1、武漢理工大學信息工程學院專業綜合實驗中心武漢理工大學信息工程學院專業綜合實驗中心. HDB3/AMIHDB3/AMI碼型變換碼型變換與位同步提取與位同步提取數字基帶傳輸系統中數字基帶傳輸系統中信道的編信道的編/譯碼技術譯碼技術 目的：目的：是為了保證通信系統的傳輸可靠性，是為了保證通信系統的傳輸可靠性，克服信道中的噪聲和干擾?？朔诺乐械脑肼暫透蓴_。 實驗實驗技術技術 常用數字基帶信號碼型常用數字基帶信號碼型基帶信號的基帶信號的傳輸方式傳輸方式傳輸碼型選擇傳輸碼型選擇 碼型變換碼型變換線路傳輸碼線路傳輸碼 AMIAMI及及HDB3HDB3。實驗研究內容數字通信系統對信息的傳輸有兩個基本的傳輸系

2、統數字通信系統對信息的傳輸有兩個基本的傳輸系統1 1、數字基帶傳輸系統、數字基帶傳輸系統2 2、數字頻帶傳輸系統、數字頻帶傳輸系統 用來傳輸數字基帶信號的通信系統稱為用來傳輸數字基帶信號的通信系統稱為數字基帶傳輸系統。數字基帶傳輸系統。 方法是：將數字基帶信號直接進行線路傳輸。方法是：將數字基帶信號直接進行線路傳輸。 為適應信道傳輸而將基帶信號進行調制，即將基帶信號的頻為適應信道傳輸而將基帶信號進行調制，即將基帶信號的頻譜搬移到某一高頻處，變為頻帶信號進行傳輸，這種傳輸信號的譜搬移到某一高頻處，變為頻帶信號進行傳輸，這種傳輸信號的方式稱為方式稱為數字頻帶傳輸系統數字頻帶傳輸系統。 數字頻帶傳輸

3、系統特點是數字頻帶傳輸系統特點是：發送端必須使用調制器，接收端必：發送端必須使用調制器，接收端必須使用解調器。須使用解調器。 數字基帶傳輸系統數字基帶傳輸系統特點是特點是：發送端不使用調制器，接收端不使：發送端不使用調制器，接收端不使用解調器。用解調器。 一、實一、實 驗驗 目目 的的4.4.通過給定的實驗電路通過給定的實驗電路, ,熟悉并掌握本實驗電路的組熟悉并掌握本實驗電路的組成和工作過程成和工作過程, ,學會分析電路方法。學會分析電路方法。 1.1.通過實驗通過實驗, ,了解幾種常見的數字基帶信號，掌握了解幾種常見的數字基帶信號，掌握常用的數字基帶信號的編碼規則。常用的數字基帶信號的編碼

4、規則。 2.2.掌握對二進制單極性碼變換為掌握對二進制單極性碼變換為AMIAMI與與HDB3HDB3碼的碼的編譯碼規則、工作原理和實現方法；編譯碼規則、工作原理和實現方法；進一步明確數字進一步明確數字基帶信號傳輸線路碼型變換的目的?；鶐盘杺鬏斁€路碼型變換的目的。 3.3.簡單了解位同步提取的實現方法。簡單了解位同步提取的實現方法。二、實二、實 驗驗 內內 容容 AMIAMI編譯碼編譯碼系統系統 HDB3HDB3編譯編譯 碼系統碼系統1.AMI1.AMI碼編碼規則驗證碼編碼規則驗證2.AMI2.AMI碼位同步信號觀測碼位同步信號觀測4.AMI4.AMI碼譯碼和時延測量碼譯碼和時延測量3.AMI

5、3.AMI碼單雙變換、雙單變換定性觀測碼單雙變換、雙單變換定性觀測1.HDB31.HDB3碼變換規則驗證碼變換規則驗證2.HDB32.HDB3碼位同步信號觀測碼位同步信號觀測3.HDB33.HDB3碼單雙變換、雙單變換定性觀測碼單雙變換、雙單變換定性觀測4.HDB34.HDB3碼譯碼和時延測量碼譯碼和時延測量1.1. 數字基帶信號的測量數字基帶信號的測量三、實驗應知知識三、實驗應知知識1.1.數字信號與數字基帶信號數字信號與數字基帶信號 在數字通信系統中，一般把模擬信號經數字化處理在數字通信系統中，一般把模擬信號經數字化處理后而形成的脈沖編碼信號，或是來自數據終端設備后而形成的脈沖編碼信號，或

6、是來自數據終端設備（比如計算機）的原始數據信號，稱為數字信號。（比如計算機）的原始數據信號，稱為數字信號。數字信號的特點是數字信號的特點是: :(1) (1) 數字信號數字信號: : 信號的信號的幅值幅值取值是離散的，且幅值被限制在有限個取值是離散的，且幅值被限制在有限個數值之內。常見的二進制碼就是一種數字信號。數值之內。常見的二進制碼就是一種數字信號。 二進制碼受二進制碼受噪聲噪聲的影響小，易于由數字電路進行處的影響小，易于由數字電路進行處理，所以得到了廣泛的應用。理，所以得到了廣泛的應用。三、實驗應知知識三、實驗應知知識(2) (2) 數字基帶信號數字基帶信號: :1010 01 1 0

7、1 數字基帶信號，是消息代碼的電波形的表示形式。數字基帶信號，是消息代碼的電波形的表示形式。即將信源發出的、未經調制或頻譜變換、直接在有效頻帶即將信源發出的、未經調制或頻譜變換、直接在有效頻帶與信號頻譜相對應的信道上傳輸的數字信號，用不同的電與信號頻譜相對應的信道上傳輸的數字信號，用不同的電平或脈沖來表示相應的消息代碼。平或脈沖來表示相應的消息代碼。 例：若將二進制碼的一種數字信號變換為數字基帶信號例：若將二進制碼的一種數字信號變換為數字基帶信號: 數字基帶信號的電波形表示的類型很多，常見的有數字基帶信號的電波形表示的類型很多，常見的有矩形脈沖，三角波、高斯脈沖和升余弦脈沖等。最常用的矩形脈沖

8、，三角波、高斯脈沖和升余弦脈沖等。最常用的是矩形脈沖，因為矩形脈沖易于形成和變換。是矩形脈沖，因為矩形脈沖易于形成和變換。 三、實驗應知知識三、實驗應知知識 數字基帶信號（以后簡稱基帶信號）的類型有很多，如以矩形數字基帶信號（以后簡稱基帶信號）的類型有很多，如以矩形脈沖組成的數字基帶信號，主要有以下幾種：脈沖組成的數字基帶信號，主要有以下幾種：3.常用數字基帶信號類型與編碼規則常用數字基帶信號類型與編碼規則例如例如三、實驗應知知識三、實驗應知知識3.1 3.1 NRZNRZ NRZ NRZ碼的全稱是碼的全稱是單極性不歸零碼單極性不歸零碼，在這種二元碼中用高電平和，在這種二元碼中用高電平和低電平

9、分別表示二進制信息低電平分別表示二進制信息“1 1”和和“0 0”，其特征是其特征是1 1、0 0分別對應分別對應正電平和零電平，在表示碼元時，電壓不需要回到零正電平和零電平，在表示碼元時，電壓不需要回到零. .1+E0010 01 10 1特點：特點：發送能量大，有利于提高接收端的信噪比發送能量大，有利于提高接收端的信噪比在信道上占用的頻帶較窄在信道上占用的頻帶較窄存在直流成份，將導致信號的失真，無法使用交流耦合的線路和設備存在直流成份，將導致信號的失真，無法使用交流耦合的線路和設備不能直接提取位同步信號；不能直接提取位同步信號；5.5.接收接收NRZNRZ碼的判決電平應取碼的判決電平應取”

10、1 1”碼的一半碼的一半, ,由于信道衰減或特性隨各種因由于信道衰減或特性隨各種因素變化時素變化時, ,接收端波形的振幅和寬度容易變化接收端波形的振幅和寬度容易變化, ,因而判決門限不夠穩定在最因而判決門限不夠穩定在最佳電平佳電平, ,使抗噪性能變壞使抗噪性能變壞. .由于單極性碼存在上述缺點，由于單極性碼存在上述缺點，盡管它具有構成簡單的特盡管它具有構成簡單的特點，在實際的基帶數字信號傳輸中很少采用這種碼型點，在實際的基帶數字信號傳輸中很少采用這種碼型, ,但它適合極短距離傳輸，在設備內部的傳輸多采用單極但它適合極短距離傳輸，在設備內部的傳輸多采用單極性碼。性碼。數字信號序列：數字信號序列：

11、+E01 0 1 0 0 1 1 0TbPx()Tb/4Tb1/1/4f0NRZNRZ碼碼單極性非歸零碼（單極性非歸零碼（NRZNRZ）的功率譜）的功率譜 2 2）由離散譜僅含直流分量可知，）由離散譜僅含直流分量可知， 單極性單極性 NRZ NRZ 信號的功率譜不含可用于提取同信號的功率譜不含可用于提取同步信息的步信息的f fb b分量。分量。 3 3）由連續分量可方便求出）由連續分量可方便求出, ,單極性單極性 NRZ NRZ 信號的功率譜的帶寬近似為（信號的功率譜的帶寬近似為（ Sa Sa 函數函數第一零點）第一零點） 時，上述結論依然成立（請讀者自己考慮）時，上述結論依然成立（請讀者自己

12、考慮） 單極性單極性 NRZ NRZ 信號的功率譜如圖所示。可以看出信號的功率譜如圖所示?？梢钥闯?： 1 1） 單極性單極性 NRZ NRZ 信號的功率譜信號的功率譜 只有連續譜和直流分量只有連續譜和直流分量單極性非歸零碼單極性非歸零碼 NRZ NRZ 信號的功率譜信號的功率譜 NRZ(NRZ( = = TsTs) )基帶信號的帶寬為基帶信號的帶寬為BSBS = 1/ = 1/ = fs = fs ；三、實驗應知知識三、實驗應知知識3.2 RZ3.2 RZ RZRZ碼的全稱是碼的全稱是單極性歸零碼單極性歸零碼，與，與NRZNRZ碼不同的是，發送碼不同的是，發送“1 1”時在整個碼元期間高電平

13、只持續一段時間，在碼元的其余時間時在整個碼元期間高電平只持續一段時間，在碼元的其余時間內則返回到零電平，即信號的脈沖寬度小于碼元寬度，通常均內則返回到零電平，即信號的脈沖寬度小于碼元寬度，通常均使脈沖寬度等于碼元寬度的一半。使脈沖寬度等于碼元寬度的一半。+E100 0 電平電平10010100RZRZ碼與碼與NRZNRZ碼相比，除仍具有單極性碼的一般特點外，主碼相比，除仍具有單極性碼的一般特點外，主要優點是可以直接提取同步信號，但不意味可以作為線路傳要優點是可以直接提取同步信號，但不意味可以作為線路傳輸碼使用，它可以為其它碼型提取同步信號時，而作為一個輸碼使用，它可以為其它碼型提取同步信號時，

14、而作為一個過渡碼形應用過渡碼形應用例如：例如：單極性歸零碼單極性歸零碼 RZ RZ 信號的功率譜信號的功率譜 RZRZ+E 0 0 t單極性歸零碼（單極性歸零碼（RZRZ）的功率譜）的功率譜Px()1/Tbf01/t數字信號序列：數字信號序列：1 0 1 0 0 1 1 0對于單極性對于單極性 RZ RZ 信號，有信號，有 這里這里 為圖所示的高度為為圖所示的高度為 1 1 、寬度為、寬度為 占空比占空比 的的 矩形脈沖矩形脈沖 1)單極性單極性 RZ RZ 信號的功率譜信號的功率譜 不但有連續譜，而且在不但有連續譜，而且在 等處還存在離散譜。等處還存在離散譜。 2)2)由離散譜可知，單極性由

15、離散譜可知，單極性 RZ RZ 信號的功率譜信號的功率譜 含可用于提取同步信息的含可用于提取同步信息的fbfb分分量。量。 3 3）由連續譜可求出）由連續譜可求出 單極性單極性 RZ RZ 信號的功率譜信號的功率譜 的帶寬近似為的帶寬近似為 較之單極性較之單極性 NRZ NRZ 信號變寬。信號變寬。 RZ(RZ( = = Ts Ts / 2)/ 2)基帶信號的基帶信號的帶寬帶寬為為BSBS = 1/ = 1/ = = 2 2fsfs三、實驗應知知識三、實驗應知知識3.3 BNRZ 3.3 BNRZ BNRZBNRZ碼的全稱是碼的全稱是雙極性不歸零碼雙極性不歸零碼，在這種二元碼中用正電平和負電平

16、，在這種二元碼中用正電平和負電平分別表示數字基帶信號的分別表示數字基帶信號的“1 1”和和“0 0”。與單極性不歸零碼相同的是整個碼。與單極性不歸零碼相同的是整個碼元期間電平保持不變，因而在這種碼型中不存在零電平。元期間電平保持不變，因而在這種碼型中不存在零電平。+E1-E010011雙極性不歸零（雙極性不歸零（NRZNRZ）碼特點：）碼特點： 在實際工程應用中在實際工程應用中: :雙極性雙極性 BNRZ BNRZ 碼常在碼常在 CCITT CCITT 的的 V V 系列接口標準或系列接口標準或 RS-232 RS-232 接口標準中使用接口標準中使用。（1 1） 當當“1 1”和和“0 0”

17、數目各占一半時無直流分量，數目各占一半時無直流分量， 但當但當“1 1”和和“0 0”出現概率不相等時，出現概率不相等時， 仍有直流成份；仍有直流成份；（2 2）連）連“0 0”或連或連“1 1”時仍不能直接提取位同步信息；時仍不能直接提取位同步信息；（3 3）對信道特性變化不敏感；）對信道特性變化不敏感；（4 4）可在電纜等無接地線上傳輸。）可在電纜等無接地線上傳輸。例如：例如：數字信號序列：數字信號序列：1 0 1 0 0 1 1 0雙極性非歸零碼雙極性非歸零碼 BNRZ BNRZ 信號的功率譜信號的功率譜 +E-E雙極性不歸零（雙極性不歸零（BNRZBNRZ）碼的功率譜）碼的功率譜 BN

18、RZBNRZPx()TbTb1/f0Tb雙極性雙極性BNRZ BNRZ 信號的功率譜如圖所示?？梢钥闯鲂盘柕墓β首V如圖所示。可以看出 ： 1 1） 雙極性雙極性BNRZ BNRZ 信號的功率譜信號的功率譜 只有連續譜，不含任何離散分量。當然，只有連續譜，不含任何離散分量。當然，也不含可用于提取同步信息的也不含可用于提取同步信息的fbfb分量。分量。 2 2）雙極性）雙極性BNRZ BNRZ 信號的功率譜的帶寬同于單極性信號的功率譜的帶寬同于單極性 NRZ NRZ 信號，為信號，為 3 3） 時，時， 雙極性雙極性BNRZ BNRZ 信號的功率譜信號的功率譜 將含有直流分量，其特點與單將含有直流

19、分量，其特點與單極性極性 NRZ NRZ 信號的功率譜相似（請讀者自己考慮）信號的功率譜相似（請讀者自己考慮） NRZ(NRZ( = = TsTs) )基帶信號的帶寬為基帶信號的帶寬為BSBS = 1/ = 1/ = fs = fs ；三、實驗應知知識三、實驗應知知識3.4 BRZ3.4 BRZ BRZBRZ碼的全稱是碼的全稱是雙極性歸零碼。雙極性歸零碼。與與BNRZBNRZ碼不同的是，發送碼不同的是，發送“1 1”和和“0 0”時，時，在整個碼元期間高電平或低電平只持續一段時間，在碼元的其余時間內則返在整個碼元期間高電平或低電平只持續一段時間，在碼元的其余時間內則返回到零電平。回到零電平。+

20、E10 0 電平電平-E010011 雙極性歸零碼的特點是雙極性歸零碼的特點是: : (1) (1) “ 1 1”和和“0 0” 在傳輸線路上分別用正和負脈沖表示，且相鄰脈沖間必有零電平區在傳輸線路上分別用正和負脈沖表示，且相鄰脈沖間必有零電平區域存在。域存在。 (2)(2)對于雙極性歸零碼，在接收端根據接收波形歸于零電平便可知道對于雙極性歸零碼，在接收端根據接收波形歸于零電平便可知道 1 1 比特信息已接比特信息已接收完畢，以便準備下一比特信息的接收。所以，在發送端不必按一定的周期發送信息。收完畢，以便準備下一比特信息的接收。所以，在發送端不必按一定的周期發送信息?？梢哉J為正負脈沖前沿起了啟

21、動信號的作用，后沿起了終止信號的作用。因此，可以經可以認為正負脈沖前沿起了啟動信號的作用，后沿起了終止信號的作用。因此，可以經常保持正確的比特同步。即收發之間無需特別定時，且各符號獨立地構成起止方式，此常保持正確的比特同步。即收發之間無需特別定時，且各符號獨立地構成起止方式，此方式也叫自同步方式。方式也叫自同步方式。 (3)(3)雙極性歸零碼具有雙極性非歸零碼的抗干擾能力強及碼中不含直流成分的優點，雙極性歸零碼具有雙極性非歸零碼的抗干擾能力強及碼中不含直流成分的優點，應用比較廣泛。應用比較廣泛。例如：例如：1 0 1 0 0 1 1 0數字信號序列：數字信號序列：雙極性雙極性BRZ BRZ 信

22、號的功率譜信號的功率譜 +E0 0 -E雙極性歸零（雙極性歸零（BRZBRZ）碼的功率譜）碼的功率譜 Px()f01/tBRZBRZ雙極性雙極性BRZBRZ信號的功率譜如圖所示?？梢钥闯鲂盘柕墓β首V如圖所示?？梢钥闯?1 1）雙極性）雙極性BRZBRZ信號的功率譜，只有連續譜，不含任何離散分量。當然，不信號的功率譜，只有連續譜，不含任何離散分量。當然，不含可用于提取同步信息的含可用于提取同步信息的fbfb分量。分量。 2 2）雙極性）雙極性 RZ RZ 信號的功率譜的帶寬同于單極性信號的功率譜的帶寬同于單極性 RZ RZ 信號，為信號，為 3 3） 時，時， 雙極性雙極性BRZ BRZ 信號的

23、功率譜信號的功率譜 將含有離散分量，其特點與單將含有離散分量，其特點與單極性極性 RZ RZ 信號的功率譜相似（請讀者自己考慮）信號的功率譜相似（請讀者自己考慮） RZ(RZ( = = Ts Ts / 2)/ 2)基帶信號的基帶信號的帶寬帶寬為為BSBS = 1/ = 1/ = = 2 2fsfsq結論： 二進制基帶信號的帶寬主要依賴單個碼元波形的頻譜函數G1(f)和 G2(f) 。時間波形的占空比越小，占用頻帶越寬。若以譜的第1個零 點計算， NRZ( = Ts)基帶信號的帶寬為BS = 1/ = fs ；RZ( = Ts / 2) 基帶信號的帶寬為BS = 1/ = 2fs 。其中fs =

24、 1/Ts ，是位定時信號的頻 率，它在數值上與碼元速率RB相等。 單極性基帶信號是否存在離散線譜取決于矩形脈沖的占空比。單極 性NRZ信號中沒有定時分量，若想獲取定時分量，要進行波形變 換；單極性RZ信號中含有定時分量，可以直接提取?！?”、“1”等 概的雙極性信號沒有離散譜，也就是說沒有直流分量和定時分量。三、實驗應知知識三、實驗應知知識4.4.為什么要進行碼型變換為什么要進行碼型變換? ? 通常由通常由信源信源編碼輸出的數字信號多為經自然編碼的電脈沖序列編碼輸出的數字信號多為經自然編碼的電脈沖序列（高電平表示（高電平表示1 1，低電平表示，低電平表示0 0，或相反），這種經過自然編碼的數

25、，或相反），這種經過自然編碼的數字信號雖然是名符其實的數字信號，但卻并字信號雖然是名符其實的數字信號，但卻并不適合于在信道中直接不適合于在信道中直接傳輸傳輸，或者說，數字通信系統（數據通信系統）一般并不采用這樣，或者說，數字通信系統（數據通信系統）一般并不采用這樣的數字信號進行基帶傳輸。的數字信號進行基帶傳輸。 因為用這樣的數字信號進行基帶傳輸會出現很多問題，換句話說，因為用這樣的數字信號進行基帶傳輸會出現很多問題，換句話說，就是它的就是它的碼型不滿足通信的要求。碼型不滿足通信的要求。傳輸這種數字基帶信號會遇到的問題：傳輸這種數字基帶信號會遇到的問題：(1)(1)由于這種數字基帶信號包含直流分

26、量或低頻分量，那么對于由于這種數字基帶信號包含直流分量或低頻分量，那么對于一些具有電容耦合電路的設備或者傳輸頻帶低端受限的信道（一些具有電容耦合電路的設備或者傳輸頻帶低端受限的信道（廣義信道），信號將可能傳不過去。廣義信道），信號將可能傳不過去。 (2)(2)自然編碼后，有可能出現連自然編碼后，有可能出現連“0 0”或連或連“1 1”數據，這時的數字信號會出現長時間不變的低電數據，這時的數字信號會出現長時間不變的低電平或高電平，以致收信端在確定各個碼元的位置平或高電平，以致收信端在確定各個碼元的位置（定時信息）時遇到困難。換句話說，收信端無（定時信息）時遇到困難。換句話說，收信端無法從接收到的

27、數字信號中獲取定時（定位）信息。法從接收到的數字信號中獲取定時（定位）信息。 （3 3）對收信端而言，從接收到的這種基帶信號）對收信端而言，從接收到的這種基帶信號中無法判斷是否包含有錯碼。中無法判斷是否包含有錯碼。 鑒于上述原因鑒于上述原因: :要實現數字基帶信號的線路傳輸要實現數字基帶信號的線路傳輸, ,必須進行適當的碼型變換必須進行適當的碼型變換. .三、實驗應知知識三、實驗應知知識5.5.對線路對線路要求：要求： 由于不同的碼型具有不同的特性，因此在實際應用中由于不同的碼型具有不同的特性，因此在實際應用中,應合理設應合理設計或選擇適合于在給定信道傳輸特性的碼型，通常要考慮以下因素計或選擇

28、適合于在給定信道傳輸特性的碼型，通常要考慮以下因素，或者說要遵循以下原則：，或者說要遵循以下原則：1 1）能從其響應的基帶信號中獲取定時信息；）能從其響應的基帶信號中獲取定時信息；2 2）相應的基帶信號無直流成份和只有很小的低頻成份；）相應的基帶信號無直流成份和只有很小的低頻成份；4 4）盡可能地提高傳輸碼型的傳輸效率；）盡可能地提高傳輸碼型的傳輸效率；5 5）具有內在的檢錯能力，能在線檢測傳輸誤碼率。）具有內在的檢錯能力，能在線檢測傳輸誤碼率。 3 3）不受信息源統計特性的影響，即能適應于信息源的變化；）不受信息源統計特性的影響，即能適應于信息源的變化； 即將數字基帶信號變換成適合于線路傳輸

29、的碼型。即將數字基帶信號變換成適合于線路傳輸的碼型。此種碼也稱為傳輸碼、線路碼。此種碼也稱為傳輸碼、線路碼。三、實驗應知知識三、實驗應知知識 以上介紹的各類數字基帶信號的碼型沒有一種碼型能滿以上介紹的各類數字基帶信號的碼型沒有一種碼型能滿足上述要求，在實際應用中，往往要根據需要全盤考慮，有足上述要求，在實際應用中，往往要根據需要全盤考慮，有取有舍，合理選擇，并采用信道編碼技術，取有舍，合理選擇，并采用信道編碼技術，將數字基帶信號將數字基帶信號變換成適合于線路傳輸的碼型變換成適合于線路傳輸的碼型。 滿足傳輸碼型要求的的傳輸碼種類繁多，在通信中主要滿足傳輸碼型要求的的傳輸碼種類繁多，在通信中主要有

30、兩大類。有兩大類。 常用傳輸碼型常用傳輸碼型 三元碼三元碼 AMI HDB3 PST（成對選擇三進碼） 4B3T BPH （Manchester曼徹斯特碼） 二元碼二元碼 CMI（傳號反轉碼） DMI mBnB mB1P mB1H三、實驗應知知識三、實驗應知知識 AMIAMI碼碼傳號極性交替反轉碼傳號極性交替反轉碼 HDB3HDB3碼碼 三階高密度雙極性碼三階高密度雙極性碼 CMICMI碼碼傳號反轉碼傳號反轉碼適合線路傳輸碼型三、實驗應知知識三、實驗應知知識1 AMI1 AMI AMIAMI碼的全稱是碼的全稱是傳號極性交替反轉碼傳號極性交替反轉碼，其編碼規則是：信息碼中的，其編碼規則是：信息碼

31、中的“0”0”碼碼, ,仍變換為傳輸碼的仍變換為傳輸碼的“0”0”；信息碼中的；信息碼中的“1”1”碼碼, ,極性交替變換為傳輸碼的極性交替變換為傳輸碼的“+1+1、1 1、1 1、1 1、”。數字基帶信號的數字基帶信號的“0 0”碼仍為碼仍為0 0例如：例如：當二進碼序列為當二進碼序列為 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 10 0+1 -1 0 +10 0 0 -1+1數字基帶信號的數字基帶信號的“1 1”碼，則極性交替反轉碼，則極性交替反轉AMIAMI碼的特點碼的特點（1 1） 無直流成分，無直流成分， 且零頻附近低頻分量??；對信源有透明性

32、。且零頻附近低頻分量??；對信源有透明性。（2 2） 碼型具有一定檢錯能力；若接收端收到的碼元極性與發送端完全相反，也能正碼型具有一定檢錯能力；若接收端收到的碼元極性與發送端完全相反，也能正確判決。確判決。（3 3）用歸零碼就便于提取定時分量。但當信碼出現連）用歸零碼就便于提取定時分量。但當信碼出現連“0 0”串時，提取定時信號困難。串時，提取定時信號困難。AMIAMI簡易編碼電路簡易編碼電路三、實驗應知知識三、實驗應知知識0011100VT1截止截止VY2截止截止輸出輸出01100110VT1導通導通VY2截止截止輸出輸出+11101001VT1截止截止VY2導通導通輸出輸出-10f0/2f0

33、3f0/22f0fp圖圖 AMI AMI碼的頻譜示意圖碼的頻譜示意圖 這種碼型交替出現正、負極脈沖，所以沒直流分量，低頻分量也很少，它這種碼型交替出現正、負極脈沖，所以沒直流分量，低頻分量也很少，它的頻譜如圖所示，的頻譜如圖所示，AMIAMI碼的能量集中于碼的能量集中于f0/2f0/2處處(f0(f0為碼速率為碼速率) )。 這種碼的反變換也很容易，在再生信碼時，這種碼的反變換也很容易，在再生信碼時，只要將信號整流，即可將只要將信號整流，即可將“-1-1”翻轉為翻轉為“1 1”，恢復成單極性碼。這種碼未能解決信碼中經恢復成單極性碼。這種碼未能解決信碼中經常出現的長連常出現的長連“0 0”的問題

34、。的問題。三、實驗應知知識三、實驗應知知識2 HDB2 HDB3 3 碼（改進的碼（改進的 AMI AMI 碼）碼）規則：規則：代碼代碼 “1 1”( (傳號傳號)- )- 傳輸碼傳輸碼 交替為交替為“+1+1”、“-1-1” “0 0”( (空號空號)- )- 傳輸碼傳輸碼 “0 0” ；出現四連；出現四連”0 0”時時, ,用破壞點用破壞點V V碼碼替替代。代。 V V碼碼可為可為“+1+1” 或或 “-1-1”破壞點破壞點V V的規則的規則: :1 1）每）每4 4個連個連“0 0”小段的第小段的第4 4位是破壞點位是破壞點V V，V V的極性與前一個非的極性與前一個非0 0符號的極符號

35、的極性相同；性相同；2 2）+V+V、- V - V 交替出現；交替出現；3 3）當相鄰）當相鄰V V符號之間有偶數個非符號之間有偶數個非0 0符號時，必須將后面連符號時，必須將后面連“0 0”小段的第一小段的第一位換成位換成B B , ,B B 符號的極性與相鄰前一非符號的極性與相鄰前一非0 0符號的極性相反符號的極性相反, ,V V的極性同的極性同B,B,V V后面的非后面的非0 0符號極性從符號極性從V V開始調整。開始調整。HDB3HDB3碼的全稱是碼的全稱是三階高密度雙極性碼三階高密度雙極性碼，其編碼規則如下：，其編碼規則如下：三、實驗應知知識三、實驗應知知識V_B_0 0 0 01

36、11 10000000010 00111000000 0 0 011_10000000011_1_1_1_1_11V+V+例例 AMI 波形波形 代碼波形代碼波形 HDB3 波形波形 特點：特點：1 1）每一個破壞點）每一個破壞點V V 的極性總是與前一個非的極性總是與前一個非0 0符號的極性相同。符號的極性相同。B B 也視為非也視為非0 0符號。符號。 2 2）只要找到破壞點）只要找到破壞點V V，就可判斷其前面必為，就可判斷其前面必為3 3個連個連0 0 符號。符號。3 3）利于提取定時時鐘。）利于提取定時時鐘。VVVB 由此可見由此可見,HDB3,HDB3碼的特點是明顯的，它除了保持碼

37、的特點是明顯的，它除了保持AMIAMI碼的優點碼的優點外，還增加了使連外，還增加了使連0 0串減少到至多串減少到至多3 3個的優點，而不管信息源的個的優點，而不管信息源的統計特性如何。這對于定時信號的恢復是十分有利的。但編碼統計特性如何。這對于定時信號的恢復是十分有利的。但編碼復雜，解碼設備簡單。復雜，解碼設備簡單。 HDB3HDB3碼是應用最廣泛的碼型碼是應用最廣泛的碼型, ,是是CCITT(CCITT(國際電報電話咨詢委員會)推薦使用的碼之一。推薦使用的碼之一。 在實際的通信設備中在實際的通信設備中: :A A律律PCMPCM四次群以下的接口碼型均為四次群以下的接口碼型均為HDB3HDB3

38、碼。碼。HDB3HDB3碼編碼電路組成與原理碼編碼電路組成與原理HDB3HDB3編碼電路組成方框圖編碼電路組成方框圖 該電路主要由該電路主要由4 4個部分組成：連零檢測、破壞點產生、個部分組成：連零檢測、破壞點產生、取代節判決和單雙極性變換。取代節判決和單雙極性變換。HDB3HDB3編碼器各單元電路原理：編碼器各單元電路原理：連零檢測電路：當4個0依次存入四級移位寄存器JC1JC4時，JC11輸出低電平控制信號。取代節判決電路：當JC11輸出控制信號時判斷此時JC6的輸出，如果JC6為高電平則判別由B00V來取代四連“0”碼，否則由000V取代 。破壞點產生電路：由JC5、JC7和JC13組成

39、，當遇到B00V時，JC13為0，當取代節為000V時，JC13為1單雙變換電路的作用是：將單極性不歸零碼變換成雙極性不歸零碼，它由JCl6、JCl7、JCl5、JCl8、BGl、BG2及脈沖變壓器組成。 四連零檢測四連零檢測破壞點產生破壞點產生取代節判斷取代節判斷單雙極性變換單雙極性變換3 CMI3 CMI碼：碼： CMICMI碼的全稱是碼的全稱是傳號反轉碼傳號反轉碼，是一種二電平非歸零碼。其編碼規則如下：，是一種二電平非歸零碼。其編碼規則如下：信息碼中的信息碼中的“0 0”碼固定用負正電平碼固定用負正電平“0101”表示；信息碼中的表示；信息碼中的“1 1”碼交替用正電碼交替用正電平平“1

40、111”和負電平和負電平“0000”表示。表示。三、實驗應知知識三、實驗應知知識0 11100當二進碼序列為當二進碼序列為: 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1: 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 10 10 1 11 0 1 0 1 0 1 0011 CMI CMI 碼的優點是沒有直流分量，且低頻分量較??；碼的優點是沒有直流分量，且低頻分量較??； 信息碼流中有頻繁出現電平信息碼流中有頻繁出現電平（波形）（波形）跳變，含有豐富的定時信息，且便于提跳變，含有豐富的定時信息，且便于提取時鐘分量；取時鐘分量； ， 具有一定的誤碼監測與檢錯能力。具有一定的誤碼監測與檢錯能力。CMICMI

41、碼的特點碼的特點 編、譯碼電路簡單，容易實現，因此，編、譯碼電路簡單，容易實現，因此，ITU-TITU-T推薦在高次群推薦在高次群PCMPCM終端設備中廣終端設備中廣泛用作接口碼型，在速率低于泛用作接口碼型，在速率低于 8448kb/s 8448kb/s 的光纖數字傳輸系統中也被建議作為線的光纖數字傳輸系統中也被建議作為線路傳輸碼型。路傳輸碼型。實驗電路板實驗電路板四、實驗應會技能四、實驗應會技能信號源信號源實驗電路實驗電路電源電源四、實驗應會技能四、實驗應會技能1.1.實驗電路說明實驗電路說明 本實驗采用了本實驗采用了CD22103 CD22103 專用芯片，實現專用芯片，實現AMIAMIH

42、DB3 HDB3 的編譯碼的編譯碼. .內內部部電電路路如如圖圖所所示示1腳/NRZ/IN2腳/編碼時鐘3腳/編碼類型5腳/譯碼時鐘14、15腳/編碼輸出11、13腳/譯碼器輸入CD22103CD22103為雙為雙列直插列直插16 16 引引腳芯片。腳芯片。4腳/譯碼輸出10腳/匯總輸出CD22103CD22103主要由發送編碼和接收譯碼兩部分組成，工作速率為主要由發送編碼和接收譯碼兩部分組成，工作速率為50kb/s50kb/s10Mb/s10Mb/s。AMI/HDB3AMI/HDB3碼型變換電路原理圖碼型變換電路原理圖J1編譯碼類型選擇74HC4052單/雙變換器J2位同步提取極性選擇LC選

43、頻、三極管放大、反相限幅整形位同步提取CD22103編/譯碼74HC04雙/單變換器信號源電路原理圖信號源電路原理圖J3M序列長度選擇S1M序列初始狀態觸發74HC164、74HC86M序列產生電路74HC4060、1G04256KHz方波時鐘信號產生電路本原多項式f(x)=1+x+x3f(x)=1+x+x4電路板輸入輸出點電路板輸入輸出點實實 驗驗 開開 始始 ! 實驗應知知識介紹完實驗應知知識介紹完畢畢 a a、注意安全操作規程，確保人身安全、注意安全操作規程，確保人身安全注意人身安全和儀器設備的安全注意人身安全和儀器設備的安全為了防止器件損壞，在切斷實驗電路板上的電源后才能改接電路。為了

44、防止器件損壞，在切斷實驗電路板上的電源后才能改接電路。調換儀器時應切斷實驗儀器的電源。調換儀器時應切斷實驗儀器的電源。 逐步養成用右手進行單手操作的習慣。逐步養成用右手進行單手操作的習慣。 b b、愛護儀器設備、愛護儀器設備儀器在使用過程中，不必經常開關電源。儀器在使用過程中，不必經常開關電源。切忌切忌無目的的撥弄儀器面板上的開關和按鈕。無目的的撥弄儀器面板上的開關和按鈕。儀器設備出現問題，請向老師尋求幫助，儀器設備出現問題，請向老師尋求幫助，請勿請勿隨便調換配件。隨便調換配件。實驗現場的操作規程實驗現場的操作規程 1.1.數數字字基基帶帶信信號號的的測測量量實驗準備：實驗電路模塊插接于實驗箱

45、中。如實驗準備：實驗電路模塊插接于實驗箱中。如圖連接。接通并打開電源。圖連接。接通并打開電源。 7/157/15位位M M序列數字基帶信號測量（序列數字基帶信號測量（NRZNRZ）測試數測試數據觀察據觀察與記錄與記錄 實驗內容與步驟實驗內容與步驟測量并記錄測量并記錄7 7位和位和1515位位M M序列序列NRZNRZ信碼的頻譜，通過比較信碼的頻譜，通過比較后標明本實驗系統中后標明本實驗系統中NRZNRZ的帶寬。的帶寬。體會并掌握在數字通信系統，如何通過測量系統時鐘信號體會并掌握在數字通信系統，如何通過測量系統時鐘信號來測出信號的碼元。來測出信號的碼元。探頭探頭示波器同時觀測并記錄示波器同時觀測

46、并記錄CLK-INCLK-IN與與NRZ-OUTNRZ-OUT波形。波形。分析觀測分析觀測NRZNRZ碼與編碼時鐘的關系，分別畫出碼與編碼時鐘的關系，分別畫出7 7和和1515位位M M序列序列周期的波形；并分別讀出周期的波形；并分別讀出7 7和和1515位位M M序列的數字序列。序列的數字序列。01111 00重復重復7位周期位周期M序列序列NRZ輸入數據測量（碼元）輸入數據測量（碼元）7位周期位周期M序列序列NRZ信號頻譜（帶寬）信號頻譜（帶寬）頻譜的第一過零點NRZCLK 2.2.AMIAMI與與HDB3HDB3碼碼編編碼碼規規則則驗驗證證實驗準備：保持實驗步驟實驗準備：保持實驗步驟1中

47、連接，中連接，CTXSQ256KHz,NRZ-INNRZ-OUT。 7/157/15位位M M序列編碼驗證序列編碼驗證測試測試數據數據觀察觀察與記與記錄錄設設J1J1選擇編碼方式，選擇編碼方式，J3J3選擇選擇NRZNRZ位數。位數。分析結果是否滿足分析結果是否滿足AMI/HDB3AMI/HDB3編碼關系，畫出一個編碼關系，畫出一個M M序列周期的測序列周期的測試波形。簡述試波形。簡述TD+TD+、TD-TD-合成編碼波形的實現方法。合成編碼波形的實現方法。 實驗內容與步驟實驗內容與步驟觀測并記錄觀測并記錄NRZ-INNRZ-IN與與AMIAMI或或HDB3HDB3編碼編碼輸出輸出HDB3/A

48、MIHDB3/AMI的對比波形。的對比波形。觀測并記錄觀測并記錄HDB3/AMIHDB3/AMI的頻譜，并說明的頻譜，并說明其編碼信號的帶寬。其編碼信號的帶寬。信信號號源源探頭1探頭2觀察觀察HDB3/AMIHDB3/AMI與與TD+TD+、TD-TD-的波形，的波形，并說明其相互之間的關系。并說明其相互之間的關系。探頭1探頭17位周期位周期M序列序列AMI與與HDB3編碼輸出數據延時測量編碼輸出數據延時測量約四個碼元周期約四個碼元周期實驗準備：前一實驗步驟中，改變實驗準備：前一實驗步驟中，改變NRZ-IN+5V。全全“1 1”碼序列編碼驗證碼序列編碼驗證測試測試數據數據觀察觀察與記與記錄錄觀

49、測并記錄觀測并記錄HDB3/AMIHDB3/AMI波形。波形。分析觀測輸入數據與輸出數據關系是否滿分析觀測輸入數據與輸出數據關系是否滿足足AMI/HDB3AMI/HDB3編碼關系，畫出測試波形。編碼關系，畫出測試波形。 2.2.AMIAMI與與HDB3HDB3碼碼編編碼碼規規則則驗驗證證 實驗內容與步驟實驗內容與步驟信信號號源源+5V電源電源探頭1探頭2探頭2觀察觀察HDB3/AMIHDB3/AMI與與TD+TD+、TD-TD-的波形，的波形，并說明其相互之間的關系。并說明其相互之間的關系。觀測并記錄觀測并記錄HDB3/AMIHDB3/AMI的頻譜，并說明的頻譜，并說明其編碼信號的帶寬。其編碼

50、信號的帶寬。設設J1J1選擇編碼方式。選擇編碼方式。實驗準備：前一實驗步驟中，改變實驗準備：前一實驗步驟中，改變NRZ-INGND。 全全“0 0”碼序列編碼驗證碼序列編碼驗證 實驗內容與步驟實驗內容與步驟 2.2.AMIAMI與與HDB3HDB3碼碼編編碼碼規規則則驗驗證證測試測試數據數據觀察觀察與記與記錄錄觀測并記錄觀測并記錄HDB3/AMIHDB3/AMI波形。波形。分析觀測輸入數據與輸出數據關系是否滿分析觀測輸入數據與輸出數據關系是否滿足足AMI/HDB3AMI/HDB3編碼關系，畫出測試波形。并編碼關系，畫出測試波形。并比較兩種編碼方式的特點。比較兩種編碼方式的特點。信信號號源源GN

51、D探頭1探頭2探頭2觀察觀察HDB3/AMIHDB3/AMI與與TD+TD+、TD-TD-的波形，的波形，并說明其相互之間的關系。并說明其相互之間的關系。觀測并記錄觀測并記錄HDB3/AMIHDB3/AMI的頻譜，并說明其編碼的頻譜，并說明其編碼有效時編碼信號的帶寬。有效時編碼信號的帶寬。設設J1J1選擇編碼方式。選擇編碼方式。 實驗內容與步驟實驗內容與步驟 3.3.編編 碼碼信信號號中中位位同同步步信信號號定定性性觀觀測測實驗準備：保持信號源中連接實驗準備：保持信號源中連接,CTXSQ256KHz,NRZ-INNRZ-OUT。NRZNRZ的的HDB3/AMIHDB3/AMI碼位同步提取信號觀

52、測碼位同步提取信號觀測測試測試數據數據觀察觀察與記與記錄錄觀測并記錄觀測并記錄CTXCTX 與與BS-OUTBS-OUT的波形。的波形。信號源信號源設設J1選擇編碼方式；選擇編碼方式；J3選擇選擇NRZ位數位數；J2選擇雙極性的選擇雙極性的HDB3/AMI信號還是信號還是單極性的單極性的HDB3/AMI-D信號。信號。探頭1探頭2分析位同步信號提取需要哪些條件。分析位同步信號提取需要哪些條件。NRZNRZ的長度對結果有影響嗎？的長度對結果有影響嗎？NRZ碼時提取位同步 實驗內容與步驟實驗內容與步驟 3.3.編編 碼碼信信號號中中位位同同步步信信號號定定性性觀觀測測實驗準備：保持信號源中連接實驗準備：保持信號源中連接,CTXSQ256KHz,NRZ-IN+5V。 全全“1 1”的的HDB3/AMIHDB3/AMI碼位同步提取信號觀測碼位同步提取信號觀測測試測試數據數據觀察觀察與記與記錄錄觀測并記錄觀測并記錄CTXCTX 與與BS-OUTBS-OUT的波形。的波形。信號源