CMI編解碼的設(shè)計(jì)與仿真課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)i課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書cmi編解碼的設(shè)計(jì)與仿真學(xué)生姓名張敏杰學(xué)號1018064036班級網(wǎng)絡(luò)102成績指導(dǎo)教師李征計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系2012年7月1日3 網(wǎng)絡(luò)工程 課程設(shè)計(jì)評閱書題目cmi編解碼的設(shè)計(jì)與仿真學(xué)生姓名張敏杰學(xué)號1018064036指導(dǎo)教師評語及成績指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日答辯評語及成績答辯教師簽名： 年 月 日教研室意見總成績： 室主任簽名： 年 月 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20062007學(xué)年第一學(xué)期專業(yè)： 網(wǎng)絡(luò)工程 學(xué)號： 1018064036 姓名： 張敏杰 課程設(shè)計(jì)名稱： 網(wǎng)絡(luò)工程課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： cmi編解碼的設(shè)計(jì)與仿真 完成期限：自 2012 年 6 月 11 日

2、至 2012 年6 月 22 日共 2 周設(shè)計(jì)依據(jù)、要求及主要內(nèi)容（可另加附頁）：（1）設(shè)計(jì)cmi編解碼程序前，應(yīng)認(rèn)真了解其編解碼規(guī)則和原理，以理論做指導(dǎo)，再認(rèn)真構(gòu)思設(shè)計(jì)方案。（2）程序設(shè)計(jì)完成后應(yīng)進(jìn)行調(diào)試、仿真和分析3。（3）對于仿真結(jié)果的處理和理論分析結(jié)論應(yīng)該一致，而且仿真應(yīng)符合理論。（4）獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)并按要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。指導(dǎo)教師（簽字）： 教研室主任（簽字）： 批準(zhǔn)日期： 年 月 日摘 要cmi碼的簡介1、cmi碼是傳號反轉(zhuǎn)碼的簡稱，它是一種應(yīng)用于pcm四次群和光纖傳輸系統(tǒng)中的常用線路碼型，具有碼變換設(shè)備簡單、有較多的電平躍變，含有豐富的定時(shí)信息，便于時(shí)鐘提取，有一定的糾錯(cuò)能

3、力等優(yōu)點(diǎn)。在高次脈沖編碼調(diào)制終端設(shè)備中廣泛應(yīng)用作接口碼型，在速率低于8 448 kb/s的光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中也被建議作為線路傳輸碼型。在cmi編碼中，輸入碼字0直接輸出01碼型，較為簡單。對于輸入為1的碼字，其輸出cmi碼字存在兩種結(jié)果00或11碼，因而對輸入1的狀態(tài)必須記憶。同時(shí)，編碼后的速率增加一倍，因而整形輸出必須有2倍的輸入碼流時(shí)鐘。在cmi解碼端，存在同步和不同步兩種狀態(tài)，因而需進(jìn)行同步。同步過程的設(shè)計(jì)可根據(jù)碼字的狀態(tài)進(jìn)行：因?yàn)樵谳斎氪a字中不存在10碼型，如果出現(xiàn)10碼，則必須調(diào)整同步狀態(tài)。在該功能模塊中，可以觀測到cmi在譯碼過程中的同步過程。關(guān)鍵詞：cmi，通信，編碼，譯碼 目

4、錄1 概 述11.1 課程設(shè)計(jì)目的11.2課程設(shè)計(jì)要求21.3 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及其步驟21.4 課程設(shè)計(jì)平臺(tái)32 cmi編碼與解碼設(shè)計(jì)原理42.1 cmi編碼原理42.2 cmi解碼原理53 設(shè)計(jì)內(nèi)容73.1 對二進(jìn)制序列nrz碼進(jìn)行cmi編碼73.2 對自定義cmi碼進(jìn)行解碼93.3 對二進(jìn)制序列nrz碼進(jìn)行編碼再解碼還原114設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題及解決方法155總結(jié)與心得166參考文獻(xiàn)17181 概 述基帶信號作為代碼的一種電表示形式，在實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)中，并不是所有的基帶電波形都能在信道中傳輸，若一個(gè)變換器把數(shù)字基帶信號變換成適合于基帶信道傳輸?shù)幕鶐盘?，將有效的提高基帶信號的傳輸效率。歸納

5、起來，對傳輸用的基帶信號主要要求有兩點(diǎn)：一是對各種代碼的要求，期望將原始信息符號編制成適合于傳輸用的碼型；二是對所選碼型的電波要求，期望電波形適宜于在信道中傳輸1。本課程設(shè)計(jì)主要是對二進(jìn)制序列（例如：110010111）的基帶信號進(jìn)行cmi編碼與解碼，編碼成更適合與基帶信道傳輸?shù)幕鶐盘枴Ｔ谡莆樟薱mi編解碼的基本規(guī)則基本原理后，在matlab環(huán)境下用程序語言實(shí)現(xiàn)cmi編碼和cmi解碼以及cmi編解碼一體的信號還原功能2。具體實(shí)現(xiàn)了cmi編碼與解碼仿真過程。cmi碼的優(yōu)點(diǎn):1、不存在直流分量，并且具有很強(qiáng)的時(shí)鐘分量，有利于在接收端對時(shí)鐘信號進(jìn)行恢復(fù)；2、具有檢錯(cuò)能力，這是因?yàn)?碼用00或11表

6、示，而0碼用01碼表示，因而cmi碼流中不存在10碼，且無00與11碼組連續(xù)出現(xiàn)，這個(gè)特點(diǎn)可用于檢測cmi的部分錯(cuò)碼。1.1 課程設(shè)計(jì)目的（1）熟悉基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型，以及常用基帶傳輸碼的主要特性；（2）了解基帶傳輸常用編碼中的cmi編碼與解碼的基本規(guī)則和原理；（3）學(xué)會(huì)熟練使用matlab基本語言來設(shè)計(jì)簡單、常用的程序，來解決一些簡單的專業(yè)問題，模擬實(shí)現(xiàn)簡單通信原理的功能。（4）通過對二進(jìn)制序列nrz碼的cmi編碼前和解碼后的信號進(jìn)行碼型和波形的比較，掌握cmi編碼的原理和特性。（5）通過獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，獨(dú)立思考和獨(dú)立解決問題，提高自己的動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力，從而做到增強(qiáng)自身在這瞬息萬變

7、社會(huì)中的適應(yīng)能力。1.2課程設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)cmi編解碼程序前，應(yīng)認(rèn)真了解其編解碼規(guī)則和原理，以理論做指導(dǎo)，再認(rèn)真構(gòu)思設(shè)計(jì)方案。（2）程序設(shè)計(jì)完成后應(yīng)進(jìn)行調(diào)試、仿真和分析。（3）對于仿真結(jié)果的處理和理論分析結(jié)論應(yīng)該一致，而且仿真應(yīng)符合理論。（4）獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)并按要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。1.3 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及其步驟（1）隨機(jī)產(chǎn)生數(shù)字基帶信號：一段二進(jìn)制序列nrz碼，畫出其波形圖；將產(chǎn)生的數(shù)字基帶信號進(jìn)行cmi編碼，畫出編碼后的波形圖；將nrz碼編碼前后的波形進(jìn)行比較和分析；（2）自定義一段cmi碼，畫出自定義cmi碼的波形圖；將自定義cmi碼進(jìn)行解碼，并畫出解碼后二進(jìn)制nrz碼的波形；將自

8、定義cmi碼的波形與其解碼后的nrz碼波形進(jìn)行比較和分析；（3）隨機(jī)產(chǎn)生數(shù)字基帶信號：一段二進(jìn)制序列nrz碼；將產(chǎn)生的nrz碼進(jìn)cmi編碼；將編碼生成的cmi碼進(jìn)行解碼，畫出原nrz碼波形和cmi編碼波形以及解碼后的波形，將其碼型和波形分別與原輸入nrz碼型和波形進(jìn)行比較和分析，觀察編解碼還原是否正確。1.4 課程設(shè)計(jì)平臺(tái) （1）微機(jī)一臺(tái)；（2）微軟windows xp操作系統(tǒng)；（3）matlab 7.0；（4）微軟office word 2003; 2 cmi編碼與解碼設(shè)計(jì)原理2.1 cmi編碼原理基帶傳輸常用碼型cmi編碼的方案設(shè)計(jì)：根據(jù)ccitt推薦，由于這種碼型有較多的電平跳躍，因此，

9、含有豐富的定時(shí)信息。在程控?cái)?shù)字交換機(jī)中cmi碼一般作為pcm四次群數(shù)字中繼接口的碼型，在光纜傳輸系統(tǒng)中也用做線路傳輸碼型。cmi碼的全稱是傳號反轉(zhuǎn)碼， cmi碼的編碼規(guī)則如下：當(dāng)輸入“0”碼時(shí)，編碼輸出“01”，當(dāng)輸入“1”碼時(shí)，編碼輸出則“00“和”11“交替出現(xiàn)。例如：nrz代碼：1 1 0 1 0 0 1 0cmi碼：1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1其相應(yīng)的波形比較如圖2-1所示：圖2-1 編碼前與編碼后波形圖根據(jù)此規(guī)則輸出cmi碼元的速率應(yīng)為輸入基帶信號的2倍。編碼的總體思想是對輸入的基帶信號進(jìn)行采樣判斷，如果0則轉(zhuǎn)化為“01”，如果為“1”則交替轉(zhuǎn)化為“

10、11”或“00”?！?”的轉(zhuǎn)化結(jié)果只有一種可以直接轉(zhuǎn)化為“01”，而“1”的轉(zhuǎn)化結(jié)果有兩種“11”和“00”，因此需要一個(gè)信號作為判斷，當(dāng)前面一個(gè) “1”碼編碼轉(zhuǎn)換的是“00”時(shí)，判斷編碼轉(zhuǎn)化為“11”，當(dāng)前一個(gè)“1”碼編碼轉(zhuǎn)換的是“11”時(shí)，則判斷編碼轉(zhuǎn)化為“00”。2.2 cmi解碼原理cmi碼解碼的方案設(shè)計(jì):根據(jù)ccitt推薦，由于這種碼型有較多的電平跳躍，因此，含有豐富的定時(shí)信息，在程控?cái)?shù)字交換機(jī)中cmi碼一般作為pcm四次群數(shù)字中繼接口的碼型。cmi碼的編碼規(guī)則如下：當(dāng)輸入“0”碼時(shí)，編碼輸出“01”，當(dāng)輸入“1”碼時(shí)，編碼輸出則“00”和“11”交替出現(xiàn)1。根據(jù)此規(guī)則，在cmi的解

11、碼模塊中：如果接收到“01”碼，則可解碼成“0”碼；如果接收到“00”碼或“11”碼，則可解碼還原為基帶信號“1”，如果接收到“10”(因?yàn)閏mi編碼輸出是先輸?shù)母呶?但是由于cmi是串行傳輸，碼流中可能出現(xiàn)會(huì)出現(xiàn)“10”這樣的錯(cuò)誤cmi碼，為了解決這個(gè)問題，我們在解“10”碼時(shí)統(tǒng)一將其解碼輸出為原先值。例如：cmi碼： 11 00 01 01 11 01 10 01 00輸出解碼： 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 其相應(yīng)的波形比較如圖2-2所示： 圖2-2 cmi碼與其解碼波形圖3 設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1 對二進(jìn)制序列nrz碼進(jìn)行cmi編碼（1）隨機(jī)產(chǎn)生長度為20位數(shù)字基帶信號：二進(jìn)制序列n

12、rz碼；x=randint(20,1)；生成的20位nrz碼為：0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 （2）將生成的二進(jìn)制序列nrz碼輸入cmi編碼程序進(jìn)行cmi編碼；將編碼前后碼型進(jìn)行比較；畫出編碼前后的波形進(jìn)行分析；%cmi編碼程序，輸入隨機(jī)產(chǎn)生的20位nrz碼x，程序?qū)ζ溥M(jìn)行cmi編碼，運(yùn)行直接輸出編碼結(jié)果（詳細(xì)程序見附錄i的cmiencode.m）；for k=1:20 %for語句nrz碼序列的第一個(gè)到第二十個(gè)循環(huán);m=mod(n,2); %cmi編碼結(jié)果“00”和“11”交替的判決語句; if (x(k)=0) %如果nrz碼為“0”,則進(jìn)行下

13、一步; b(k)=0; %cmi編碼輸出的前一位為“0”; c(k)=1; %cmi編碼輸出的后一位為“1”;endif (x(k)=1 & m=1) %如果nrz碼為“1”且編碼判決碼為1,則進(jìn)行下一步; b(k)=1; %cmi編碼輸出的前一位為“1”; c(k)=1; %cmi編碼輸出的后一位為“1”; n=n+1; %判決輔助碼加“1”; end if (x(k)=1 & m=0) %如果nrz碼為“1”且編碼判決碼為“0”,則進(jìn)行下一步; b(k)=0; %cmi編碼輸出的前一位為“0”; c(k)=0; %cmi編碼輸出的后一位為“0”; n=n+1; %判決輔助碼加“1”;end

14、endfor k=1:20 %for語句cmi編碼后序列的第一個(gè)到第二十個(gè)的循環(huán); if (b(k)=1 &c(k)=1) %如果cmi編碼后的前一位和后一位都為“1”,則進(jìn)行下一步; fprintf( 11 ) %cmi編碼輸出為11; end else if (b(k)=0 &c(k)=0) %如果cmi編碼后的前一位和后一位都為“0”,則進(jìn)行下一步; fprintf( 00 ) %cmi編碼輸出為00; end else %上述情況以外; fprintf( 01 ) %cmi編碼輸出為01; endend cmi編碼輸出結(jié)果為： 00 01 11 01 01 01 00 11 00 11

15、 01 01 00 11 01 00 11 01 00 01將上述cmi編碼結(jié)果和原nrz碼比較發(fā)現(xiàn)，編碼輸出符合：當(dāng)輸入“0”碼時(shí)，編碼輸出“01”，當(dāng)輸入“1”碼時(shí)，編碼輸出則“00“和”11“交替出現(xiàn)的編碼規(guī)則，編碼程序仿真正確。cmi編碼前后波形比較如圖3-1所示：圖3-1 cmi編碼前后波形由圖中波形可以看出，將二進(jìn)制序列nrz碼進(jìn)行cmi編碼后，信號的電平躍變更多了，故定時(shí)信息量增加了，從而更加適合于基帶傳輸，提高了傳輸效率。3.2 對自定義cmi碼進(jìn)行解碼（1）自定義一段cmi碼，畫出其波形圖；將自定義cmi碼進(jìn)行解碼，畫出解碼后的波形； 輸入的cmi碼y為：1 1 0 0 0

16、1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0其波形圖如圖3-2所示： 圖3-2 自定義cmi碼波形（2）將cmi碼輸入解碼程序：%cmi碼解碼程序，輸入10個(gè)cmi碼，運(yùn)行程序?qū)⑵溥M(jìn)行解碼直接輸出解碼結(jié)果（詳細(xì)程序見附錄ii的cmidecode.m）；for k=1:2:21 %輸入的“1”、“0”一到二十循環(huán)； if (k+1)21) %為保證后面的k+1不超出碼長; if (y(k)=1 & y(k+1)=1) %如果輸入cmi為11時(shí),運(yùn)行下一步; fprintf( 1 ); %解碼輸出1; endif(y(k)=1 & y(k+1)=0) %如果cmi碼的10,則為錯(cuò)誤碼

17、,則輸出原碼;fprintf( 10 );endif (y(k)=0 & y(k+1)=0) %如果cmi碼為00,則運(yùn)行下一步; fprintf( 1 ); %解碼輸出1; end if(y(k)=0 & y(k+1)=1) %如果cmi碼為01,則運(yùn)行下一步; fprintf( 0 ); %解碼輸出0; end %結(jié)束循環(huán)語句； endend得到解碼結(jié)果為1 1 0 1 0 0 1 1 0 1其波形如圖3-3所示：圖3-3 自定義cmi解碼波形 觀察解碼結(jié)果和波形發(fā)現(xiàn)解碼符合cmi解碼規(guī)則，解碼正確，cmi解碼仿真成功。3.3 對二進(jìn)制序列nrz碼進(jìn)行編碼再解碼還原（1）隨機(jī)產(chǎn)生數(shù)字基帶信

18、號：二進(jìn)制序列nrz碼；x=randint(10,1)；生成的10位nrz碼為：0 0 1 0 1 1 1 1 0 0（2）將產(chǎn)生的nrz碼輸入編解碼程序進(jìn)行cmi編碼，再解碼還原成二進(jìn)制序列nrz碼。%cmi碼編解碼一體的還原程序，輸入隨機(jī)產(chǎn)生的10位二進(jìn)制序列nrz碼，運(yùn)行程序進(jìn)行編碼后輸出編碼結(jié)果，再解碼輸出解碼的結(jié)果（詳細(xì)程序見附錄iii 的cmi.m）；for k=1:10 %for語句cmi編碼后序列的第一個(gè)到第十個(gè)的循環(huán); if (b(k)=1 &c(k)=1) %如果cmi編碼后的前后位都為“1”,則進(jìn)行下一步; fprintf( 11 ) %cmi編碼輸出為11; else

19、if (b(k)=0 &c(k)=0) %如果cmi編碼后的前后位都為“0”,則進(jìn)行下一步; fprintf( 00 ) %cmi編碼輸出為00; else %上述情況以外; fprintf( 01 ) %cmi編碼輸出為01; end %結(jié)束本if語句; end %結(jié)束上層if語句; end %結(jié)束for循環(huán)語句; fprintf(n); %換行; fprintf(display decode result:n); %顯示輸出解碼結(jié)果為:;for k=1:10 %for循環(huán)語句; if (b(k)=1&c(k)=1) %if循環(huán)語句,如果cmi碼的前序列為1,則運(yùn)行下一步; fprintf(

20、 1 ); %輸出顯示 1 ;end %if循環(huán)結(jié)束; if (b(k)=1&c(k)=0 ) %如果cmi碼的前序列為1后序列為0,則運(yùn)行下一步; fprintf( 10 ) ; %錯(cuò)誤cmi碼，解碼輸出顯示原碼10;end if (b(k)=0 &c(k)=0) %if循環(huán)語句,如果cmi碼的前后位都為0,則運(yùn)行下一步; fprintf( 1 ); %輸出顯示 1 ; end %if循環(huán)結(jié)束; if (b(k)=0 &c(k)=1) %if循環(huán)語句,如果cmi碼的前位為0且后位為1； fprintf( 0 ); %輸出顯示 0 ; end %if循環(huán)結(jié)束;end %for循環(huán)結(jié)束; 程序運(yùn)

21、行輸出結(jié)果為：the input nrz code is:x = 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0display encode result: 01 01 11 01 00 11 00 11 01 01 display decode result:0 0 1 0 1 1 1 1 0 0（3）隨機(jī)生成的二進(jìn)制序列nrz碼波形、cmi編碼和解碼后波形如圖3-4所示： 圖3-4 隨機(jī)nrz碼波形、編碼后的波形、解碼后的波形通過前述程序輸出碼型和波形，不難看出程序的編解碼還原過程符合cmi編解碼規(guī)則，將二進(jìn)制序列nrz碼進(jìn)行cmi編碼后，信號的電平躍變更多了，故定時(shí)信息量增加了，且解碼輸出的二進(jìn)制序列碼與原輸入的nrz碼完全一致，編解碼一體還原仿真成功。4設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題及解決方法在此次課程設(shè)計(jì)中我遇到了很多難題，經(jīng)過老師的細(xì)心指導(dǎo)和我自己的努力鉆研和查閱書籍資料，問題都一一解決。出現(xiàn)的主要問題如下：（1）在設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)編碼程序時(shí)，遇到“1”碼的編碼結(jié)果“11”和“00”交替，但是不知道何時(shí)編碼輸出為“11”，何時(shí)編碼輸出為“00”，經(jīng)過仔細(xì)思考和認(rèn)真研究原理，最后想到加一個(gè)判決碼，輔助判決何時(shí)編碼輸出“11”，何