北交通原試驗(yàn)1 HDB3碼型變換

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通信系統(tǒng)原理試驗(yàn)報告

HDB3碼型變換

姓名學(xué)號班級成員

老師時間2023年11月30日

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一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、把握HDB3編碼規(guī)則、編碼和解碼原理。2、了解鎖相環(huán)的工作原理和定時提取原理。3、了解輸入信號對定時提取的影響4、了解信號的傳輸時延

二、試驗(yàn)儀器

1、ZH5001A通信原理綜合試驗(yàn)系統(tǒng)一臺2、20MHz雙蹤示波器一臺

三、試驗(yàn)內(nèi)容

（一）試驗(yàn)原理

1、HDB3編碼規(guī)則

HDB3碼全稱三階高密度雙極性碼，屬偽三進(jìn)制碼。主要是為了應(yīng)對AMI碼中連“0〞過多不易提取缺點(diǎn)而對AMI碼進(jìn)行改進(jìn)的結(jié)果。它的編碼規(guī)則是：（1）當(dāng)連“0〞碼的個數(shù)不大于3時，HDB3編碼規(guī)律與AMI碼一致，即“1〞碼變?yōu)椤?1〞、

“-1〞交替脈沖；

（2）當(dāng)代碼序列中出現(xiàn)4個連“0〞碼或超過4個連“0〞碼時，把連“0〞段按4個“0〞分

節(jié)，即“0000〞，并使第4個“0〞碼變?yōu)椤?〞碼，用V脈沖表示。這樣可以消除長連“0〞現(xiàn)象。為了便于識別V脈沖，使V脈沖極性與前一個“1〞脈沖極性一致。這樣就破壞了AMI碼極性交替的規(guī)律，所以V脈沖為破壞脈沖，把V脈沖和前三個連“0〞稱為破壞節(jié)“000V〞；

（3）為使脈沖序列仍不含直流分量，則必需使相鄰的破壞點(diǎn)V脈沖極性交替；（4）為了保證（2）（3）兩條件成立，必需使相鄰的破壞點(diǎn)之間有奇數(shù)個“1〞碼。假使原

序列中破壞點(diǎn)之間的“1〞碼為偶數(shù)個，則必需補(bǔ)為奇數(shù)，即將破壞節(jié)中的第一個“0〞碼變?yōu)椤?〞，用B脈沖表示。這時破壞節(jié)變?yōu)椤癇00V〞形式。B脈沖極性與前一“1〞脈沖極性相反，而B脈沖極性和V脈沖極性一致。

2、HDB3的譯碼

每個破壞點(diǎn)總與前一非“0〞碼元同極性。也就是說，從接收到的信號中找到破壞點(diǎn)V很簡單，而V碼及其前面三個碼元必為連續(xù)的三個“0〞，從而將恢復(fù)四個連“0〞，再將所有“-1〞變?yōu)椤?1〞后即可得到原碼。

3、編解碼電路

編譯碼電路采用集成芯片CD22103實(shí)現(xiàn)HDB3的編碼工作。同時電路中采用運(yùn)放完成對HDB3的輸出進(jìn)行電平變換，將輸出變換為單極性或雙極性碼。其組成框圖見下圖

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為進(jìn)行HDB3編碼，應(yīng)將CD22103的三號引腳接+5V；AMI編碼則將其接地。在編碼過程中，將NRZ碼及時鐘信號作為輸入，CD22103將輸出兩路并行信號+HDB3out（15號引腳）和-HDB3out（14號引腳）。兩信號均為半占空比的正脈沖信號，分別與AMI或HDB3的正極性信號和負(fù)極性信號對應(yīng)。兩路信號經(jīng)差分放大器后，得到AMI或HDB3編碼。通過運(yùn)放構(gòu)成的相加器，HDB3將為單極性。在譯碼時，需將AMI或HDB3碼變換為兩路信號分別送到CD22103的第11、13引腳，這一變換有雙/單變換電路完成。

4、定時提取

從基帶信號中提取定時的原理框圖見下圖

首先波形變換電路將輸入的基帶信號變?yōu)閱螛O性歸零碼，再利用窄帶通濾波器取出位定時頻率分量。若輸入的基帶信號中含有位定時分量，可不利用波形變換電路。窄帶通濾波器要求選擇性較好。

接下來是放大限幅電路，它將正弦波或準(zhǔn)正弦波變換為方波脈沖。分頻器起到分頻與整形的作用。

鎖相環(huán)由鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和分頻器2組成。鑒相器負(fù)責(zé)將輸入信號經(jīng)分頻器1輸出的信號與壓控振蕩器經(jīng)分頻器2的輸出信號進(jìn)行比較，它們的頻率相等。壓控

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振蕩器經(jīng)分頻器3的輸出信號頻率和輸入基帶信號的碼速頻，即定時頻率相等。

環(huán)路濾波器的作用是濾除PD的非線性作用產(chǎn)生的無用組合頻率及干擾。工作流程簡述如下：

在接收端鑒相器將基準(zhǔn)信號相位θi與壓控振蕩器經(jīng)分頻器2輸出的本地信號的相位θo

進(jìn)行比較，當(dāng)鑒相器的兩個輸入相位不一致時，鑒相器將產(chǎn)生誤差信號——輸出信號μd，μd經(jīng)環(huán)路濾波器濾出高頻分量及噪聲后，輸出電壓μc，μc不斷去調(diào)整壓控振蕩器的相位，直至獲得確切相位為止，這樣就使本地振蕩器輸出的信號經(jīng)分頻后鎖定在鑒相器輸入信號的相位上。這樣就保證了壓控振蕩器經(jīng)分頻器3輸出的位定時脈沖信號和輸入基帶的信號同步。

5、鎖相環(huán)模塊

鎖相環(huán)模塊見下圖

系統(tǒng)工作中鎖相環(huán)將接收端的256kHz時鐘鎖定在發(fā)射端256kHz的時鐘上，獲取系統(tǒng)同步時鐘。

模塊組成：鎖相環(huán)、數(shù)字分頻器、D觸發(fā)器、環(huán)路濾波器、輸入端貸通濾波器。

輸入端由運(yùn)放及阻容元件構(gòu)成有源帶通濾波器，中心頻率256kHz。輸入為幅度與周期均不恒定的準(zhǔn)正弦信號。對信號限幅放大后，得幅度恒定，周期變化的脈沖信號。接著將信號接入兩個二分頻，成64kHz信號，送入鑒相器；VCO輸出的52kHz信號進(jìn)行八分頻為64kHz，也送入鑒相器，鑒相后誤差信號送入VCO。正常狀況下，VCO將鎖定在256kHz。

（二）試驗(yàn)過程

1、HDB3碼變換規(guī)則驗(yàn)證

首先將輸入信號選擇跳線開關(guān)KD01設(shè)置在M端（右端），單/雙極性碼輸出選擇開關(guān)設(shè)置KD02設(shè)置在2-3位置（右端，單極性），HDB3編碼開關(guān)KD03設(shè)置在HDB3位置（左端），使該模塊工作在HDB3碼方式。

輸入為TPD01，雙極性輸出TDP05，單極性輸出TDP08。輸入全1電平應(yīng)拔掉TDP01，輸入全0電平將TDP01接地。（1）m序列（7位周期序列：1110010）

雙極性波形：

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輸入數(shù)據(jù)雙極性碼101011000-1110-1單極性波形：

輸入數(shù)據(jù)單極性碼10101-1000-11-10-1由圖可得，輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系滿足AMI編碼關(guān)系，只是輸出數(shù)據(jù)有3位的延遲。由于m序列中沒有出現(xiàn)4個連“0〞，所以AMI碼和HDB3碼是一樣的。（2）全1碼

雙極性波形：

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所得的波形近似完美正弦波。

（3）將輸入數(shù)據(jù)該設(shè)為全0，再測試TPP01的波形，圖形如下

波形也近似為正弦波。

（4）總結(jié)

HDB3單極性碼含有時鐘分量；雙極性碼不含有時鐘分量或是較少的時鐘分量。HDB3碼是否含有時鐘分量與發(fā)送的序列無關(guān)，無論是m序列，全0碼，全1碼。

4、HDB3譯碼位定時恢復(fù)測量

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將輸入數(shù)據(jù)跳線開關(guān)KD01設(shè)置在M位置（右端），將CMI編碼模塊內(nèi)的m序列類型選擇跳線開關(guān)KX02的設(shè)置在1-2（或2-3）位置，將鎖相環(huán)模塊內(nèi)輸入信號選擇跳線開關(guān)KP02設(shè)置在HDB3位置（左端）。

（1）通過KX02的設(shè)置，產(chǎn)生周期m序列；KP02設(shè)置在HDB3位置。KD02分別設(shè)置為單極性碼輸出和雙極性碼輸出，圖形分別如下：單極性：

可以看出，接收時鐘和發(fā)送時鐘有延時。雙極性：

此時接收端并沒有得到時鐘信號。

（2）設(shè)置輸入為全1碼；KD02分別設(shè)置為單極性碼輸出和雙極性碼輸出，圖形分別如下：單極性：

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接收時鐘和發(fā)送時鐘有延時。雙極性：

此時沒有得到時鐘信號。

四、思考題

1、簡述AMI/HDB3碼型的特點(diǎn)。

AMI碼的編碼規(guī)律是：信息代碼1變?yōu)閹в蟹柕?碼即+1或-1，1的符號交替反轉(zhuǎn)；信息代碼0的為0碼。AMI碼的特點(diǎn)：

（1）由AMI碼確定的基帶信號中正負(fù)脈沖交替，而0電位保持不變，所以由AMI碼確定的基帶信號無直流分量，且只有很小的低頻分量;

（2）不易提取定時信號，由于它可能出現(xiàn)長的連0串。

HDB3碼的編碼規(guī)律是：4個連0信息碼用取代節(jié)000V或B00V代替，當(dāng)兩個相鄰V碼中間有奇數(shù)個信息1碼時取代節(jié)為000V，有偶數(shù)個信息1碼（包括0個信息1碼）時取代節(jié)為B00V，其它的信息0碼仍為0碼；信息碼的1碼變?yōu)閹в蟹柕?碼即+1或-1；HDB3碼中1、B的符號符合交替反轉(zhuǎn)原則，而V的符號破壞這種符號交替反轉(zhuǎn)原則，但相鄰V碼的符號又是交替反轉(zhuǎn)的。HDB3碼的特點(diǎn)：

（1）由HDB3碼確定的基帶信號無直流分量，且只有很小的低頻分量;

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（2）HDB3中連0串的數(shù)目至多為3個，易于提取定時信號。（3）編碼規(guī)則繁雜，但譯碼較簡單。

2、AMI和HDB3碼主要區(qū)別是什么？

主要區(qū)別在于對