HDB3码型变换

通信原理实验电子信息工程学院学生：XX学号：指导教师：王琴同组成员：00日期：2014年11月上课时间：星期三第四大节1码型变换姓名：XX学号：122110XX班级：通信120X第九周星期三第四大节实验名称：码型变换一、实验前的准备1、预习实验指导书上的相关内容2、根据书后目录确定本次实验需要操作的测试孔及其位置3、了解HDB3编/解码原理（详细内容见“四、基本原理”部分）4、理解定时提取的原理（详细内容见“四、基本原理”部分）二、实验目的1、掌握HDB3编码规则、解码和解码原理2、了解锁相环的工作原理与定时提取3、了解输入信号对定时提取的影响4、了解信号的传输时延5、了解AMI/HDB3编译码集成芯片CD22103三、实验仪器1、ZH5001A通信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、HDB3编码规则HDB3码全称三阶高密度双极性码，属伪三进制码。主要是为了应对AMI码中连“0”过多不易提取缺点而对AMI码进行改进的结果。它的编码规则是：1）当信息序列中出现四个连“0”码时，就产生一个“破坏点”V，即将第四个“0”码变为与前一非“0”符号同极性的符号，使码元极性交替变化规律遭到破坏。2）为保证最终信号无直流产生，插入的破坏点之间也要保证极性交替变化。3）当两规则冲突时，插入“补信码”B取得平衡。B插入的位置应该是交替变化规律被破坏的小节的第一位。2、HDB3的译码每个破坏点总与前一非“0”码元同极性。也就是说，从接收到的信号中找到破坏点V很容易，而V码及其前面三个码元必为连续的三个“0”，从而将恢复四个连“0”，再讲所有-1变为+1后即可得到原码。3、编解码电路编译码电路采用集成芯片CD22103实现HDB3的编码工作。同时电路中采用运放完成得分2对HDB3的输出进行电平变换，将输出变换为单极性或双极性码。其组成框图见（图1）。图1为进行HDB3编码，应将CD22103的三号引脚接+5V；AMI编码则将其接地。在编码过程中，将NRZ码及时钟信号作为输入，CD22103将输出两路并行信号outHDB3（15号引脚）和outHDB3-（14号引脚）。两信号均为半占空比的正脉冲信号，分别与AMI或HDB3的正极性信号和负极性信号对应。两路信号经差分放大器后，得到AMI或HDB3编码。通过运放构成的相加器，HDB3将为单极性。在译码时，需将AMI或HDB3码变换为两路信号分别送到CD22103的第11、13引脚，这一变换有双/单变换电路完成。该模块内各点测试点的安排如下（1）TPD01：编码输入数据（256kbps）。（2）TPD02:256kHz编码输入时钟（256kHz）。（3）TPD03：HDB3输出+。（4）TPD04：HDB3输出-。（5）TPD05：HDB3输出（双极性码）。（6）TPD06：译码输入时钟（256kHz）。（7）TPD07：译码输出数据（256kbps）。（8）TPD08：HDB3输出（单极性码）。3、定时提取位定时提取电路采用锁相环方法。在系统工作中锁相环将接收端的256kHz时钟锁定在发端的256kHz的时钟上，来获得系统的同步时钟。该锁相环模块由锁相环，数字分频器，TPD01数据输入跳线器MDt编码译码电平变换电平变换跳线器●●●●TPD03TPD04TPD05TPD08HDB3AMI跳线器KD03发时钟shizhong数据输出shizhong收时钟shizhongTPD071-22-3KD02位定时提取电路KD01单极性码shizhong双极性码shizhong256KHz带通滤波器模拟锁相环（PLL）TPD06TPD02TPP01UD01UD02AUD02B15141311图3.3.1AMI/HDB3编译码模块组成框图3D触发器，环路滤波器和输入端的带通滤波器组成。锁相环组成框图见（图2）。图24、主要芯片介绍（1）CD22103CD22103型芯片是一种集编码和译码一体的CMOS器件，工作速率为50kbps~10Mbps。内部结构图和引脚排列见（图3）。图3（2）CC4046CC4046是一种CMOS单片数字锁相环电路，内含一个高性能的压控振荡器，两个工作方式不同的相位比较强。压控振荡器产生50%占空比的方波，振荡频率约为0.5~1.2MHz。锁相环CC4046内部结构见（图4），引脚排列见（图5）。4图4图5五、实验内容1、HDB3码形变换规则验证（1）通过KX02的设置，产生7位周期m序列。用示波器观测如下数据：输入数据（TPD01），HDB3输出双极性数据（TPD05）5从示波器中可以看出：HDB3双极性数据1-10010-11-10010-1输入数据10111001011100由输入数据可得：输入数据与输出的关系满足AMI编码关系，只是输出数据有3位延迟。因为M序列中没有出现4个连0，所以AMI码和HDB3码是一样的。输入一个周期的数据如下：HDB3双极性数据1-10010-1输入数据1100101（2）输入数据（TPD01），AMI输入单极性码数据（TPD08）6从示波器中可以看出：HDB3蛋极性数据-1-100-10-1-1-100-10-1输入数据10111001011100（3）拔除KD01，输入数据为全1码。用示波器观测数据如下：从示波器中可以看出：HDB3双极性数据1-11-11-11-11-11-11-1输入数据11111111111111全1码输入的时候，HDB3双极性码正负极性交替出现。输入数据（TPD01），HDB3输出单极性码数据（TPD08）7从示波器中可以看出：HDB3单极性数据-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1输入数据11111111111111（4）KD01跳线中间接地，输入数据全0码。用示波器观测数据如下：从示波器中可以看出：HDB3双极性数据01-100-11输入数据00000008解码时，遇到相同的两个极性就扔掉，可以恢复原来的全0序列。输入数据（TPD01），HDB3输出单极性码数据（TPD08）从示波器中可以看出：HDB3单极性数据0-1-100-1-1输入数据00000002、HDB3码译码和时延测量将KD01设置在M位置，将CMI编码模块内的M序列类型选择跳线开关KX02时至在左端，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）。将极性码开关设置在KD02，选为单极性，测量TPP01与TPP02，得到波形见下图：从图中可以看出，HDB3大概有8个时钟的延时，与理论相同：编码、译码各有4个时钟时延。3、HDB3时钟编码中时钟分量的定性观测（TPP01为同步时钟分量，TPP02为放大后的同步时钟分量）（1）通过KX02设置，产生15位周期m序列：KP02设置在HDB3位置；KD01设置9为输入m序列；KD02分别设置为单极性码输出和双极性码输出。用示波器观测如下数据：KD02设置到右端，用示波器测量TPP01、TPP02，TPP01波形见（图6）；TPP02波形见（图7）。图6输出的同步时钟信号为准正弦波，频率在256kHz左右。波形不完美的原因在于所用带通滤波器的特性并非理想的。图7经运放限幅放大，得到时钟信号。（2）前面测得了单极性的波形，下面，将KD02设置在左端，测试双极性码。用示波器测量TPP01、TPP02，TPP01波形见（图8）；TPP02波形见（图9）。10图8示波器波形杂乱，因此不能确定此波是正弦波抑或准正弦波图9由图可见，对图8中的信号做限幅放大后所得的波形依旧是杂乱的，并非时钟信号。（3）将KD02设置在右端，测试单极性码的条件下全1信号的时钟信号，用示波器测量TPP01，TPP01波形如下：11近似为正弦波（4）将输入数据该设为全0:，测试TPP01的波形如下：波形也近似为正弦波。简单的总结一下，我们有下面的结论：①
HDB3单极性码含有时钟分量；双极性码不含有时钟分量或是较少的时钟分量。②HDB3码是否含有时钟分量与发送的序列无关，无论是M序列，全0码，全1码。（4）HDB3译码定时恢复测量①通过KX02的设置，产生7位周期m序列；KP02设置在HDB3位置。KD02分别设置为单极性码输出和双极性码输出。用示波器观测如下数据：12m序列，单极性码时发送时钟（TPD02），接收时钟（TPD06）从示波器的图中可以看出，接收时钟和发送时钟有延时。具体延时无法确定。m序列，双极性码时发送时钟（TPD02），接收时钟（TPD06）双极性码时接收端并没有得到时钟信号②KD01设置输入为全1序列；KD02分别设置为单极性码输出和双极性码输出。用示波器观测如下数据：全1序列，单极性码时发送时钟（TPD02），接收时钟（TPD06）13从示波器的图中可以看出，接收时钟和发送时钟有延时。全1序列，双极性码时发送时钟（TPD02），接收时钟（TPD06）双极性码时接收端并没有得到时钟信号。六、思考题1、简述AMI和HDB3码型的特点答：AMi码即传号交替反转码。其特点是1码有+1与-1交替表示；而0码只有一种表示，因此是一种伪三元码。它具有内在的检错能力，若交替反转规律遭到破坏，极易查到。其单极性归零码中含有时钟分量。其编码电路简单。但当信息中连0较多时，不易提取时钟分量。HDB3码是AMI的改进型，克服了AMI连0较多时的弊端。它的特点是在出现四个连140时添加破坏码，同时保证直流分量为零，添加补信码。此码具有检错能力，且接收端解码容易。但编码较复杂。2、AMI码与HDB3码的主要区别是什么？答：主要区别在于对连续出现四个连0时的处理不同。当信息序列中不存在四个连0时，AMI码与HDB3码相同；而当出现四个连0时，HDB3码需要将第四个码元变为破坏码，同时检查是否需要补信码。3、编码输入和解码输出的延时是如何产生的？答：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。4、根据测量结果，HDB3编码信号转换为双极性码和单极性码中哪个时钟分量更丰富？全0码中有定时分量吗？答：单极性码中的时钟分量更丰富。实验结果表明，单极性码中可以轻易提取出时钟信号；而双极性码中时钟分量极难提取。而定时分量的存在与否无关发送序列，全0码中也有定时分量。参考文献：王根英王琴周春月《通信系统原理实验》2010年10月第一版