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武汉理工大学通信原理课程设计说明书目 录摘要IAbstractII1 概述11.1 AMI系统简介11.2 EWB软件简介12 系统模型23 AMI设计思路43.1 AMI码型43.2 AMI码型实现原理54 AMI编码系统分析64.1 AMI码基于EWB仿真64.2 仿真结果分析84.3 调试过程85 心得体会10参考文献12I摘要AMI 码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码0（空号）和1（传号）按如下规则进行编码的码：代码的0 仍变换为传输码的0，而把代码中的1 交替地变换为传输码的+1、1、+1、1由于AMI 码的传号交替反转，故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0 电位保持不变的规律。由此看出，这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。关键字：AMI码、传输码、传输、信号武汉理工大学通信原理课程设计说明书AbstractAMI code name is reversed alternately pass code number. This is a message code 0 (empty), and 1 (Communication No.) by the following rules to encode the code: Code 0 is still transformed into transmission code 0, but the code in an alternately transformed into transmission codes +1, -1, +1, -1 . The mass number due to AMI yards alternating inversion, so it is determined by the baseband signal will appear alternately positive and negative pulses, while the 0 potential of the law remain unchanged. This suggests that this base-band signal without DC component, and only a small low-frequency components, so it does not allow these elements particularly suitable for transmission through the channel.Keywords: AMI code, transmission code, transmission, signal21 概述1.1 AMI系统简介在数字通信系统中传输的对象是数字信号，它可能来自数字信号源，也可能来自数字电话的终端。这些数字信号往往包含很低的频率分量，甚至是直流分量。它所占用的频带称为基本频带，简称基带。传输基带信号的方法有两种：一种是直接传输基带信号，这种直接传输基带信号的传输系统称为基带传输系统。另一种方法是将基带信号经过适当变换后在进行传输。就目前数字通信系统的形势来看，基带传输用的较少，但对于基带传输的研究仍然是十分有意义的。这是因为，第一，基带传输包含着数字通信系统的许多基本问题，频带传输是基带信号调制后再传输的，因此，频带传输也存在着基带传输的问题；第二，利用有线信道构成的近程数字通信系统中广泛采用这种传输方式；第三，如果把调制于解调看成是广义信道的一部分，则任何数字传输系统均可等效为基带传输系统，理论上也可以证明，任何一个采用线性调制的频带调制系统，总是可以由一个等效的基带传输系统代替。在基带信号的传输系统中，比较典型的传输码型有AMI、HDB3、CMI等，AMI是一个比较有代表性的码型。在系统的传输和结构的复杂性的方面都有它的优点，所以，对于学生学习的阶段而言，在了解AMI码的相关知识的前提下，运用仿真软件设计一个AMI编译码的系统是具有实际的意义的。1.2 EWB软件简介电子工作平台Electronics Workbench (EWB)(现称为MultiSim) 软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，它具有这样一些特点：（1）采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。（3）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。（4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。（5）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。2 系统模型AMI编译码系统是基于基带传输系统的，基带信号的传输系统没有调制与解调，所以系统的结构就比较简单，该结构有信道信号形成器，信道，接收滤波器以及抽样判决器组成。这里的信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号，信道可以是允许基带信号通过的媒介；接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰，抽样判决器则是在噪声背景下用来判断与再生基带信号。AMI 编译码系统分为发送、接收和同步三部分（如图2.1），发送部分完成的是将NRZ信号编码成AMI信号，接收部分将AMI信号还原成NRZ信号，同步用来提取发送到接收端的同步脉冲，用以正确还原信号，在本系统中，我们采用的是的直接法中的滤波法，主要的核心是窄带滤波器的设计，AMI编译码系统的具体电路实现如图2.2所示。信号相 减双向整 流信号相 减信号分 离码型变 换NRZRZAMI信号限 幅带通滤 波比较器信号比 较RZ码型还 原NRZ矩形波正弦波图2.1AMI编译码系统框图在图2.2中的总体系统电路图中，上面的一部分为系统的发送端，其中最顶端的为一个数字信号发生器，产生一个随机的非归零信号。发送端主要由JK触发器，与门和减法器来实现功能。图中的两个放大器实现信道衰减20dB的要求，中间的一部分为接收部分，主要是有两个二极管、减法器和限幅器组成，最下面的一部分为位同步信号的提取电路，核心单元为一窄带滤波器，其输出信号为一正弦波，频率为输入信号的频率，经过一个过零比较器将正弦波转换成方波，最后用D触发器组成一移相器对位同步信号移相，最后将位同步信号与接收端整流、相减、限幅和放大后经过D触发器最终还原信号。图2.3 AMI编译码系统电路图3 AMI设计思路3.1 AMI码型AMI 码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码0（空号）和1（传号）按如下规则进行编码的码：代码的0 仍变换为传输码的0，而把代码中的1 交替地变换为传输码的+1、1、+1、1由于AMI 码的传号交替反转，故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0 电位保持不变的规律。由此看出，这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。由AMI 码的编码规则看出，它已从一个二进制符号序列变成了一个三进制符号序列，即把一个二进制符号变换成一个三进制符号。把一个二进制符号变换成一个三进制符号所构成的码称为1B/1T 码型。AMI 码对应的波形是占空比为0.5 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 码除有上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点，它是一种基本的线路码，并得到广泛采用。但是，AMI 码有一个重要缺点，即接收端从该信号中来获取定时信息时，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。为了保持AMI 码的优点而克服其缺点，人们提出了许多种类的改进AMI 码，HDB3 码就是其中有代表性的一种（如图3.1）。图3.1AMI与HDB3码3.2 AMI码型实现原理（1）NRZ与RZ信号的转换AMI码型的实现首先要将非归零信号转换成归零信号，要想从单极性不归零信号获得归零信号只要用一个与门就可以实现，与门的两个输入端分别为a和b，a为输入的待变换的信号，码元宽度为Ts，b为以Ts为周期的定时脉冲。在收端要使归零信号还原成归零信号，则可以让归零信号经过一个D触发器便可以获得，如图3.2(b)所示。图中加在D触发器的时钟信号就是位定时脉冲，由于D触发器一般多利用时钟的前沿来触发，故应让加至D触发器的归零信号c比定时脉冲略有超前，得到的就是非归零信号。（2）归零信号的分路 单极性的归零信号变成AMI码，只需要将单极性脉冲的“1”的正极性脉冲分成奇偶两路，再进行相减即可。将单极性归零脉冲首先从触发器的一个输入端输入，另一端加入一与输入信号同频率的方波脉冲信号作为触发器的CP信号。则在触发器的的两个输出端可以得原输入归零信号经过触发器的奇偶两路归零信号其对应的波形特征为一路是输入信号的奇数序号高电平，另一路是偶数序号高电平。（3）NRZ分路信号转化成RZ分路信号 通过触发器输出的信号为两路非归零的支路信号，现在要做的事情就是将两路非归零信号转化成归零信号，转化的信号刚好是输入端归零信号的奇数序号高电平和偶数序号高电平，输出的两路信号也为归零信号，其中转化中主要的控制信号是输入非归零信号转化成的归零信号，运用的逻辑电路主要器件由与门来实现，其原理电路图如图3.4 (a)所示，两与门有一路公共的RZ信号输入端，由输入信号转化成的归零信号提供，与门的另外一输入端信号由触发器输出的两路奇偶非归零信号提供。（4）AMI码输出当两路归零信号由两与门输出后，奇偶高电平也完成了分离，现在要解决的唯一问题就是怎样实现“+1”电平变为“-1”电平，比较两路归零信号的时序波形可以发现，奇路信号高电平对应的时序在偶路信号中为“0”电平，在偶路信号中的高电平对应的时序在奇路信号中为“0”电平，发现以上的规律，我们就可以想到用减法器将两路信号信号相减就可以得到我们需要的码型AMI码。对于减法器的原理我们在模拟电子技术中已经充分了解，这里不再赘述，对于该电路，为了使输入的信号和输出信号的幅度比例值为1，在此我们取减法器的的四个电阻的阻值大小相等，均为1000欧姆，对应的电路原理图如图3.2所示。图3.2AMI码输出原理4 AMI编码系统分析4.1 AMI码基于EWB仿真根据上面的分析，将各模块运用相应的器件就可以进行实现，NRZ转换成RZ用与门，信号的分路用JK触发器，用两个与门对分路信号和输入信号的归零信号进行相与，输出为两路分离的归零信号，将得到的信号用一减法电路进行相减，理论上就可以运用EWB软件进行仿真，就可以在最后的输出端输出一AMI码的波形。对应的电路图如图4.1所示，其中a端为非归零信号的输入，h端为AMI码的输出，在输入端的与门当中，b输入的为一个与输入非归零信号同频率的方波信号，用来将输入的非归零信号转换成归零信号。在c点输出的就为一个与输入信号对应的归零信号，该信号作为JK触发器的J和K的输入端，此时JK触发器实际相当于一个T触发器，由于JK触发器是下降沿触发的，所以将输入的方波信号反相作为触发器的脉冲信号，在JK触发器的输出端就会输出分离的来年公路信号，再经过与门得到归零信号，到最后就两路信号相减就得到了AMI码型。由于在实际的仿真过程中并没有考虑元器件和系统内部的一些相互影响，所以可能输出波形有噪声影响，实际的仿真时就出现了该现象，在输出的AMI码波形当中总有一些毛刺出现，了解毛刺出现的原因之后，就可以作出相应的对策，所以在减法器的后面，为了消除在该系统中存在的竞争冒险，增加一个RC回路，用来消除毛刺。具体电路如图4.1所示。图4.1 AMI编码系统对图4.1的电路输入信号进行测试，用数字信号发生器（Word Generator）循环输出“0”“1”的字符串。输入的信号为一个随机的非归零信号，频率可以自己设定，但是方波发生器的频率也应该和输入的非归零信号的频率一样，否则就会产生错误。在此我们随机的输入一个非归零的信号，例如输入011010011，对应的波形可从逻辑分析器（Logic Analyzer）看出。对应的EWB仿真波形如图4.2所示。图4.2 输入信号仿真波形我们可以将输入的信号和最终输出信号在仿真软件中同一示波器下观察两路信号，从两路信号的对比中我们可以检验出编码系统的正确与否，输入的波形和最终输出的AMI波形如图4.3所示图4.3系统输入与输出波形4.2 仿真结果分析为检验系统的正确性与精确性，我们可以将理想情况下的输出AMI的时序图与设计的系统实际输出的信号进行对比。在已知输入波形的情况下，将理想情况下的AMI波形与EWB仿真的AMI波形进行比较。可以得出，实际的输出图形与理想情况的输出波形只有时间上的一个延时，其他的特性均相同，延时对于一个通信系统而言是比较正常的现象，不是什么错误，实际输出波形与理想波形的频率、幅度、相位都是一致的，即不存在失真现象，所以可以看出，仿真的结果正确，达到了编码的目的。4.3 调试过程在系统的调试当中，一步一步的查看各级的波形特征，在减法器的输出端输出的AMI码始终存在毛刺信号，思索半天没想出是什么原因，经过相关的查阅和老师的辅导，知道在系统中存在竞争冒险，导致输出的波形当中有毛刺出现。信号通过连线和逻辑单元时，都有一定的延时。延时的大小与连线的长短和逻辑单元的数目有关，同时还受器件的制造工艺、工作电压、温度等条件的影响。信号的高低电平转换也需要一定的过渡时间。由于存在这两方面因素，多路信号的电平值发生变化时，在信号变化的瞬间，组合逻辑的输出有先后顺序，并不是同时变化,往往会出现一些不正确的尖峰信号，这些尖峰信号称为毛刺。如果一个组合逻辑电路中有毛刺出现，就说明该电路存在冒险。在该系统中，输入信号与出现竞争冒险对应的输出波形在EWB示波器中观察如图4.4所示。解决系统中竞争冒险方法比较多，结合本系统的特点，解决的办法就是在输出端增加一个RC回路，使毛刺信号滤除。其中电阻的参数在2000欧左右，电容参数在几百皮法，经过调试参数，得出理想的输出波形，具有竞争冒险的输出信号与输出的理想信号的比较如图4.5所示。由图可以看出，输出的波形接近完美，所以对于噪声的消除是成功的。图4.4 具有竞争冒险的AMI输出图4.5 理想信号输出5 心得体会 几天的课程设计在忙忙碌碌中度过，总的来说，这次的通信原理课程设计让我学到了很多的东西。学过通信原理这门课程的都知道，理论知识的学习有一定的难度，一时半会难以理解，在课本上的各个系统总是一个一个的框图结构，没有实际的电路原理，所以学起来的东西比较抽象，没有那种有血有肉的感觉，所以对于我们来说构建一个通信系统有一定的挑战性，但是从另一方面来说，这样也是对本知识的一个很好的升华。对于这次课设的具体收获，总的感觉有三点：1、对理论知识有了一个很好的巩固，从实际动手中理解通信系统方方面面的知识。2、锻炼了我们的团队合作精神。由于是4人合完成一个系统，设计到分工合作的问题，通过这次的锻炼，也让我们充分知道了分工合作的重要性。对我们以后出社会是一次很好的锻炼。3、学习到了许多的仿真软件，EWB、Matlab、Systermview，特别是对EWB有了更进一步的了解。在实际的摸爬滚打中学习仿真软件比拿着一本