基带信号的常见码型变换实验

实验2 基带信号的常见码型变换实验

一、实验目的

1．熟悉RZ、BNRZ、BRZ、CMI、曼彻斯特、密勒、PST 码型变换原理及工作过程；

2．观察数字基带信号的码型变换测量点波形。

3. 掌握本模块中数字信号的产生方法，了解ALTERA 公司的CPLD 可编程器件EPM240；4．了解本模块在实验系统中的作用及使用方法；

二、实验仪器

1．时钟与基带数据发生模块，位号：G

2．20M 双踪示波器1 台

三、实验工作原理

在实际的基带传输系统中，传输码的结构应具有下列主要特性：

1) 相应的基带信号无直流分量，且低频分量少；

2) 便于从信号中提取定时信息；

3) 信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰；

4) 不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；

5) 编译码设备要尽可能简单

1.1 单极性不归零码（NRZ 码）

单极性不归零码中，二进制代码“1”用幅度为的正电平表示，“0”用零电平表示，单极性码中含有直流成分，而且不能直接提取同步信号。

1.2 双极性不归零码（BNRZ 码）

二进制代码“1”、“0”分别用幅度相等的正负电平表示，当二进制代码“1”和“0” 等概出现时无直流分量。

1.3 单极性归零码（RZ 码）

单极性归零码与单极性不归零码的区别是码元宽度小于码元间隔，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。单极性码可以直接提取定时信息，仍然含有直流成分。

1.4 双极性归零码（BRZ 码）

它是双极性码的归零形式，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。

1.5 曼彻斯特码

曼彻斯特码又称为数字双相码，它用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。编码规则之一是：“0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10”两位码表示。

例如：

消息代码：1 1 0 0 1 0 1 1 0…

曼彻斯特码：10 10 01 01 10 01 10 10 01…

曼彻斯特码只有极性相反的两个电平，因为曼彻斯特码在每个码元中期的中心点都存在电平跳变，所以含有位定时信息，又因为正、负电平各一半，所以无直流分量。

1.6 CMI 码

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。

例如：

消息代码：1 0 1 0 0 1 1 0…

CMI 码：11 01 00 01 01 11 00 01…

或：00 01 11 01 01 00 11 01…

1.7 密勒码

米勒（Miller）码又称延迟调制码，它是双向码的在一种变形。

它的编码规则如下：

“1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示。具体在选择“10”或“01”编码时需要考虑前一个码元编码的情况，如果前一个码元是“1”，则选择和这个“1”码相同的编码值；如果前一个码元为“0”，则编码以边界不出现跳变为准则，如果“0”编码为“00”，则紧跟的“1”码编码为“01”，如果“0”编码为“11”，则紧跟的“1”码编码为“10”。

“0”码则根据情情况选择用“00”或“11”表示。具体在选择“00”或“11”编码时需要考虑前一个码元编码的情况，如果前一个码元为“0”，则选择和这个“0”码不同的编码值；如果前一个码元为“1”，则编码以边界不出现跳变为准则，如果“1”码编码为“01”，则紧跟的“0”码编码应为“11”,如果“1”码编码为“10”，则紧跟的“0”码编码应为“00”。

具体编码示例如下：

例如：

消息代码：1 1 0 1 0 0 1 0…

密勒码：10 10 00 01 11 00 01 11…

或：01 01 11 10 00 11 10 00…

1.8 成对选择三进码（PST 码）

PST 码是成对选择三进码，其编码过程是：先将二进制代码两两分组，然

后再把每一码组编码成两个三进制码字（＋、－、0）。因为两个三进制数字共有9 种状态，故可灵活的选择其中4 种状态。表格1 列出了其中一种使用广泛的

别时需要提供“分组”信息，即需要建立帧同步，在接收识别时，因为在“分组”编码时不可能出现00、++和—的情况，如果接收识别时，出现上述的情况，说明帧没有同步，需要重新建立帧同步。

例如：

消息代码：01 00 11 10 10 11 00…

PST 码：0+ -+ +- -0 +0 +- -+…

或:：0- -+ +- +0 -0 +- -+…

2.码型变换原理：

CPLD可编程模块（时钟与基带数据发生模块，芯片位号：4U01）用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和数字信号。它由ALTERA公司的CPLD可编程器件EPM240、下载接口电路（4J03）和一块晶振（4JZ01）组成。晶振用来产生16.384MHz系统内的主时钟，送给CPLD芯片生成各种时钟和数字信号。本实验要求实验者了解这些信号的产生方法、工作原理以及测量方法，理论联系实践，提高实际操作能力。

四、实验步骤

的防呆口一致。

2．实验内容设置将“4SW02”（G）拨码开关设置为“1XXXX”，则选择了模块的线路编码功能，具体编码方式参考下表的码型选择表：

15

位m序列，设置的基带数据可以在4P01铆孔测试。

3．基带数据测量

（1）拨码器4SW02设置“00000”，此时4P01输出15位2KHZ伪随机码。用示波器测试4P01.4P02测试点。读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。

（2）拨码器4SW02设置“00001”，此时4P01输入15位32KHZ伪随机码。用示波器测试4P01.4P02测试点。读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。

（3）拨码器4SW02设置“00010”，此时4P01输出511位2KHZ伪随机码。用示波器测试4P01.4P02测试点。由于位数（码长）较长，示波器无法看清稳定的波形。

（4）拨码器4SW02设置“00011”，此时4P01输出511位32KHZ伪随机码。用示波器测试4P01.4P02测试点。由于位数（码长）较长，示波器无法看清稳定的波形。

（5）拨码器4SW02设置“01110”或“01111”，此时4P01输出的波形为4SW01拨码器设置的64k的数据。改变拨码器4SW01设置，用示波器测试4P01.4P02测试点。读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。

4．编码观测

●RZ（单极性归零码）

（1）将4SW02设置为“10000”，选择RZ（单极性归零码）模式；

（2）用示波器同时观测4P01和4TP01，观察码型变换前的基带数据和码型变换后的数据。

（3）改变4SW01（8bit基带数据）拨码开关的值，观察码型变换的结果变化。

●BNRZ（双极性不归零码）

（1）将4SW02设置为“10001”，选择BNRZ（双极性不归零码）模式；

（2）用示波器同时观测4P01和4TP01，观察码型变换前的基带数据和码型变换后的数据。（变换后有一个码元的延时）

（3）改变4SW01（8bit基带数据）拨码开关的值，观察码型变换的结果变化。

●BRZ（双极性归零码）

（1）将4SW02设置为“10010”，选择BRZ（双极性归零码）模式；

（2）用示波器同时观测4P01和4TP01，观察码型变换前的基带数据和码型变换后的数据。（变换后有一个码元的延时）

（3）改变4SW01（8bit基带数据）拨码开关的值，观察码型变换的结果变化。 CMI码

（1）将4SW02设置为“10011”，选择CMI码模式；

（2）用示波器同时观测4P01数据。（变换后有一个码元的延时）

（4）改变4SW01（8bit基带数据）拨码开关的值，观察码型变换的结果变化。 曼彻斯特码

（1）将4SW02设置为“10100”，选择曼彻斯特码模式；

（2）用示波器同时观测4P01和4TP01，观察码型变换前的基带数据和码型变换后的数据。（变换后有一个码元的延时）

（4）改变4SW01（8bit基带数据）拨码开关的值，观察码型变换的结果变化。

● 密勒码

（1）将4SW02设置为“10101”，选择密勒码模式；

（2）用示波器同时观测4P01和4TP01，观察码型变换前的基带数据和码型变换后的数据。（变换后有一个码元的延时）

（3）改变4SW01（8bit基带数据）拨码开关的值，观察码型变换的结果变化。和4TP01，观察码型变换前的基带数据和码型变换后的结果变化。

● PST码

（1）将4SW02设置为“10110”，选择PST码模式；

（2）用示波器同时观测4P01和4TP01，观察码型变换前的基带数据和码型变换后的数据。（变换后有一个码元的延时）

（3）改变4SW01（8bit基带数据）拨码开关的值，观察码型变换的结果变化。

实验3 AMI/HDB3编译码实验

一、实验目的

1．熟悉AMI / HDB3码编译码规则；

2．了解AMI / HDB3码编译码实现方法。

二、实验仪器

1．AMI/HDB3编译码模块，位号：F（实物图片如下）

2．时钟与基带数据发生模块，位号：G

3．20M双踪示波器1台

三、实验原理

1.AMI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…

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。

2.HDB3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。

二进制码序列: 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 HDB3码码序列: V+ -1 0 0 0 V- +1 0 –1 B+ 0 0 V 0 –1 +1 –1 0 0 0 V- B+ 0 0 V+ 0 –1

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。图3-1 为AMI/HDB3编译码电路原理图,本模块是采用SC22103专用芯片实现AMI／HDB3编译码的。在该电路中，没有采用复杂的线圈耦合的方法来实现AMI／HDB3码的变换，而是采用TL084对HDB3码输出进行变换。

五、实验内容及步骤

的防呆口一致。

正常，请立即关闭电源，查找异常原因。

4．实验内容设置将“4SW02”（G）拨码开关设置为“01111”，则4P01输出64K 时钟数据，该数据对应8位拨码开关4SW01的值，并循环输出。

5．AMI码编码观测

（1）将20K01（F）跳线器，跳到左边（AMI）位置，则模块工作在AMI编码模式；

（2）用示波器同时测量20P01和20TP04，观测编码前基带数据和AMI编码后数据； 20TP02和20TP03为编码输出的正负向脉冲，可对比20TP04进行观测。

（3）改变4SW01（G）拨码开关的值，观察AMI编码数据的变化。例如设置全“0”数据，或者全“1”数据进行观测。

（4）用示波器同时测量20P01和20P02，观察编码前和译码后数据是否相同。6．HDB3码编码观测

（1）将20K01（F）跳线器，跳到右边（HDB3）位置，则模块工作在HDB3编码模式；

（2）用示波器同时测量20P01和20TP04，观测编码前基带数据和HDB3编码后数据。

（3）改变4SW01（G）拨码开关的值，观察HDB3编码数据的变化。例如设置全“0”数据，或者全“1”数据进行观测。

（4）用示波器同时测量20P01和20P02，观察编码前和译码后数据是否相同。

7．关机拆线实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。