实验16、线路编译码-

实验16线路编译码一、实验目的1.掌握AMI、HDB3.CMI码编译码规则；2.了解AMI、HDB3.CMI码编译码实现方法；二、实验原理1.CMI码编码原理CMI码是传号反转码的简称，与曼彻斯特码类似，也是一种双极性二电平码，其编码规则：“1”码交替的用“11“和”“00”两位码表示；“0”码固定的用“01”两位码表示。如下图所示:图16-1CMI编码波形2.AMI码编码原理AMI码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码0（空号）和1（传号）按如下规则进行编码的码：代码的0仍变换为传输码的0，而把代码中的1交替地变换为传输码的＋1.－1.＋1.－1…，如下图所示：图16-2AMI编码形波由于AMI码的信号交替反转，故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0电位保持不变的规律。由此看出，这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。从AMI码的编码规则看出，它已从一个二进制符号序列变成了一个三进制符号序列，而且也是一个二进制符号变换成一个三进制符号。把一个二进制符号变换成一个三进制符号所构成的码称为1B／1T码型。AMI码除有上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点，它是一种基本的线路码，并得到广泛采用。但是，AMI码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，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。为了保持AMI码的优点而克服其缺点，人们提出了许多改进的方法，HDB3码就是其中有代表性的一种。3.HDB3码编码原理HDB3码是三阶高密度码的简称。HDB3码保留了AMI码所有的优点（如前所述），还可将连“0”码限制在3个以内，克服了AMI码出现长连“0”过多，对提取定时钟不利的缺点。HDB3码的功率谱基本上与AMI码类似。由于HDB3码诸多优点，所以CCITT建议把HDB3码作为PCM传输系统的线路码型。如何由二进制码转换成HDB3码呢？HDB3码编码规则如下：1)二进制序列中的“0”码在HDB3码中仍编为“0”码，但当出现四个连“0”码时，用取代节000V或B00V代替四个连“0”码。取代节中的V码、B码均代表“1”码，它们可正可负（即V+=＋1，V-=－1，B+=＋1，B-=－1）。2)取代节的安排顺序是：先用000V，当它不能用时，再用B00V。000V取代节的安排要满足以下两个要求：（1）各取代节之间的V码要极性交替出现（为了保证传号码极性交替出现，不引入直流成份）。（2）V码要与前一个传号码的极性相同（为了在接收端能识别出哪个是原始传号码，哪个是V码？以恢复成原二进制码序列）。当上述两个要求能同时满足时，用000V代替原二进制码序列中的4个连“0”（用000V+或000V-）；而当上述两个要求不能同时满足时，则改用B00V（B+00V+或B-00V-，实质上是将取代节000V中第一个“0”码改成B码）。3)HDB3码序列中的传号码（包括“1”码、V码和B码）除V码外要满足极性交替出现的原则。下面我们举个例子来具体说明一下，如何将二进制码转换成HDB3码。二进制1100001000011000HDB3+1-1B+00V+-1000V-+1-1000图16-3HDB3编码形波从上例可以看出两点：（1）当两个取代节之间原始传号码的个数为奇数时，后边取代节用000V；当两个取代节之间原始传号码的个数为偶数时，后边取代节用B00V（2）V码破坏了传号码极性交替出现的原则，所以叫破坏点；而B码未破坏传号码极性交替出现的原则，叫非破坏点。虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从上述原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性（包括B在内）。这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个码，再将所有－1变成＋1后便得到原消息代码。本实验平台AMI／HDB3编码有FPGA实现，并通过运放将编码的正向和负向合成AMI／HDB3信号；译码电路首先将收到的信号经运放和比较器转换成正向和负向信号，再经FPGA提取位时钟并译码；HDB3码的编译码规则较复杂，当前输出的HDB3码字与前4个码字有关，因此HDB3编译码延时不小于8个时钟周期。（实验中为7个半码元）4.实验框图及功能实验框图说明图16-4码型变换实验框图框图说明：本实验中需要用到以下2个功能单元：A3编码单元：基带信号从2P6输出基带信号，2TP8输出基带时钟（时钟速率可以设置），3P6输出对2P6信号的码型变换结果。A6译码单元：6P2输入码型变换的输入，将译码后的数据从6TP3输出。5.框图中各个测量点说明2P6：基带数据输出；（可以设置PN序列或16bit数据）2TP8：基带时钟输出；（时钟速率可选，建议32k或64k）3TP3：双极性信号正极输出；3TP4：双极性信号负极输出；3P6：编码输出；6P2：译码数据输入6TP4：双极性信号正极输出；6TP6：双极性信号负极输出；6TP5：同步时钟输出；6TP3：译码输出；三、实验任务1.CMI编译码实验；2.HDB3编译码实验；3.AMI编译码实验；四、实验内容及步骤1.实验准备(1)获得实验权限，从浏览器进入在线实验平台；(2)选择实验内容使用鼠标在通信原理实验目录选择：线路编译码实验，进入到线路编码实验页面。2.CMI码编译码实验(1)编码观测通过鼠标在编码码型中选择“CMI码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为：16bit，64K，然后修改16bit编码开关的值。用示波器通道1观测编码前基带数2P6，用通道2观测编码数据3P6；尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。错误提示：CMI码“0”码应该用“01”表示，实验结果中为“10”表示时为错误。根据观测的编码前数据和编码后数据时序关系，分析编码时延。FFT：分析编码是否有直流分量？分析编码是否具备丰富的位同步信息（可设为全0码或全1码观测）？分析编码前后，信号的频谱是否发生变化？消息码“1”交替用正负电压表示，消息码“0”用“01”表示，正负电平持续时间相等，所以CMI码无直流分量。有频繁的跳变，所以有丰富的位同步信息。编码后信号幅度变大频率变小。(2)译码观测使用双踪示波器，同时观测编码前数据2P6和译码后数据6TP3，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。根据观测的编码前数据和译码后数据的时序关系，分析译码时延。译码后的数据相对于编码前数据会有时延。3.AMI码编译码实验(1)编码观测通过鼠标在编码码型中选择“AMI码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为：16bit，64K，然后修改16bit编码开关的值。用示波器通道1观测编码前基带数2P6，用通道2观测编码数据3P6；尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。并记录波形。FFT：根据观测的编码前数据和编码后数据时序关系，分析编码时延。分析编码是否有直流分量？分析编码是否具备丰富的位同步信息（可设为长连0码或长连1码观测）？分别编码前后，信号的频谱是否发生变化？编码无时延。观察波形发现，当编码为1时AMI码中的“+1”“-1”交替出现，所以AMI码没有直流分量。编码后信号的幅度变大，频率变小。(2)译码观测使用双踪示波器，同时观测编码前数据2P6和译码后数据6TP3，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。根据观测的编码前数据和译码后数据的时序关系，分析译码时延。译码无时延。4.HDB3码编译码实验(1)编码观测通过鼠标在编码码型中选择“HDB3码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为：16bit，64K，然后修改16bit编码开关的值。用示波器通道1观测编码前基带数2P6，用通道2观测编码数据3P6；尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。并记录波形。FFT：根据观测的编码前数据和编码后数据时序关系，分析编码时延。分析编码是否有直流分量？分析编码是否具备丰富的位同步信息（可设为长连0码或长连1码观测）？分析编码前后，信号的频谱是否发生变化？编码有一定的时延，无直流分量。编码后信号的频谱幅度会变大，频率变小。(2)译码观测使用双踪示波器，同时观测编码前数据2P6和译码后数据6TP3，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。根据观测的编码前数据和译码后数据的时序关系，分析译码时延。译码无时延。(3)AMI和HDB3编译码对比将基带信号修改为不同的基带码型，分别观测AMI和HDB3，分析两种编码的区别，并分析定时信息是否丰富，是够包含直流分量，根据结果分析HDB3编码的优势。1)将基带数据设置为全“1”码：观测分析AMI和HDB3码的区别；AMIHDB3当基带数据全为“1”码时，AMI和HDB3码都是“+1”“-1”交替出现2)将基带数据设置为全“0”码：观测分析AMI和HDB3码的区别；AMIHDB3当基带数据全为“0”码时，AMI码全为0，而HDB3为000+V-B00-V+B00+V-B00-V+B3)将基带数据设置为“1000100010001000”码：观测分析AMI和HDB3码的区别；AMIHDB3AMI码为-1000+1000-1000+1000HDB3码也为-1000+1000-1000+10004)将基带数据设置为“1100001100001111”码：观测分析AMI和HDB3码的区别；AMIHDB3AMI码为-1+10000-1+10000-1+1-1+1而HDB3码为-1+1000+V-1+1-B00-V+1-1+1-15)尝试修改其他的基带数据类型：观测分析AMI和HDB3码的区别；AMIHDB35.实验结束实验结束，从浏览器退出在线实验平台。五、实验注意1.线路编码和码型变换：基带不要超过256K六、实验心得通过本次实验我掌握AMI、HDB3.CMI码编译码规则，了解AMI、HDB3.CMI码编译码实现方法。对AMI和HDB3的对比实验使我对AMI和HDB3编译码的了解更加深入。虽然信号的频谱分析对我有些难度但最终还是顺利的完成了实验。