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)熟悉AMI / HDB3码编译码规则；

(4)了解AMI / HDB3码编译码实现方法。

二、实验仪器

(1)时钟与基带数据发生模块，位号：G 

(2)AMI/HDB3编译码模块，位号：F

(3)20M双踪示波器1台

(4)信号连接线1根

                                                    图1   模块实物图

三、实验工作原理

1、数字基带信号常见码型变换部分

(1) 数字基带信号常见码型简介

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

(a)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E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。

图2 单极性不归零码

(b)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。

图3  双极性不归零码

(c)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。

图4  单极性归零码

(d)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。

图 5  双极性归零码

(e)曼彻斯

曼彻斯又称为数字双相码，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：10  10  01  01  10  01  10  10  01… 

曼彻斯只有极性相反的两个电平，因为曼彻斯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。

图6  曼彻斯特编码

(f)CMI码

CMI码是传号反转码的简称，与曼彻斯类似，也是一种双极性二电平码，其编码规则：

(1)“1”码交替的用“11“和”“00”两位码表示；

(2)“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…

图7  CMI码

(g)密勒码

密勒码又称延迟调制码，它是曼彻斯的一种变形，编码规则：

(1)“1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示。

(2)“0”码有两种情况：单个“0”码时，在码元间隔内不出现电平跃变，且相邻码元的边界处也不跃变；连“0”时，在两个“0”码边界处出现电平跃变，即“00”与“11”交替。

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…

图 8  密勒编码

(h)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11列出了其中一种使用广泛的格式，编码时两个模式交替变换。

表1  PST码

例如：消息代码:  01   00   11   10   10   11   00…  

PST码:  0+   -+   +-   -0    +0   +-   -+…

            或:  0-   -+    +-   +0   -0    +-   -+…

图 9  PST码

(2) 数字基带信号常见码型实验设置

1．拨码器4SW01、4SW02（时钟与基带数据发生模块）使用说明：

(1)4SW01为8比特基带信号设置开关，每位拨上为1，拨下为0。如下图设置：

即表示为11100110的数字基带信号。

4SW02

 (2)4SW02为系统功能设置开关，每位拨上为1，拨下为0，设置不同码型，详细设置见表格5：

表2  4SW02开关码型选择表

(3)码型变换内部结构组成框图如下图（4TP01为编码输出，4TP02为编码时钟）。

4TP01

4SW02

图10  码型变换内部结构组成框图

2、AMI / HDB3码编译码部分

(1) AMI / HDB3码编译码原理

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。

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。

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。

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。

编码模块中，输入的码流由SC22103的1脚在2脚时钟信号的推动下输入，HDB3码与AMI码功能由20K01选择。专用芯片的14、15脚为正向编码和负相编码输出，正负编码再通过相加器变换成AMI／HDB3码。译码模块中，译码电路接收正负电平的AMI／HDB3码，整流后获得同步时钟，并通过处理获得正向编码和负向编码，送往译码电路的SC22103专用芯片的11、13脚。正确译码之后21TP01与20P01的波形应一致，但由于HDB3码的编译码规则较复杂，当前的输出HDB3码字与前4个码字有关，因而HDB3码的编译码时延较大。

(2) AMI / HDB3码编译码各测量点及开关的作用

20K01：1-2，实现AMI功能；2-3，实现HDB3功能

20P01：数字基带信码输入铆孔。

可从“时钟与基带数据发生模块”引入不同的数字信号进行编码，如全“1”、 全“0”及其它码组等。拨码器4SW02：当设置为“01110”时，则4P01输出由4SW01拨码器设置的8比特数据，速率为K；当设置为“00001”时，则4P01输出15位的伪随机码数据，速率为32K。

  20TP01：AMI或HDB3码编译码的KHz工作时钟测试点。

  20TP02：AMI或HDB3码编码时的负向波形输出测试点。

  20TP03：AMI或HDB3码编码时的正向波形输出测试点。

  20TP04：AMI或HDB3码编码输出测试点。

20P02:译码数字基带信码输出铆孔。

注：20TP02、20TP03、20TP04编码输出信号，都比数字基带信号20P01延时4个编码时钟周期，20TP01作为4连0检测用；20P02译码还原输出的数字基带信号，也比数字编码信号21TP04延时4个译码时钟周期。

四、实验步骤

1、数字基带信号常见码型变换部分

(1)在关闭系统电源的条件下，“时钟与基带数据产生器模块”插到底板插座上（位号为： G），具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”。本模块的CPLD中集成了数字基带信号的码型的各种变换功能。

(2)打开系统电源开关，底板电源指示灯正常显示。若指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。

(3)根据前面介绍，设置不同的基带数据和编码类型，用示波器观测4TP01测量点码型变换后的波形，并与4P01（变换前）的波形进行比较。

(4)实验完毕关闭电源，整理好实验器件。

2、AMI / HDB3码编译码部分

(1)插入有关实验模块

在关闭系统电源的条件下，将AMI/HDB3编译码模块、时钟与基带数据发生模块，分别插到通信原理底板插座上（位号为：F、G）。（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。

(2)信号线连接:用专用导线将4P01、20P01连接。注意连接铆孔箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。

(3)加电:打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。

(4)AMI码测试

(a)跳线开关20K01选择1-2脚连，即实现AMI功能。

(b)拨码器4SW02：设置为“01110”， 拨码器4SW01设置“11111111”。即给AMI编码系统送入全“1”信号。观察有关测试点波形，分析实现原理，记录有关波形。

(c)拨码器4SW02：设置为“01110”， 拨码器4SW01设置“00000000”。，即给AMI编码系统送入全“0”信号。观察有关测试点波形，特别注意20TP04点编码波形，分析原因。

(d)拨码器4SW02：设置为“00001”，即给AMI编码系统送入复杂信号（32K的15位m序列）。对照20TP01点时钟读出4P01点的码序列，根据AMI编码规则，画出其编码波形。再观察有关测试点波形，验证自己的想法。记录有关波形。

(5)HDB3码测试

(a)跳线开关20K01选择2-3脚连，即实现HDB3功能。

(b)拨码器4SW02：设置为“01110”， 拨码器4SW01设置“11111111”。即给HDB3编码系统送入全“1”信号。观察有关测试点波形，分析实现原理，记录有关波形。

(c)拨码器4SW02：设置为“01110”， 拨码器4SW01设置“00000000”。，即给HDB3编码系统送入全“0”信号。观察有关测试点波形，特别注意20TP04点编码波形，分析原因。

(d)拨码器4SW02：设置为“00001”，即给HDB3编码系统送入复杂信号（32K的15位m序列）。对照20TP01点时钟读出4P01点的码序列，根据HDB3编码规则，画出其编码波形。再观察有关测试点波形，验证自己的想法。记录有关波形。

(6)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。

注：因AMI或HDB3码的编码时钟固定为KHZ，所以送入的基带数据速率必须是2的n次方，且不能超过Kb/s。另外，低于Kb/s码元将本编码模块识别成Kb/s的码元。

五、实验记录

1、数字基带信号常见码型变换部分

(1)根据实验结果，画出各种码型变换的测量点波形图。

2、AMI / HDB3码编译码部分

(1)根据实验结果，画出AMI/HDB3码编译码电路的测量点波形图，在图上标上相位关系。

六、实验收获

附表1“时钟与基带数据产生模块”5位拨码开关4SW02状态设置与功能一缆表

4P01为原始基带数据输出铆孔；  4P02为码元时钟输出铆孔；

4P03为相对码输出铆孔。        4TP01为码型变换后输出数据测量点；

4TP02为编码时钟测量点。

2． 5位拨码开关4SW02补充说明：

左起第一位为“0”, 4P01 输出信号码型为单极性不归零码；

左起第一位为“1”, 4TP01 输出信号码型如上表。

左起第二位为“1”, 4P01 输出15位m序列；

左起第二位为“0”, 4P01 输出4SW01拨码器设置的8bit数据。下载本文