数字通信原理实验指导书2011A.doc

数字通信原理实验指导书闫晓明 王春悦 编赵蓉 审通信工程系2011年11月目 录实验一 脉冲编码调制与解调实验.实验二 时分复用与解复用实验.实验三 码型变换实验.实验四 模拟信号的数字化及编码.实验五 信道编码.实验一 脉冲编码调制与解调实验一、 实验目的1. 掌握脉冲编码调制与解调的原理。 2. 掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。二、 实验内容1. 观察脉冲编码调制与解调的结果，观察调制信号与基带信号之间的关系。2. 改变基带信号的幅度、观察脉冲编码调制与解调信号的信噪比的变 化情况。3. 改变基带信号的频率，观察脉冲编码调制与解调信号幅度的变化情况。三、 实验器材1. 信号源模块2. 模拟信号数字化模块3. 20M双踪示波器 一台4. 连接线 若干四、 实验原理模拟信号进行抽样后，其抽样值还是随信号幅度连续变化的，当这些连续变化的抽样值通过有噪声的信道传输时，接收端就不能对所发送的抽样准确的估值。如果发送端用预先规定的有限个电平来表示抽样值，且电平间隔比干扰噪声大，则接收端将有可能对发送的抽样值准确的估值，从而有可能消除随机噪声的影响。脉冲编码调制（PCM）简称为脉码调制，它是一种将模拟语音信号变换成数字信号的编码方式。脉码调制的过程如图1-1所示。PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。抽样是把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号；量化是把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散幅度离散的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。国际标准化的PCM码组（电话语音）是八位码组代表一个抽样值。编码后的PCM码组，经数字信道传输，在接收端，用二进制码组重建模拟信号，在解调过程中，一般采用抽样保持电路。预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在3003400HZ左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。模拟 预滤 抽样器 波形编码器 信源 波器 量化、编码 发送端 数字 信道 接收端 模拟 重建滤波器 波形 终端 抽样保持、低通 解码器图1-1 PCM调制原理图在整个PCM系统中，重建信号的失真主要来源于量化及信道传输误码，通常，用信号与量化噪声的功率比，即信噪比S/N来表示，国际电报电话咨询委员会（ITU-T）详细规定了它的指标，还规定比特率为64Kb/s，使用A律或律编码。下面将详细介绍PCM编码的整个过程，由于抽样原理已在前面的实验中详细讨论过，在此只讲述量化及编码的原理。1.量化从数学上看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。如图1-2所示，量化器Q输出L个量化值，k=1,2,3,，L。常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度落在与之间时，量化器输出电平为。这个量化过程可以表达为：y =Q（）=Q= K=1,2,3,L这里称为分层电平或判决阈值。通常=-称为量化间隔。 模拟入 量化器 量化值 图 1-2 模拟信号的量化模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化，我们先讨论均匀量化。把输入模拟信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。在均匀量化中，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点，其量化间隔（量化台阶）取决于输入信号的变化范围和量化电平数。当输入信号的变化范围和量化电平数确定后，量化间隔也被确定，例如，输入信号的最小值和最大值分别用a和b表示，量化电平数为M，那么，均匀量化的量化间隔为：=量化器输出m为： m=q 当m mm式中m为第I个量化区间的终点，可以写成 m= a + i q为第i个量化区间的量化电平，可表示为 q = , i=1,2,.,M上述均匀量化的主要缺点是，无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此，当信号m（t）较小时，则信号量化噪声功率比也就很小，这样，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。通常，把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，可见，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中，往往采用非均匀量化。非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的优点。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是压缩律和A压缩律。美国采用压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律，因此，本实验模块采用的PCM编码方式也是A压缩律。所谓A压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律： y= 0X y= X1A律压扩特性是连续曲线，A值不同压扩特性也不同，在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。实际中，往往都采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压扩特性。这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于数字电路实现，本实验模块中所用到的PCM编码芯片TP3067正是采用这种压扩特性来进行编码的。 表1-1列出了13折线时的x值与计算x值的比较。 表1-10101按折线分段时的01段落12345678斜率16168421表中第二行的值是根据A=87.6时计算得到的，第三行的值是13折线分段时的值。可见，13折线各段落的分界点与A=87.6曲线十分逼近，同时按2的幂次分割有利于数字化。 2.编码所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者属于信源编码的范畴。在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般采用第二类。编码器的种类大体上可归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。本实验模块中的编码芯片TP3067采用的是逐次比较型。在逐次比较型编码方式中。无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序。下面结合13折线的量化来加以说明。 表1-2 段落码 表1-3 段内码段落序号 段落码量化级 段内码 8 111 15 1111 7 110 14 1110 6 101 13 1101 5 100 12 1100 4 011 11 1011 3 010 10 1010 2 001 9 1001 1 000 8 1000 7 0111 6 0110 5 0101 4 0100 3 0011 2 0010 1 0001 0 0000在13折线法中，无论输入信号是正是负，均按8段折线（8个段落）进行编码。若用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值时，其中用第一位表示量化值的极性，其余7位（第二位至第八位）则表示抽样量化值的绝对大小。具体的做法是：用第二至第四位表示段落码，它的8种可能状态分别代表8个段落的起点电平。其它4位表示段内码，它的16种可能状态分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。这样处理的结果，8个段落被分成2=128个量化级。段落码和8个段落之间的关系如表1-2所示；段内码与16个量化级之间的关系见表1-3。可见，上述编码方法是把压缩、量化和编码合为一体的方法。本实验采用大规模集成电路TP3067对语音信号进行PCM编、解码。TP3067在一个芯片内部集成了编码电路和译码电路，是一个单路编译码器。其编码速率为2.048MHZ，每一帧数据为8位，帧同步信号为8KHZ。模拟信号在编码电路中，经过抽样、量化、编码，最后得到PCM编码信号。在单路编译码器中，经变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去的，在其他的时隙中编译码器是没有输出的，即对一个单路编译码器来说，它在一个PCM帧（32个时隙）里，只在一个特定的时隙中发送编码信号。同样，译码电路也只是在一个特定的时隙（此时隙应与发送时隙相同，否则接收不到PCM编码信号）里才从外部接收PCM编码信号，然后进行译码，经过带通滤波器、放大器后输出。它的数据既可以固定速率传送，也可以变速率传送，它既可以传输信令帧也可以选择它传送无信令帧，并且还可以控制它处于低功耗备用状态，到底使用它的什么功能可由用户通过一些控制来选择。五、实验步骤1. 将信号源模块、模拟信号数字化模块小心的固定在主机箱中，确保电源接触良好。2. 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下二个模块中的开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED001、LED002、LED300、LED301发光，按下信号源模块的复位键，二个模块均开始工作。3. 将信号源模块的拨码开关SW101、SW102设置为00000000 000000014. 将信号源模块产生的正弦波信号（频率为2.5KHz，峰-峰值为3V）从点“S-IN”输入模拟信号数字化模块，将信号源模块的信号输出点“64K”、“8K”、“BS”分别与模拟信号数字化模块的信号输入点“CLKB-IN”、“FRAMEB-IN”、“2048K-IN”连接，连接“CLKB-IN”和“CLK2-IN”，连接“FRAMEB-IN”和“FRAME2-IN”，连接信号输出点“PCMB-OUT”和信号输入点“PCM2-IN”，观察信号输出点“OUT”、“PCMB-OUT”的波形，记录下来。5. 改变输入正弦信号的幅度，使其峰-峰值分别等于和大于5V（若幅度无法达到5V，可将输入正弦信号先通过信号源模块的模拟信号放大通道，再送入模拟信号数字化模块），将示波器探头分别接在信号输出点“OUT”、“PCMB-OUT”上，观察满载和过载时的脉冲幅度调制和解调波形，记录下来（应可观察到，当输入正弦波信号幅度大于5V时，PCM解码信号中带有明显的噪声）。6. 当改变输入正弦信号的频率，使其频率分别大于3400Hz或小于300Hz，观察点“OUT”、“PCMB-OUT”，记录下来（应可观察到，当输入正弦波的频率大于3400Hz或小于300Hz时，PCM解码信号幅度急剧减小）。六、输入、输出点参考说明1. 输入点参考说明 S-IN： 模拟信号输入点（基带信号） CLKB-IN： PCM编码所需时钟输入点。 FRAMEB-IN： PCM编码帧同步信号输入点。 2048K-IN： PCM所需时钟输入点。 CLK2-IN： PCM解码所需时钟输入点。 FRAME2-IN： PCM解码帧同步信号输入点。 PCM2-IN： PCM 调解信号输入点（因为是对随机信号进行编码，所以用模拟示波器无法同步该点信号，必须用数字存储示波器才能清楚观察到该点波形）。2. 输出点参考说明PCMB-OUT： 脉冲编码调制信号输出点（因为是对随机信号进行编码，所以用模拟示波器无法同步该点信号，必须用数字存储示波器才能清楚的观察到该点的波形）。OUT： PCM解调信号输出点。七、实验思考题1. 为什么实验时观察到的PCM编码信号总是随时变化的？2. 分析满载和过载时的脉冲编码调制和解调波形。3. 当输入正弦波信号的频率大于3400Hz或小于300Hz时，分析脉冲编码调制和解调波形。八、实验报告要求1. 画出实验电路方框图，并叙述其工作过程。2. 在坐标纸上画出实验过程中各测量点的波形图，主要对应相位关系。3. 写出本次实验的心得体会，以及对本次实验有何改进意见。实验二 时分复用与解复用实验一、 实验目的1.掌握时分复用概念。2.了解时分复用与解复用系统的构成及工作原理。3.了解时分复用这种复用方式的优点与缺点。4.了解时分复用在整个通信系统中的作用。二、实验内容 1. 对两路模拟信号进行PCM编码，然后进行复用，观察复用后的信号并与复用前的编码信号进行比较2. 将复用后的信号进行解复用，然后进行PCM解码，观察解复用后的两路解码信号与原两路模拟信号是否相同三、实验器材1. 信号源模块2. 时分复用模块3. 模拟信号数字化模块4. 20M双踪示波器5. 连接线四、实验原理在实际的通信系统中，为了提高通信系统的利用率，往往用多路通信的方式来传输信号。所谓多路通信，就是把多个不同信源所发出的信号组合成一个群信号，并经由同一信道进行传输，在收端再将它分离并被相应接收。时分复用（TDM, 即Time-Division Multiplexing）就是一种常用的多路通信方式。时分复用是建立在抽样定理基础上的，因为抽样定理使连续（模拟）的基带信号由可能被在时间上离散出现的抽样脉冲所代替。这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙。利用这些空隙便可以传输其他信号的抽样值，因此，就可能用一条信道同时传送若干个基带信号，并且每一个抽样值占用的时间越短，能够传输的路数也越多。两个基带信号在时间上交替出现，显然这种时间复用信号在接受端只要在时间上恰当地进行分离，各个信号就能分别得到恢复。这就是时分复用的概念。此外，时分复用通信系统有两个突出的优点，一是多路信号的汇合与分路都是数字电路，简单、可靠；二是时分复用通信系统对非线形失真的要求比较低。然而，时分复用系统对中时钟相位抖动及接收端与发送端的时钟同步问题提出了较高的要求。所谓同步是指接收端能正确地从数据流中识别各路序号。为此，必须在每帧内加上标志信号（既帧同步信号）。它可以是一组特定的码组，也可以是特定宽度的脉冲。在实际通信系统中还必须传递信令以建立通信连接，如传送电话通信中的占线、摘机与挂机信号以及振铃信号等信令。上述所有信号都是时间分割，按某种固定方式排列起来，称为帧结构。采用时分复用的数字通信系统，在国际上以逐步建立起标准。原则上是把一定路数电话语音复合成一个标准数据流（称为基群），然后再把基群数据流采用同步或准同步数字复接技术，汇合成更高速地数据信号，复接后的序列中按传输速率不同，分别称为一次群、二次群、三次群、四次群等等。在本实验中，第一路模拟信号送入时分复用模块，第二路模拟信号送入模拟信号数字化模块，分别在这两个模块中进行PCM编码，得到两路PCM码（PCMA和PCMB），在和时分复用模块产生的帧同步码进行时分复用，得到包含四路数据（第四路为空数据）、一帧32位的时分复用信号，其复用部分的原理框图如图2-1。由图2-1可见，时分复用是通过时钟信号对移位寄存器构成的并/串转换电路的输出信号轮流进行选通而实现的，时分复用输出信号的位同步信号的频率为BS的四倍，帧同步信号的频率为位同步信号的三十二分之一。时分复用输出信号每一帧由32位组成，其帧结构如图2-2所示。拨码开关SW701可设置帧同步码的码型。帧同步码 8位 8位 8位全零 帧同步码 8位 8位 8位全零01110010数据1数据20000000001110010数据1数据2000000000 图2-2时分复用输出信号帧结构复用信号通过解复用电路还原出两路PCM编码信号，分别送入时分复用模块和模拟信号数字化模块进行PCM译码输出，得到的两路信号分别与输入信号相同。图2-3是解复用部分的原理框图。时分复用与解复用的所有功能都是在U701（PM7128SLC84-15）中完成的。移位寄存器移位寄存器码型选择锁存器锁存器第四路全零数据选择器数据选择器数据选择器数据选择器 PCMB PCMA BS F-DATA FS F-FS CLK F-BS 图2-1时分复用原理框图移位寄存器PCM锁存器锁存器数据选择器4分频移位寄存器 J-FS J1- FS /J2- FS J-DATA J1-DATA 数据选择器PCMJ2-DATA J-BS J1-BS/J2-BS 图2-3解复用原理框图图2-3中J代表解复用，如J-DATA为解复用的输入数据，对此进行解复用，J1代表解复用后的第一路，J2代表解复用后的第二路。 在解复用电路中，先通过帧同步信号和位同步信号把四路数据分开，然后通过移位寄存器构成的并/串转换电路输出串行的数据。时分复用和解复用的电路都比较简单，请同学们参照我们提供的原理框图自己分析电路详细的工作过程。五、 实验步骤1. 将信号源模块、时分复用模块、模拟信号数字化模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2. 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，在分别按下三个模块中的开关POWER1、PROWER2，对应的发光二极管LED001、LED002、D701、D701、LED300、LED301发光，按一下信号源模块的复位键，三个模块均开始工作。3. 时分复用模块的Sin-IN连接信号源的模拟输出正弦信号，模拟信号数字化模块的S-IN同上。4. 用连接线把时分复用模块和模拟信号数字化模块对应的连接孔连起来。 FRAMEB-OUT FRAMEB-IN CLKB-OUT CLKB-IN 2048K-OUT 2048K-IN PCMB-IN PCMB-OUT5. 设置“SW701”的第一位为1，第28位为巴克码1110010（或任意码型），即帧同步信号，用示波器分别观察复用“DATA”、“BS”、“FS”信号。复用“DATA”是“SW701”、“PCMA”、“PCMB”、“全零”的复用信号，“BS”的频率为“CLKB-OUT”频率的四倍，“FS”与“FRAMEB-OUT”相同。6. 用连接线连接时分复用模块复用“DATA”和解复用“DATA”，复用“BS”和解复用“BS”，复用“FS”和解复用“FS”，用示波器分别观察解复用“DATA1”、“BS1”、“FS1”和“DATA2”、“BS2”、“FS2”，看两路模拟信号PCM编码的解复用是否正确，解复用“DATA1”对应“PCMA”，“DATA2”对应“PCMB”， 其中“BS1”与“BS2”信号完全一样，且频率为“BS”信号的四分之一，“FS1”与“FS2” 信号完全一样，且与“FS”信号一样。7. 用示波器观察“Sin-OUT”与模拟信号数字化模块的“OUT”。六、输入、输出点参考说明 1. 输入点参考说明Sin-IN： 模拟信号输入点。PCMB-IN： 第二路数据信号输入点。解复用DATA：时分复用信号输入点（对此信号进行解复用）。解复用BS： 解复用位同步信号输入点。解复用FS： 解复用帧同步信号输入点。2. 输出点参考说明 2048K-OUT：TP3067主时钟输出点。 CLKB-OUT：PCM码编码位同步信号输出点（64 K方波）。 FRAMEB-OUT：PCM码编码帧同步信号输出点（8 K方波）。 复用DATA： 时分复用信号输出点。 复用BS： 复用信号位同步信号输出点。 复用FS： 复用信号帧同步信号输出点。 PCMA： 第一路PCM编码信号输出点。 解复用DATA1：解复用后第一路数据输出点。 解复用BS1： 解复用后第一路数据位同步信号输出点。 解复用 FS1： 解复用后第一路数据帧同步信号输出点。 解复用DATA2： 解复用后第二路数据输出点。 解复用BS2： 解复用后第二路数据位同步信号输出点。 解复用FS2： 解复用后第二路数据帧同步信号输出点。 Sin-OUT： 解复用后第一路PCM译码输出点。 对于对于PCB板上多出的测试点为二次开发用。3. 拨码开关SW701设置帧同步码的码型。七、实验思考题 1. 认真阅读教材中的相关内容，回答时分复用的概念。2. 分析本实验中时分复用信号的产生原理，在自行设计一个时分复用信号产生电路，画出电路图并分析电路工作原理。八、实验报告要求 1. 分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2. 根据实验测试纪录，在坐标纸上画出各测量点的波形图。3. 对实验思考题加以分析，并画出原理图与工作波形图。实验三 码型变换实验一、实验目的1. 了解几种常见的数字基带信号。2. 掌握常用数字基带传输码型的编码规则。二、实验内容1. 观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码的波形。2. 观察全0码或全1码时各码型波形。3. 观察HDB3码、AMI码、BNRZ码正、负极性波形。4. 观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码经过码型反变换后的输出波形。三、 实验器材1. 信号源模块2. 码型变换模块3. 20M双踪示波器 一台4. 频率计（可选） 一台5. PC机（可选） 一台6. 连接线 若干四、 实验原理1. 编码规则NRZ码NRZ码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为零电平）分别表示二进制信息“1”和“0”，在整个码元期间电平保持不变。例如： 1 0 1 0 0 1 1 0 +E 0RZ码RZ码的全称是单极性归零码，与NRZ码不同的是，发送“1”时在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余时间则返回到零电平。例如：1 0 1 0 0 1 1 0+E 0BNRZ码BNRZ码的全称是双极性不归零码，在这种二元码中用正电平和负电平分别表示“1”和“0”。与单极性不归零码相同的是整个码元期间电平保持不变，因而在这种码型中不存在零电平。例如： 1 0 1 0 0 1 1 0+E0-EBRZ码BRZ码的全称是双极性归零码，与BNRZ码不同的是，发送“1”和“0”时，在整个码元期间高电平或低电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平，例如： 1 0 1 0 0 1 1 0+E0-EAMI码 AMI码的全称是传号交替反转码，其编码规则如下：信息码中的“0”仍变换为传输码的“0”；信息码中的“1”交替变换为传输码的“+1、-1、+1、-1、”。例如： 代码： 100 1 1000 1 1 1 AMI码： +100 -1 +1000 -1 +1 -1因此，AMI码对应的波形是占空比为50%的双极性归零码，即脉冲宽度与码元宽度（码元周期、码元间隔）TS的关系是=0.5TS。AMI码的主要特点是无直流成分，接收端收到的码元极性与发送端完全相反也能正确判断。译码时只需要把AMI码经过全波整流就可以变为单极性码。由于其具有上述优点，因此得到了广泛的应用。但该码有一个重要缺点，即当用它来获取定时信息时，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。 HDB3码HDB3码的全称是三阶高密度双极性码，其编码规则如下：将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”码；有偶数个信息“1”码（包括0个）时取代节为“B00V”，其他的信息“0”码仍为“0”码，这样，信息码的“1”码变为带有符号的“1”码即“+1”或“-1”。例如：代码：1000 0 1000 0 1 1 000 0 1 1HDB3码：-1000 -V +1000 +V -1 +1 -B00 -V +1 -1HDB3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。因此，HDB3是占空比为50%的双极性归零码。HDB3码的特点是明显的，它除了保持AMI码的优点外，还增加了使连0串减少到至多3个的优点，而不管信息源的统计特性如何。这对于定时信号的恢复是十分有利的。HDB3码是ITU-T推荐使用的码之一。本实验电路只能对码长为24位的周期性NRZ码序列进行编码。BPH码 BPH码的全称是数字双相码（Digital Diphase），又叫分相码（Biphase，Split-phase）或曼彻斯特码（Manchester），它是对每个二进制代码分别利用两个具有2个不同相位的二进制新码去取代的码：或者可以理解为用一个周期的方波表示“1”码，用该方波的反相来表示“0”码，其编码规则之一是：0 01(零相位的一个周期的方波)；1 10（相位的一个周期的方波）。例如：代码： 1 1 0 0 1 0 1 双相码： 10 10 01 01 10 01 10BPH码可以用单极性非归零码（NRZ）与位同步信号的模二和来产生。双相码的特点是只使用两个电平，而不像前面二种码具有三个电平。这种码既能提取足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程简单。但这种码的带宽要宽些。 CMI码 CMI码的全称是传号反转码，其编码规则如下：信息码中的“1”码交替用“11”和“00”表示，“0”码用“01”表示。例如： 代码： 1 1 0 1 0 0 1 0 CMI码： 11 00 01 11 01 01 00 01 这种码型有较多的电平跃变，因此，含有丰富的定时信息。该码已被ITU-T推荐为PCM四次群的接口码型。在光纤传输系统中有时也用CMI码作线路传输码型。2. 电路原理将信号源产生的NRZ码和同步信号BS送入U900（EPM7128SLC84-15）进行交换，可以直接得到各种单极性码和各种双 极性码的正、负极性编码信号（因为FPGA的I/O口不能直接接负电平，所以只能将分别代表正极性和负极性的两路编码信号分别输出，再通过外加电路合成双极性码），如HDB3码的正、负极性编码信号送入U91（4051）的选通控制端，控制模拟开关轮流选通正、负电平，从而得到完整的HDB3码。解码时同样也需要先将双极性的HDB3码变换成分别代表正极性和负极性的两路信号，再送入FPGA进行解码，得到NRZ码。其它双极性码的编、解码过程相同。NRZ码从信号源“NRZ”点输出的数字码型即为NRZ码，其产生过程请参考信号源工作原理。BRZ、BNRZ码 将NRZ码和位同步信号BS分别送入四路模拟开关U902（4052）的控制端作为控制信号，在同一时刻，NRZ码和BS信号电平高低的不同组合（00、01、10、11）将控制U902分别接通不同的通道，输出BRZ码和BNRZ码。X通道的4个输入端X0、X1、X2、X3分别接-5V、GND、+5V、GND，在控制信号控制下输出BRZ码；Y通道的4个输入端Y0、Y1、Y2、Y3分别接-5V、-5V、+5V、+5V，在控制信号控制下输出BNRZ码。解码时通过电压比较器U907（LM339）将双极性的BRZ码和BNRZ码转换为两路单极性码，即双（极性）单（极性）变换，再送入U900进行解码，恢复出原始的NRZ码。RZ、BPH码 这两种码型的编、解码方法与BRZ、BNRZ是一样的，但因为是单极性的码型，所以编、解码过程可以直接在U900中完成，在这里不再赘述。 AMI码由于AMI码是双极性的码型，所以它的变换过程分成了两个部分。首先，在U900中，将NRZ码经过一个时钟为BS的JK触发器后，再与NRZ信号相与后得到控制信号AMIB，该信号与NRZ码作为控制信号送入单八路模拟开关U905（4051）的控制端，U905的输出即为AMI码。解码过程与BNRZ码一样，也需先经过双单变换，再送入U900进行解码。 HDB3码HDB3码的编、解码框图分别如图3-1、3-2所示，其编、解码过程与AMI码相同，这里不再赘述。NRZ信码 四连“0”检测 取代节 及补“1”电路 选 择 破坏点 单双极性 HDB3编码输出 形成电路 变换电路 图3-1 HDB3编码原理图HDB3码输入 双单极性 判决 破坏点 取代节 NRZ码输出 变换电路 电路 检测电路 去除电路 位同步信号 图3-2 HDB3解码原理框图 CMI码由于是单极性波形，CMI码的编解码过程全部都在U900中完成，其编码电路原理框图如图3-3所示：NRZ信码 采样 判决电路 1 翻转电路 0 BS 反相 开关 合成 CMI码输出图3-3 CMI编码原理框图五、 实验步骤1. 将信号源模块、码型变换模块小心的固定在主机箱中，确保电源接触良好。 2. 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED001、LED002、 D900、D901发光，按一下信号源模块的复位键，两个模块开始工作。3. 将信号源模块的拨码开关SW101、SW102设置为00000101 00000000SW103、SW104、SW105设置为01110010 00110000 00101010。按实验一的介绍，此时分频比千位、十位、个位均为0，百位为5，因此分频比为500，此时位同步信号频率应为4KHZ。观察BS、FS、2BS、NRZ各点波形。4. 分别将信号源模块与码型变换模块上以下四组输入/输出接点用连接线连接：BS与BS、FS与FS、2BS与2BS、NRZ与NRZ。观察码型变换模块上其余各点波形。5. 任意改变信号源模块上的拨码开关SW103、SW104、SW105的设置，以信号源模块的NRZ码为内触发源，用双踪示波器观察码型变换模块各点波形。6. 将信号源模块上的拨码开关SW103、SW104、SW105全部拨为1或0，观察码型变换模块各点波形。六、 输入、输出点参考说明1. 输入点说明 FS：帧同步信号输入点。 BS：位同步信号输入点。 2BS：2倍位同步频率方波信号输入点。 NRZ：NRZ码输入点。2. 输出点说明（括号中的码元数为与信号源产生的NRZ相比延迟的码元数）RZ：RZ编码输出点（半个码元）。BPH：BPH编码输出点（半个码元）。CMI：CMI编码输出点（一个码元）。HDB3-1：HDB3编码正极性信号输出点。HDB3-2：HDB3编码负极性信号输出点。HDB3：HDB3编码输出点（八个半码元）。BRZ-1：BRZ编码单极性输出点。BRZ：BRZ编码输出点。BNRZ-1：BNRZ编码正极性信号输出点（与NRZ反相）。BNRZ-2：BNRZ编码负极性信号输出点（与NRZ相同）。BNRZ：BNRZ编码输出点。AMI-1：AMI编码正极性信号输出点。AMI-2：AMI编码负极性信号输出点。AMI：AMI编码输出点。ORZ：RZ解码输出点（一个码元）。OBPH：BPH解码输出点（一个码元）。OCMI：CMI解码输出点（两个码元）。OBRZ：BRZ解码输出点（半个码元）。OBNRZ：BNRZ解码输出点（半个码元）