北交通原实验1 HDB3码型变换 - 图文

通信系统原理实验报告

HDB3码型变换

姓 名 学 号 班 级 成 员

老 师 时 间 2014年11月30日

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一、实验目的

1、掌握HDB3编码规则、编码和解码原理。 2、了解锁相环的工作原理和定时提取原理。 3、了解输入信号对定时提取的影响 4、了解信号的传输时延

二、实验仪器

1、ZH5001A通信原理综合实验系统 一台 2、20MHz双踪示波器 一台

三、实验内容

（一）实验原理

1、HDB3编码规则

HDB3码全称三阶高密度双极性码，属伪三进制码。主要是为了应对AMI码中连“0”过多不易提取缺点而对AMI码进行改进的结果。它的编码规则是： （1） 当连“0”码的个数不大于3时，HDB3编码规律与AMI码相同，即“1”码变为“+1”、

“-1”交替脉冲；

（2） 当代码序列中出现4个连“0”码或超过4个连“0”码时，把连“0”段按4个“0”分

节，即“0000”，并使第4个“0”码变为“1”码，用V脉冲表示。这样可以消除长连“0”现象。为了便于识别V脉冲，使V脉冲极性与前一个“1”脉冲极性相同。这样就破坏了AMI码极性交替的规律，所以V脉冲为破坏脉冲，把V脉冲和前三个连“0”称为破坏节“000V”；

（3） 为使脉冲序列仍不含直流分量，则必须使相邻的破坏点V脉冲极性交替； （4） 为了保证（2）（3）两条件成立，必须使相邻的破坏点之间有奇数个“1”码。如果原

序列中破坏点之间的“1”码为偶数个，则必须补为奇数，即将破坏节中的第一个“0”码变为“1”，用B脉冲表示。这时破坏节变为“B00V”形式。B脉冲极性与前一“1”脉冲极性相反，而B脉冲极性和V脉冲极性相同。

2、HDB3的译码

每个破坏点总与前一非“0”码元同极性。也就是说，从接收到的信号中找到破坏点V很容易，而V码及其前面三个码元必为连续的三个“0”，从而将恢复四个连“0”，再将所有“-1”变为“+1”后即可得到原码。

3、编解码电路

编译码电路采用集成芯片CD22103实现HDB3的编码工作。同时电路中采用运放完成对HDB3的输出进行电平变换，将输出变换为单极性或双极性码。其组成框图见下图

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为进行HDB3编码，应将CD22103的三号引脚接+5V；AMI编码则将其接地。在编码过程中，将NRZ码及时钟信号作为输入，CD22103将输出两路并行信号+HDB3out（15号引脚）和-HDB3out（14号引脚）。两信号均为半占空比的正脉冲信号，分别与AMI或HDB3的正极性信号和负极性信号对应。两路信号经差分放大器后，得到AMI或HDB3编码。通过运放构成的相加器，HDB3将为单极性。在译码时，需将AMI或HDB3码变换为两路信号分别送到CD22103的第11、13引脚，这一变换有双/单变换电路完成。

4、定时提取

从基带信号中提取定时的原理框图见下图

首先波形变换电路将输入的基带信号变为单极性归零码，再利用窄带通滤波器取出位定时频率分量。若输入的基带信号中含有位定时分量，可不利用波形变换电路。窄带通滤波器要求选择性较好。

接下来是放大限幅电路，它将正弦波或准正弦波变换为方波脉冲。分频器起到分频与整形的作用。

锁相环由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器2组成。鉴相器负责将输入信号经分频器1输出的信号与压控振荡器经分频器2的输出信号进行比较，它们的频率相等。压控

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振荡器经分频器3的输出信号频率和输入基带信号的码速频，即定时频率相等。

环路滤波器的作用是滤除PD的非线性作用产生的无用组合频率及干扰。 工作流程简述如下：

在接收端鉴相器将基准信号相位θi与压控振荡器经分频器2输出的本地信号的相位θo

进行比较，当鉴相器的两个输入相位不一致时，鉴相器将产生误差信号——输出信号μd，μd经环路滤波器滤出高频分量及噪声后，输出电压μc，μc不断去调整压控振荡器的相位，直至获得精确相位为止，这样就使本地振荡器输出的信号经分频后锁定在鉴相器输入信号的相位上。这样就保证了压控振荡器经分频器3输出的位定时脉冲信号和输入基带的信号同步。

5、锁相环模块

锁相环模块见下图

系统工作中锁相环将接收端的256kHz时钟锁定在发射端256kHz的时钟上，获取系统同步时钟。

模块组成：锁相环、数字分频器、D触发器、环路滤波器、输入端贷通滤波器。

输入端由运放及阻容元件构成有源带通滤波器，中心频率256kHz。输入为幅度与周期均不恒定的准正弦信号。对信号限幅放大后，得幅度恒定，周期变化的脉冲信号。接着将信号接入两个二分频，成64kHz信号，送入鉴相器；VCO输出的52kHz信号进行八分频为64kHz，也送入鉴相器，鉴相后误差信号送入VCO。正常情况下，VCO将锁定在256kHz。

（二）实验过程

1、HDB3码变换规则验证

首先将输入信号选择跳线开关KD01设置在M端（右端），单/双极性码输出选择开关设置KD02设置在2-3位置（右端，单极性），HDB3编码开关KD03设置在HDB3位置（左端），使该模块工作在HDB3码方式。

输入为TPD01，双极性输出TDP05，单极性输出TDP08。 输入全1电平应拔掉TDP01，输入全0电平将TDP01接地。 （1）m序列（7位周期序列：1110010）

双极性波形：

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输入数据 双极性码 1 0 1 0 1 1 0 0 0 -1 1 1 0 -1 单极性波形：

输入数据 单极性码 1 0 1 0 1 -1 0 0 0 -1 1 -1 0 -1 由图可得，输入数据与输出数据的关系满足AMI编码关系，只是输出数据有3位的延迟。因为m序列中没有出现4个连“0”，所以AMI码和HDB3码是一样的。 （2）全1码

双极性波形：

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所得的波形近似完美正弦波。

（3）将输入数据该设为全0，再测试TPP01的波形，图形如下

波形也近似为正弦波。

（4）总结

HDB3单极性码含有时钟分量；双极性码不含有时钟分量或是较少的时钟分量。 HDB3码是否含有时钟分量与发送的序列无关，无论是m序列，全0码，全1码。

4、HDB3译码位定时恢复测量

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将输入数据跳线开关KD01设置在M位置（右端），将CMI编码模块内的m序列类型选择跳线开关KX02的设置在1-2（或2-3）位置，将锁相环模块内输入信号选择跳线开关KP02设置在HDB3位置（左端）。

（1）通过KX02的设置，产生周期m序列；KP02设置在HDB3位置。KD02分别设置为单极性码输出和双极性码输出，图形分别如下： 单极性：

可以看出，接收时钟和发送时钟有延时。 双极性：

此时接收端并没有得到时钟信号。

（2）设置输入为全1码；KD02分别设置为单极性码输出和双极性码输出，图形分别如下： 单极性：

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接收时钟和发送时钟有延时。 双极性：

此时没有得到时钟信号。

四、思考题

1、简述AMI/HDB3码型的特点。

AMI码的编码规律是：信息代码1变为带有符号的1码即+1或-1，1的符号交替反转；信息代码0的为0码。 AMI码的特点：

（1）由AMI码确定的基带信号中正负脉冲交替，而0电位保持不变，所以由AMI码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量;

（2）不易提取定时信号，由于它可能出现长的连0串。

HDB3码的编码规律是：4个连0信息码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻V码中间有奇数个信息1码时取代节为000V，有偶数个信息1码（包括0个信息1码）时取代节为B00V，其它的信息0码仍为0码；信息码的1码变为带有符号的1码即+1或-1；HDB3码中1、B的符号符合交替反转原则，而V的符号破坏这种符号交替反转原则，但相邻V码的符号又是交替反转的。 HDB3码的特点：

（1）由HDB3码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量;

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（2）HDB3中连0串的数目至多为3个，易于提取定时信号。 （3）编码规则复杂，但译码较简单。

2、AMI和HDB3码主要区别是什么？

主要区别在于对连续出现四个连0时的处理不同。当信息序列中不存在四个连0时，AMI码与HDB3码相同；而当出现四个连0时，HDB3码需要将第四个码元变为破坏码，同时检查是否需要补信码。

3、编码输入和解码输出的延时是如何产生的？

编码输入和解码输出延时是因为信号在经过CD22103芯片产生延时，查芯片手册可知编码和解码的延时都是4个时钟周期。

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