第1頁共7頁實驗一HDB3碼一、實驗目的1．了解二進制單極性碼變換為HDB3碼2.通過測試電路，熟悉并掌握分析電路的一般規律與方法,學會分析電路工作原理，畫出關鍵部位的工作波形。3．了解關于分層數字接口脈沖的國際規定，掌握嚴格按技術指標研制電路的實驗方法。二、實驗內容本實驗可完成以下實驗內容：1.調測HDB3編、譯碼電路。2.調測位定時提取電路及信碼再生電路。各部分的輸出信號應達到技術指標的要求，同時做到編、解碼無誤。三、基本原理在數字通信系統中，有時不經過數字基帶信號與信道信號之間的變換，只由終端設備進行信息與數字基帶信號之間的變換，然后直接傳輸數字基帶信號。數字基帶信號的形式有許多種，在基帶傳輸中經常采用AMI碼（符號交替反轉碼）和HDB3碼1．傳輸碼型在數字復用設備中，內部電路多為一端接地，輸出的信碼一般是單極性不歸零信碼。當這種碼在電纜上長距離轉輸時，為了防止引進干擾信號，電纜的兩根線都不能接地（即對地是平衡的），這里就要選用一種適合線路上傳輸的碼型，通常有以下幾點考慮：(1).在選用的碼型的頻譜中應該沒有直流分量，低頻分量也應盡量少。這是因為終端機輸出電路或再生中繼器都是經過變壓器與電纜相連接的，而變壓器是不能通過直流分量和低頻分量的。(2).傳輸碼型的頻譜中高頻分量要盡量少。這是因為電纜中信號線之間的串話在高頻部分更為嚴重，當碼型頻譜中高頻分量較大時，就限制了信碼的傳輸距離或傳輸質量。(3).碼型應便于再生定時電路從碼流中恢復位定時。若信號中連“０”較長，則等效于一段時間沒有收脈沖，恢復位定時就困難，所以應該使變換后的碼型中連“０(4).設備簡單，碼型變換容易實現。(5).選用的碼型應使誤碼率較低。雙極性基帶信號波形的誤碼率比單極性信號的低。根據這些原則，在傳輸線路上通常采用AMI碼和HDB3碼2.AMI碼我們用“0”和“1”代表傳號和空號。AMI碼的編碼規則是“０”碼不變，“１”碼則交替地轉換為＋1和－1。當碼序列是１００１０００１１１０１時，AMI碼就變為:+100-1000+1-1+10-1。這種碼型交替出現正、負極性脈沖，所以沒直流分量，低頻分量也很少，它的頻譜如圖1.1所示，AMI碼的能量集中于f0/2處（f0為碼速率)。圖1.1AMI碼的頻譜示意圖 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“-１”翻轉為“+１”，恢復成單極性碼。這種碼未能解決信碼中出現的長連“０”的問題。3.HDB3這是一種4連0取代碼。當沒有4個以上連“０”碼時，按AMI規則編碼，當出現4個連“０”碼時，以碼型取代節“０００Ｖ”或“Ｂ００Ｖ”代替四連“０”碼。選用取代節的原則是：用Ｂ脈沖來保證任意兩個相鄰取代節的Ｖ脈沖間“１”的個數為奇數。當相鄰Ｖ脈沖間“１”的個數為奇數時，用“０００Ｖ”取代，為偶數個時就用“Ｂ００Ｖ”取代。在Ｖ脈沖后面的“１”碼和Ｂ碼都依Ｖ脈沖的極性而正負交替改變。為了討論方便，我們不管“０”碼，而把相鄰的信碼“１”和取代節中的Ｂ碼用B1B2Bn表示，Bn后面為Ｖ，選取“000v”或“Ｂ００Ｖ”來滿足Bn的n為奇數。當信碼中的“１”碼依次出現的序列為ＶB1B2B3．．．BnＶB1時，HDB3碼為＋－＋－．．．－－或為－＋－＋．．．＋＋。由此看出，Ｖ脈沖是可以辯認的，這是因為Bn和其后出現的Ｖ有相同的極性，破壞了相鄰碼交替變號原則，我們稱Ｖ脈沖為破壞點，必要時加取代節Ｂ００Ｖ，保證n永遠為奇數，使相鄰兩個Ｖ碼的極性作交替變化。由此可見，在HDB3碼中，相鄰的Ｖ碼之間或是其余的“１”碼之間都符合交替變號原則，而取代碼在整個碼流中不符合交替變號原則。經過這樣的變換，既消除了直流成分，又避免了長連“０”時位定時不易恢復的情況，同時也提供了取代信息。圖1.2給出了HDB圖1.2HDB3碼由于HDB3碼的這些優點能較好地滿足傳輸碼型的各項要求，所以常被用于遠端接口電路中。在△Ｍ編碼、PCM編碼和ADPCM編碼等終端機中或多種復接設備中，都需要HDB3圖1.3編碼部分的原理方框圖4．編碼原理編碼電路接收終端機來的單極性非歸零信碼，并把這種碼變換成為HDB3碼送往傳輸信道。編碼部分的原理方框圖如圖1.3單極性信碼進入本電路，首先檢測有無四連“０”碼。沒有四連“０”時，信碼不改變地通過本電路；有四連“０”時，在第四個“０”碼出現時，將一個“１”碼放入信號中，取代第四個“０”碼，補入“１”碼稱為Ｖ碼。(1)．破壞點形成電路將補放的“１”碼變成破壞點。方法是在取代節內第二位處再插入一個“１”碼，使單一雙極性變換電路多翻轉一次，后續的Ｖ碼就會與前面相鄰的“1”碼極性相同，破壞了交替反轉的規律，形成了“破壞點”。(2).取代節選擇及補Ｂ碼電路電路計算兩個Ｖ碼之間的“１”碼個數，若為奇數，則用０００Ｖ取代節；若為偶數，則將０００Ｖ中的第一個“０”改為“１”，即此時用“Ｂ００Ｖ”取代節。(3).單一雙極性變換電路電路中的除２電路對加Ｂ碼、插入碼、Ｖ碼的碼序計數，它的輸出控制加入了取代節的信號碼流，使其按交替翻轉規律分成兩路，再由變壓器將此兩路合成雙極性信號。本級還形成符合ITU-TG.703要求的輸出波形。信碼輸出為什么要經過定時選通？這個問題請讀者自己分析。5.解碼原理 圖1.4解碼部分的原理方框圖解碼電路完成恢復位定時碼再生的功能，原理框圖如圖1.４所示，各部分功能如下：(1).雙一單極性變換電路傳輸線來的HDB3碼(2).判決電路本電路選用合適的判決電平以去除信碼經信道傳輸之后引入的干擾信號。信碼經判決電路之后成為半占空（請思考為什么要形成半占空碼？）的兩路信號，相加后成為一路單極性歸“０”信碼，送到定時恢復電路和信碼再生電路。(3).破壞點檢測電路本電路輸入B＋和B－兩個脈沖序列。由HDB3編碼規則已知在破壞點處會出現相同極性的脈沖，就是說這時Ｂ＋和Ｂ－不是依次而是連續出現的，所以可以由此測出破壞點。本電路在Ｖ脈沖出現的時刻有輸出脈沖。(4).去除取代節電路在Ｖ碼出現的時刻將信碼流中的Ｖ碼及它前面的第三位碼置為“０”，去掉取代節之后，再將信號整形即可恢復原來的信碼。破壞點檢測與去除取代節電路一起完成信碼再生功能。(5).定時恢復電路已知隨機序列的功率譜：其中Ts=1/f為基帶脈沖寬度；g1(t)和g2(t)則代表二進制符號的"0"和"1",它們出現的概率為Ｐ和（１－Ｐ）；由Ps表達式中可見，此功率譜中包含連續譜和離散譜。若信號為雙極性并且兩極性波形等概率出現時P=1－P，G1(f)=－G2(f)，則在Ps(ω)的表達式式中后兩項為０，沒有離散譜存在，這對于位定時恢復是不利的。所以將信碼先整流成為單極性碼，再送入位定時恢復電路，用濾波法由信碼提取位定時，這里給出的電路是用線性放大器做成選頻放大器來選取定時頻率分量。經整流恢復出的位定時信號用于信碼再生電路，使兩者同步。四、實驗儀器HDB3實驗箱一臺20MHz雙蹤同步示波器LINKWord.Document.8"C:\\DocumentsandSettings\\zxp1\\桌面\\張秀平2.files\\通信原理實驗指導書new.doc"OLE_LINK2\a\r錯誤！鏈接無效。臺萬用表LINKWord.Document.8"C:\\DocumentsandSettings\\zxp1\\桌面\\張秀平2.files\\通信原理實驗指導書new.doc"OLE_LINK2\a\r錯誤！鏈接無效。臺五、實驗步驟(一)電源檢查在實驗箱中使用了7805和7905芯片來保護實驗板電子元器件，由于穩壓器需要一定的電壓差，故電路板上+5V,-5V的電源需要由+7V,-7V的電源通過穩壓來提供。電源的接入點請參考電路板上的印刷文字。(二)這里提供一個實際使用的HDB3編、解碼電路，分別示于圖1.5、圖1.6和圖1.7。實驗者要根據基本原理，分析說明電路工作原理與各部分功能。為了調測電路方便，實驗箱提供了一個時鐘源和標準信號源電路（見圖5.5）。圖5.5包括一個主振發生器、１０００碼發生器和32位PN碼序列發生器。實驗者可自己分析工作原理，畫出波形，在實驗過程中與實際信號波形相比較。1.根據實驗要求，連接HDB3收發單元。注意一定要在接通電源后再連接收發之間的連接線，如果在接通電源之前沒有斷開連接線，那么一定要斷開一次這個連線再接通，否則實驗中的波形可能不正確。2.調測電路編碼器的信碼輸入端為實驗板上標有Codein的插孔。標有M-Seria的插孔為M序列輸出插孔，標有1000的插孔為1000碼輸出插孔，標有1和0的插孔分別帶來此插孔連接VCC和GND。(1)將HDB3編碼輸入端信號用連接線連接到標有1的插孔中，加入“１”(2)將HDB3編碼輸入端信號用連接線連接到標有0的插孔中，加入“0”(3)將HDB3編碼輸入端信號用連接線連接到標有1000的插孔中，加入“1000”(4)將HDB3編碼輸入端信號用連接線連接到標有MSeria的插孔中，加入M序列，調測電路。在測試點12觀測此時的編碼輸出，根據要求記錄編碼過程中關鍵測試點波形。(5)用連接線連接HDB3的編碼輸出和譯碼輸入(測試點12和測試點A)。觀測HDB3碼譯碼過程，詳細記錄譯碼過程中各點波形。并比較最后的譯碼輸出(測試點L)和輸入信碼(測試點1)。（根據需要可以微調接收端的中周線圈以調節恢復的定時信號的頻率和相位，但是在進行調節之前必須經老師許可）3.技術指標(1).編碼部分完成二進制單極性碼到HDB3碼的變換，輸入信號是碼速率為2048kbit/s的非歸零碼。定時2048kHz，與信碼同相。輸出為HDB3碼，其輸出波形、負載等應基本符合國際電報電話咨詢委員會（CCITT）的G703建議中有關這里我們對CCITT的G703建議略加說明，CCITT對于通訊系統、網絡、傳輸等都有詳細、嚴格的規定，分別以各項建議的形式給出。研制設備、網絡等應符合相應的各項建議中的技術指標要求。本實驗中用到的G703建議是對分層的數字接口的物理和電氣性能要求。下面給出G703中對2048kbit/s碼的輸出口的部分要求：測試負載阻抗75，電阻性信號峰值電壓2.37Ｖ空號峰值電壓0±0.237V脈沖中點處正負脈沖幅度值比0.9--1.05標稱半幅度處脈沖寬度比0.95--1.05脈沖形狀標稱為矩形，波形上、下沖不超過20％（見圖８）⑵.解碼部分完成位定時恢復與信碼再生兩種功能。輸入為雙極性、歸零的HDB3碼，輸出位定時信號為2048KHz，占空比優于1:1.1。輸出信碼為2048kbit/s全占空單極性二進制碼，與位定時同相。定時、信碼的幅度為3.6±0.4六、實驗報告1、根據電路原理圖分析偽隨機序列發生器的生成多項式，計算該M序列的周期長度及一個周期內的波形，與實驗記錄相比