北京交通大学实验四 HDB3编码与译码实验.docx

1、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：AMI编码和解码原理HDB3编码和解码原理定时提取原理二、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

2、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(Alternative Mark Inversion)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（High Density Bipolar of Order 3，简称：HDB3码）是一种适用于基带

3、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

4、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

5、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）

6、、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

7、。（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KD

8、01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

9、）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TPD011111111双极性AMI编码1-11-11-11【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TPD011111111单极性AMI编码1010101【结论】：当输入为全1码时，AMI单极

10、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TPD010000000双极性AMI编码1-100-110【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TPD011111111单极性AMI编码1100110【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

11、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3-5 HDB3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

12、单极性码输出，用示波器测量模拟锁相环模块TPP01、TPP02波形；图3-6 15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6-9 15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

13、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。