1、第 1 页 共 7 页实验一 HDB3 码型变换实验一、实验目的1了解二进制单极性码变换为HDB3码的编码规则，掌握它的工作原理和实现方法。2. 通过测试电路，熟悉并掌握分析电路的一般规律与方法,学会分析电路工作原理，画出关键部位的工作波形。3了解关于分层数字接口脉冲的国际规定，掌握严格按技术指标研制电路的实验方法。二、实验内容本实验可完成以下实验内容：1.调测HDB3编、译码电路。2.调测位定时提取电路及信码再生电路。各部分的输出信号应达到技术指标的要求，同时做到编、解码无误。三、基本原理在数字通信系统中，有时不经过数字基带信号与信道信号之间的变换，只由终端设备进行信息与数字基带信号之间的变
2、换，然后直接传输数字基带信号。数字基带信号的形式有许多种，在基带传输中经常采用AMI码（符号交替反转码）和HDB3码（三阶高密度双极性码）。1传输码型在数字复用设备中，内部电路多为一端接地，输出的信码一般是单极性不归零信码。当这种码在电缆上长距离转输时，为了防止引进干扰信号，电缆的两根线都不能接地（即对地是平衡的），这里就要选用一种适合线路上传输的码型，通常有以下几点考虑：(1).在选用的码型的频谱中应该没有直流分量，低频分量也应尽量少。这是因为终端机输出电路或再生中继器都是经过变压器与电缆相连接的，而变压器是不能通过直流分量和低频分量的。(2).传输码型的频谱中高频分量要尽量少。这是因为电缆
3、中信号线之间的串话在高频部分更为严重，当码型频谱中高频分量较大时，就限制了信码的传输距离或传输质量。(3).码型应便于再生定时电路从码流中恢复位定时。若信号中连“”较长，则等效于一段时间没有收脉冲，恢复位定时就困难，所以应该使变换后的码型中连“”较少。(4).设备简单，码型变换容易实现。(5).选用的码型应使误码率较低。双极性基带信号波形的误码率比单极性信号的低。根据这些原则，在传输线路上通常采用AMI码和HDB3码。2.AMI码我们用“0”和“1”代表传号和空号。AMI码的编码规则是“”码不变，“”码则交替地转换为1和1。当码序列是时，AMI码就变为:+100-1000+1-1+10-1。这
4、种码型交替出现正、负极性脉冲，所以没直流分量，低频分量也很少，它的频谱如图1.1所示，AMI码的能量集中于f 0/2处（f 0为码速率)。第 2 页 共 7 页P0f0/2f02f0f图1.1 AMI码的频谱示意图这种码的反变换也很容易，在再生信码时，只要将信号整流，即可将“-”翻转为“+”，恢复成单极性码。这种码未能解决信码中出现的长连“”的问题。3.HDB3码这是一种4连0取代码。当没有4个以上连“”码时，按AMI规则编码，当出现4个连“”码时，以码型取代节“”或“”代替四连“”码。选用取代节的原则是：用脉冲来保证任意两个相邻取代节的脉冲间“”的个数为奇数。当相邻脉冲间“”的个数为奇数时，
5、用“”取代，为偶数个时就用“”取代。在脉冲后面的“”码和码都依脉冲的极性而正负交替改变。为了讨论方便，我们不管“”码，而把相邻的信码“”和取代节中的码用B1B2Bn表示，Bn后面为，选取“000v”或“”来满足Bn的n为奇数。当信码中的“”码依次出现的序列为B1B2B3BnB1时，HDB3码为或为。由此看出，脉冲是可以辩认的，这是因为Bn和其后出现的有相同的极性，破坏了相邻码交替变号原则，我们称脉冲为破坏点，必要时加取代节，保证n永远为奇数，使相邻两个码的极性作交替变化。由此可见，在HDB3码中，相邻的码之间或是其余的“”码之间都符合交替变号原则，而取代码在整个码流中不符合交替变号原则。经过这
6、样的变换，既消除了直流成分，又避免了长连“”时位定时不易恢复的情况，同时也提供了取代信息。图1.2 给出了HDB3码的频谱，此码符合前述的对频谱的要求。图1.2 HDB3码的频谱示意图由于HDB3码的这些优点能较好地满足传输码型的各项要求，所以常被用于远端接口电路中。在编码、PCM编码和ADPCM编码等终端机中或多种复接设备中，都需要HDB3码型变换电路与之相配合。第 3 页 共 7 页四 连 “0”检 测及 补 “1”电 路 取 代 节 选 择电 路破 坏 点 形 成电 路 单 双 极 性变 换 电 路 HDB3图1.3 编码部分的原理方框图4编码原理编码电路接收终端机来的单极性非归零信码，
7、并把这种码变换成为HDB3码送往传输信道。编码部分的原理方框图如图1.3所示，各部分功能如下所述。单极性信码进入本电路，首先检测有无四连“”码。没有四连“”时，信码不改变地通过本电路；有四连“”时，在第四个“”码出现时，将一个“”码放入信号中，取代第四个“”码，补入“”码称为码。(1)破坏点形成电路将补放的“”码变成破坏点。方法是在取代节内第二位处再插入一个“”码，使单一双极性变换电路多翻转一次，后续的码就会与前面相邻的“1”码极性相同，破坏了交替反转的规律，形成了“破坏点”。(2).取代节选择及补码电路电路计算两个码之间的“”码个数，若为奇数，则用取代节；若为偶数，则将中的第一个“”改为“”
8、，即此时用“”取代节。(3).单一双极性变换电路电路中的除电路对加码、插入码、码的码序计数，它的输出控制加入了取代节的信号码流，使其按交替翻转规律分成两路，再由变压器将此两路合成双极性信号。本级还形成符合ITU-T G.703要求的输出波形。信码输出为什么要经过定时选通？这个问题请读者自己分析。5.解码原理 单 双 极 性变 换 电 路 判 决 电 路 破 坏 点检 测 电 路 去 除 取 代电 路位 定 时 恢 复电 路 位 定 时位 定 时图1.4 解码部分的原理方框图解码电路完成恢复位定时码再生的功能，原理框图如图1.所示，各部分功能如下：(1).双一单极性变换电路传输线来的HDB3码加
9、入本电路，输入端与外线路匹配，经变压器将双极性脉冲分成两路单极性的脉冲。(2).判决电路第 4 页 共 7 页本电路选用合适的判决电平以去除信码经信道传输之后引入的干扰信号。信码经判决电路之后成为半占空（请思考为什么要形成半占空码？）的两路信号，相加后成为一路单极性归“”信码，送到定时恢复电路和信码再生电路。(3).破坏点检测电路本电路输入B和B两个脉冲序列。由HDB3编码规则已知在破坏点处会出现相同极性的脉冲，就是说这时和不是依次而是连续出现的，所以可以由此测出破坏点。本电路在脉冲出现的时刻有输出脉冲。(4).去除取代节电路在码出现的时刻将信码流中的码及它前面的第三位码置为“”，去掉取代节之
10、后，再将信号整形即可恢复原来的信码。破坏点检测与去除取代节电路一起完成信码再生功能。(5).定时恢复电路已知随机序列的功率谱：ss sm sPfGfGpfPff Pm 2101012221其中Ts=1/f为基带脉冲宽度；g 1(t)和g 2(t)则代表二进制符号的“0“和“1“,它们出现的概率为和（）； dtetffj由Ps表达式中可见，此功率谱中包含连续谱和离散谱。若信号为双极性并且两极性波形等概率出现时P=1P，G1(f)=G2(f)，则在Ps()的表达式式中后两项为，没有离散谱存在，这对于位定时恢复是不利的。所以将信码先整流成为单极性码，再送入位定时恢复电路，用滤波法由信码提取位定时，这
11、里给出的电路是用线性放大器做成选频放大器来选取定时频率分量。经整流恢复出的位定时信号用于信码再生电路，使两者同步。四、实验仪器1. HDB3实验箱 一台2. 20MHz双踪同步示波器 错误！链接无效。台 3. 万用表 错误！链接无效。台五、实验步骤(一)电源检查在实验箱中使用了7805和7905芯片来保护实验板电子元器件，由于稳压器需要一定的电压差，故电路板上+5V,-5V的电源需要由+7V,-7V的电源通过稳压来提供。电源的接入点请参考电路板上的印刷文字。 (二)这里提供一个实际使用的HDB3编、解码电路，分别示于图1.5、图1.6和图1.7。实验者要根据基本原理，分析说明电路工作原理与各部
12、分功能。为了调测电路方便，实验箱提供了一个时钟源和标准信号源电路（见图5.5）。图5.5包括一个主振发生器、码发生器和32位PN码序列发生器。实验者可自己分析工作原理，画出波形，在实验过程中与实际信号波形相比较。1.根据实验要求，连接HDB3收发单元。注意一定要在接通电源后再连接收发之间的连接线，如果在接通电源之前没有断开连接线，那么一定要断开一次这个连线再接通，否则实验中的波形可能不正确。2.调测电路 编码器的信码输入端为实验板上标有 Code in的插孔。标有 M-Seria的插孔为M序列输出插孔，标有 1000的插孔为 1000码输出插孔，标有 1 和0 的插孔分别带来此插孔连接 VCC
13、和GND。第 5 页 共 7 页(1)将HDB3编码输入端信号用连接线连接到标有 1 的插孔中，加入“”码，调测电路，此时AMI和HDB3编码规律是相同的。在测试点12观测此时的编码输出，根据要求记录编码过程中关键测试点波形。(2)将HDB3编码输入端信号用连接线连接到标有 0 的插孔中，加入“0”码，调测电路，此时按HDB3编码规律编码。在测试点12观测此时的编码输出，根据要求记录编码过程中关键测试点波形。(3)将HDB3编码输入端信号用连接线连接到标有 1000 的插孔中，加入“1000”码，调测电路，此时AMI和HDB3编码规律是相同的。在测试点12观测此时的编码输出，根据要求记录编码过
14、程中关键测试点波形。(4)将HDB3编码输入端信号用连接线连接到标有M Seria 的插孔中，加入M序列，调测电路。在测试点12观测此时的编码输出，根据要求记录编码过程中关键测试点波形。(5)用连接线连接HDB3的编码输出和译码输入(测试点 12和测试点A)。观测HDB3码译码过程，详细记录译码过程中各点波形。并比较最后的译码输出(测试点L) 和输入信码(测试点1)。（根据需要可以微调接收端的中周线圈以调节恢复的定时信号的频率和相位，但是在进行调节之前必须经老师许可）3.技术指标(1).编码部分完成二进制单极性码到HDB3码的变换，输入信号是码速率为2048kbit/s的非归零码。定时2048
15、kHz，与信码同相。输出为HDB3码，其输出波形、负载等应基本符合国际电报电话咨询委员会（CCITT）的G703建议中有关2048kbit/s输出接口波形的要求。这里我们对CCITT的G703建议略加说明，CCITT对于通讯系统、网络、传输等都有详细、严格的规定，分别以各项建议的形式给出。研制设备、网络等应符合相应的各项建议中的技术指标要求。本实验中用到的G703建议是对分层的数字接口的物理和电气性能要求。下面给出G703中对2048kbit/s码的输出口的部分要求：测试负载阻抗75，电阻性信号峰值电压2.37空号峰值电压00.237V脉冲中点处正负脉冲幅度值比0.9-1.05标称半幅度处脉冲
16、宽度比0.95-1.05脉冲形状标称为矩形，波形上、下冲不超过20（见图）.解码部分完成位定时恢复与信码再生两种功能。输入为双极性、归零的HDB3码，输出位定时信号为2048KHz，占空比优于1:1.1。输出信码为2048kbit/s全占空单极性二进制码，与位定时同相。定时、信码的幅度为3.60.4。六、实验报告1、根据电路原理图分析伪随机序列发生器的生成多项式，计算该M序列的周期长度及一个周期内的波形，与实验记录相比较。2、根据电路图及实验记录，分析HDB3收发电路的原理，对关键器件的功能加以描述。3、根据实验记录绘制当输入为“0”、“1” “1000”码和32位PN码时HDB3收发过程中关
17、键点的波形4、HDB3编码器件输出什么极性脉冲？如果将HDB3对 0 、1码编码的极性反相的是否可以？比较两者的优缺点。5、当传输型为“”、“”、 “1”和32位码时，若传输距离长，信号衰减较大时输出情况如何？哪种码型定时抖动最小？哪种最大？为什么？6、用滤波法由信码中提取位定时信息，对于HDB3码要作哪些变换？根据原理图分析自本实验中是如何恢复码定时的。7、谐振回路中、的如何考虑？电路的值应取多少？根据什么原则决定这些值？8. 分析HDB3码和信码的频谱，并做出比较。9、通过本实验还有什么收获和体会？第 6 页 共 7 页附电路图1 2 3 4ABCD4321DCBA TitleNumber
18、 RevisionSizeA4Date: 5-Jan-2005 Sheet of File: G:ZXPtecsch.ddb Drawn By:1213IC1F7404X12048k89IC1D7404R112.2kC12223R122.2k12456IC5A74203 4IC1B74045 6IC1C7404CLK11 D12 SD10CD13Q 9Q 8IC2B74LS74VCCCLK3 D2 SD4CD1Q 5Q 6IC2A74LS74VCCD14 Q1 2Q1 3D25 Q2 7Q2 6D312 Q3 10Q3 11D413 Q4 15Q4 14CLK9 CLR1IC374LS1754
19、56IC4B74LS8613121098IC5B74LS2012 13IC6F74LS048910 IC4C74LS86VCCCLK 3D2SD4CD1Q5Q6IC7A74LS74CLK 11D12SD10CD13Q9Q8IC7B74LS748 9IC6D74LS04M1000 1.5图1.5第 7 页 共 7 页1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBATitle Number RevisionSizeA3Date: 5-Jan-205 Shet of File: G:ZXPtecsch.db Drawn By:11098763541212C510UT1VC89 10 I
20、12C74LS12645 6IC12B74LS1265 6IC10C74LS041312109 8IC15B74LS201245 6IC15A74LS20CLK1 D12 SD10CD13Q 9Q 8IC1B74LS7411213 IC13D74LS089 10IC13C74LS045 6IC13B74LS012 3IC13A74LS034 IC10B74LS041312109 8IC9B74LS20101IC10E74LS041213IC10F74LS0489IC10D74LS041245 6IC9A74LS20D14 Q1 2Q1 3D25 Q2 7Q2 6D312 Q3 10Q3 1D4
21、13 Q4 15Q4 14CLK9 CLR1IC874LS175CLK13 J1 K12 CD14SD10Q 9Q 7IC14B74LS12CLK1 J3 K2 CD15SD4Q 5Q 6IC14A74LS12HDB3-OUTCode-INCLK-INHDB3 1.6图1.61 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 5-Jan-205 Shet of File: G:ZXPtecsch.db Drawn By:GK LCLK3 D2 SD4CD1Q 5Q 6IC19A7474JH8910IC2C74045 6IC2B740
22、101 IC24E74048 9IC24D7404CLK13 J1 K12 CD14SD10Q 9Q 7IC23B74LS12 1 1213IC2D740 123IC2A740CLK 1J 3K 2CD15SD4Q5Q6IC23A74LS1213121098 IC21B74LS2012456IC21A74LS20D14 Q1 2Q1 3D25 Q2 7Q2 6D312 Q3 10Q3 1D413 Q4 15Q4 14CLK9 CLR1IC2074LS17556IC24C740434IC24B74041213 IC24F740412IC24A7404I A15A1A108910IC17C74LS0D89 IC16D74LS04101 IC16E74LS04 E3 4IC16B74LS041 2IC16A74LS04CBR2R1D3D2D1T1 11213 IC17D74LS0 12 3IC17A74LS0 C1A3N19013A12+5C2T2 -5D4D5C3 E1R3+5R443HDB31.7图1.7
