码型变换实验

1、通信原理 码型变换实验实验一 码型变换实验1、 实验目的 1. 了解几种常用的数字基带信号。 2. 掌握常用数字基带传输码型的编码规则。 3. 掌握常用CPLD实现码型变换的方法。二、实验内容 1. 观察NRZ码、RZ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码的正、负极性波形。 4. .观察NRZ码、RZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码经过码型反变 换后的输出波形。 5. 自行设计码型变换电路，下载并观察波形。 三、实验器材 1. 信号源模块 2. 号模块（码型变换） 3. 号模块（载波同步） 4.

2、20M双踪示波器 5. 连接线（若干） 4、 实验原理 （1） 基本原理1、 数字通信中,有些场合可不经过载波调制解调而让基带信号直接进行传输。例如，市区内利用电传机直接电报通信，或者利用中继长距离直接传输PCM信号等。这种不使用载波调制装置而直接传送基带信号的系统,称为基带传输系统。它的基本结构如图1所示:图1 基带传输系统基本结构结构说明：（1） 信道信号合成器：产生适合于信传输的基带信号。 （2） 信道可以是允许基带信号通过的媒质，如能通过从直流到高频的有线线路。（3） 接收滤波器：用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰。（4） 抽样判决器：在噪声背景下判定与再产生基带信号。2、基带

3、调制与解调（1）数字基带调制器：把数字基带信号变换成基带信号传输的基带信号。（2）基带解调器器：把信道基带信号变换成原始数字基带信号。（3）对传输用的基带信号的主要要求（4）对代码：将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；（5）对码型的电波形：电波形适宜于在信道中传输。（2） 编码规则 1、NRZ码 NRZ (Noreturn-To-Zero)码，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。例如图2：图2 NRZ码2、RZ码 RZ (Return-To-Zero)码,全称是单极性归零码，与NRZ码不同的是，发

4、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。例如图3： 图3 RZ码 3、AMI码 AMI (Alternative Mark Inversion)码,全称是传号交替反转码，其编码规则如下：信息代码0（空号）和1（传号），信息码中的“0”仍变换为传输码的“0”，而信息码中的“1”交替变换为传输码的“1、1、1、1、”。例如： 信息代码：1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1AMI码： +10 0-1+10 0 0-1+1 -1AMI码的主要规律是，传号交替反转，基带信号正负脉冲交替，0电位保持不变。则主要优点：无直流成分，且只有很少低频成分，适宜在不允许

5、这些成分通过的信道中传输。此外，编译码电路简单，便于观察误码。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。AMI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。（连“0”） 4、HDB3码HDB3( Order High Density Bipolar)全称是三阶高密度双极性码，对AMI码的一种该进码。其编码规则如下：（1） 先检查信息代码（二进制）连“0”情况。当连“0”数目小于等于3时，按照AMI码对信息代码编码，即“1”用“+1”与“-1”交

6、替代替。（2） 当连“0”数目超过3时，将4个连“0”信息码化作一小节，用取代节“000V”或“B00V”代替。V是破坏脉冲，B调节脉冲。（3） V与前一相邻非“0”脉冲极性相同，并且V嘛之间极性必须交替。可取值+1，-1。（4） B可取0，+1，-1，以使V同时满足（3）中要求。（5） V码后面的传号码极性也要交替。当两个相邻“V”码中间有奇数个信息“1”码时，取代节为“000V”码；当有偶数个信息“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 ： 1 000 

7、  0   1 000   0    1    1   000   0  1     1 AMI码： -1 000 0 +1 000 0 -1 +1 000 0 -1 +1 HDB3码：-1 000  -V +1 000  +V  -1  +1 -B00 V&

8、#160;+1    -1 HDB3码特点明显，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。 ）5、 CMI码CMI (Coded Mark Inversion),是传号反转码的简称，其编码规则为： “1”码交替用“11”和“00”表示；“0”码用“01”表示。例如： 代码： 1 1 0 1 0 0 1 CMI码： 1 1 0 0 0 1 1 1

9、0 1 0 1 0 0 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CCITT推荐为PCM（脉冲编码调制）四次群的接口码型。在光缆传输系统中有时也用作线路传输码型。6、 BPH码 BPH码的全称是数字双相码(Digital Diphase),又叫分相码(Biphase，Split-phase)或曼彻斯特码(Manchester)。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。）BPH码编码规则之一是：001（零相位的一个周期的方波）；   11

10、0（相位的一个周期的方波）。例如： 代码：   1    1    0    0    1    0    1 BPH码：10   10   01   01   10   01   10 &

11、#160;   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。（3） 电路原理 将信号源产生的NRZ码和位同步信号BS送入U1（EPM3064）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CPLD的IO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，再通过外加电路合成双极性码），如HDB3码的正、负极性编码信号送入U2（CD4051）的选通控

12、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。解码也同样需要将双极性的HDB3码变换成分别代表正极性和负极性的两路信号，再送入CPLD进行解码，得到NRZ码。其他双极性码的编、解码过程相同。 各编码波形如图4所示。图4 编码波形5、 输入、输出点参考说明 1输入点说明NRZ：NRZ码输入点。 BS：编码时钟输入点。 BSR：解码时钟输入点。 IN-A：正极性HDB3/AMI码编码输入点。 IN-B：负极性HDB3/AMI码编码输入点。 DIN1：正极性HDB3/AMI码解码输入点。 DIN2：负极性HDB3/AMI码解码输入点。 HDB3/AMI-IN：HDB3/AMI码编码

13、输入点。 2输出点说明 DOUT1：编码输出，由拨码开关S1控制编码码型。选择AMI、HDB3码型时，为正极性编码 输出。 DOUT2：编码输出，由拨码开关S1控制编码码型。选择AMI、HDB3码型 时，为负极性编码 输出，选择其它码型时，无输出。 OUT-A：正极性HDB3/AMI码解码输出点。 OUT-B：负极性HDB3/AMI码解码输出点。 HDB3/AMI-OUT：HDB3/AMI码编码输出点。 NRZ-OUT：解码输出。 六、实验步骤 1CMI，RZ，BPH码编解码电路观测 （1）将信号源模块和模块6、7固定在主机箱上，将塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。 （2）通过模块6上

14、的拨码开关S1选择码型为CMI码，即“00100000”。 （3）信号源模块上S4、S5都拨到“1100”，S1、S2、S3分别设为“01110010”“01010101”“00110011”。 （4）对照下表完成实验连线 。表1 CMI，RZ，BPH码编解码电路连线源端口目的端口连线说明信号源：NRZ（8K）模块6：NRZIN8KNRZ码基带传输信号输入信号源：CLK2（8K）模块6：BS提供编译码位时钟模块6：DOUT1模块6：DIN1电平变换的编码输入A模块6：DOUT1模块7：DIN锁相环法同步提取输入模块7：BS模块6：BSR提取的位时钟给译码模块* 检查连线是否正确，检查无误后打开

15、电源。（5）将模块7的S2设置为“0111” （6）以 “NRZIN”为内触发源，用双踪示波器观测编码输出“DOUT1”波形。 （7）以 “NRZIN”为内触发源，用双踪示波器对比观测解码输出“NRZ-OUT”波形，观察解码波形与初始信号是否一致。 （8）拨码开关S1选择码型为RZ码（00010000）、BPH码（00001000）重复上述步骤。 （9）实验1结束关闭电源。2 AMI，HDB3码编解码电路观测 （1）通过模块6上的拨码开关S1选择码型为AMI码，即“01000000”。 （2）将信号源S4、S5拨到“1100”，S1、S2、S3分别设为“01110010”“00011000”“

16、01000011”。 （3）对照下表完成实验连线：表2 实验2连线源端口目的端口连线说明信号源：NRZ（8K）模块6：NRZIN8KNRZ码基带传输信号输入信号源：CLK2（8K）模块6：BS提供编译码位时钟模块6：DOUT1模块7：DIN滤波法同步提取输入模块7：位同步输出模块6：BSR提取的位同步输入模块6：DOUT1模块6：IN-A电平变换A路编码输入模块6：DOUT2模块6：IN-B电平变换B路编码输入模块6：HDB3/AMI-OUT模块6：HDB3/AMI-IN电平反变换输入模块6：OUT-A模块6：DIN1电平反变换A路编码输出模块6：OUT-B模块6：DIN2电平反变换B路编码输

17、出* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源 （4）模块7的S2设置为“1000”。 （5）以 “NRZIN”为内触发源，分别用双踪示波器观测“DOUT1”，“DOUT2”，“HDB3/AMI-OUT”三点的波形。 （6）以 “NRZIN”为内触发源，用双踪示波器观测“OUT-A”，“OUT-B”，“NRZ-OUT”三点的波形，观察解码波形与初始信号是否一致。 （7）通过拨码开关S1选择码型为HDB3码（S1设置为“10000000”），重复上述步骤。 3 将信号源模块上的拨码开关S1，S2，S3全部拨为0或者全部拨为1，重复步骤1、2，观察各码型编解码输出。 4. 实验结束关闭电源，拆除连线，

18、整理实验数据及波形完成实验报告。 7、 实验结果1、 CMI，RZ，BPH码编解码电路观测信号源原码设置，这里设置与实验原理中的相同，为了有方向地验证。表3 原码设置播码开关码位12345678S101101000S201100000S301010100这样设置之后，一个周期原码为：011010000110000001010100, 共24为码元，那么任意时刻在示波器上观察到的波形码元都是此码组的一个循环移位。（1） CMI码DOUT1: CMI编码输出图5 CMI编码输出波形表4 CMI编码输出码S1S2S3组1234567812345678123RZ11000000110000000011

19、00000000011000原10101000110100001102）NRZ-OUT：CMI解码波形图6 CMI解码波形（2） RZ码DOUT1: RZ编码输出图7 RZ编码输出波形与图对应“0”、“1”码为（左起一个“1”开始计数的一个周期24位）如下表。说明：表中上下行与图中上下波形对应,由于波形的周期性和时宜，S1，S2，S3并不与设置的信号源模块中的S1，S2，S3一致，这里仅表明选取一个周期并分为3组。下面的（2）（3）等也是一样。表5 RZ编码输出码S1S2S3组123456781234567812345678RZ100100100001010010000001010000000原101010001101000011000000NRZ