表装订在课程设计说明书的最后一页。

课程设计说明书装订顺序：

封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。