基带传输实验-码型变换-海口c网

基带传输实验

码型变换

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一、实验目的

1.熟悉RZ、BNRZ、BRZ、CMI、曼彻斯特、密勒、PST码型变换原理及工作过程;

2.观察数字基带信号的码型变换测量点波形。

二、实验仪器

1.RZ9681实验平台

2.实验模块:

·主控模块

·基带信号产生与码型变换模块-A2

3.信号连接线

4.100M双通道示波器5.PC机（二次开发)

三、实验工作原理

1.码型变换原则

在实际的基带传输系统中，在选择传输码型时，一般应考虑以下原则:

(1)不含直流，且低频分量尽量少;

(2)应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号;(3).功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带;

(4)不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化;

(5)具有内在的检错能力，即码型具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观检

测;

(6)编译码简单，以降低通信延时和成本。

2.常见码型变换类型

(1)单极性不归零码(NRZ码)

单极性不归零码中，二进制代码“1”用幅度为E的正电平表示，“O”用零电平表示，如下图所示。单极性码中含有直流成分，而且不能直接提取同步信号。

图3-1单极性不归零码示意图

(2)双极性不归零码（BNRZ码)

二进制代码“1”、“O”分别用幅度相等的正负电平表示，如下图所示，当二进制代码“1”和“O”等概出现时无直流分量。

图3-2双极性不归零码

(3)单极性归零码（RZ码)

单极性归零码与单极性不归零码的区别是码元宽度小于码元间隔，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平，如下图所示。单极性码可以直接提取定时信息，仍然含有直流成分。

图3-3单极性归零码

(4)双极性归零码(（BRZ码)

它是双极性码的归零形式，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平，如下图所示。

图3-4双极性归零码

(5)曼彻斯特码

曼彻斯特码又称为数字双相码，它用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。编码规则之一是:“0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10”两位码表示，如下图所示。

图3-5曼彻斯特编码

(6)密勒码

米勒(Miller）码又称延迟调制码，它是双向码的在一种变形。它的编码规则如下:

“1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示。具体在选择“10”或“01”编码时需要考虑前一个码元编码的情况，不管前一个编码是什么，以边界不出现跳变为准则。

“0”码则根据情情况选择用“00”或“11”表示。具体在选择“00”或“11”编码时需要考虑前一个码元编码的情况，如果前一个码元为“0”，则选择和这个“0”码不同的编码值;如果前一个码元为“1”，则编码以边界不出现跳变为准则，如果“1”码编码为“01”，则紧跟的“O”码编码应为“11”,如果“1”码编码为“10”，则紧跟的“0”码编码应为“00”。如下图所示:

图3-6密勒编码

(7)成对选择三进码（PST码)

PST 码是成对选择三进码，其编码过程是:先将二进制代码两两分组，然后再把每一码组编码成两个三进制码字(＋、一、0)。因为两个三进制数字共有9种状态，故可灵活的选择其中4种状态。下表3.4.1-1列出了其中一种使用广泛的格式，编码时两个模式交替变换，如下图所示:

表1 PST码

PST 码能够提供的定时分量，且无直流成分，编码过程也简单，在接收识别时需要提供r“分组”信息，即需要建立帧同步，在接收识别时，因为在“分组”编码时不可能出现00、++和一的情况，如果接收识别时，出现上述的情况，说明帧没有同步，需要重新建立帧同步。

图3-7 PST码

3.码型变换原理

码型变换内部结构组成框图如下图:

图3-8码型变换内部结构组成框图

CODE+和CODE-决定了码型变换输出的高低电平，即:

·CODE+=1，CODE-=O，编码输出+1;

·CODE+=0，CDOE-=1，编码输出-1;

·CODE+=0，CODE-=0，编码输出0;

在进行程序设计时，通过编程控制FPGA对应的引脚，可以输出三个不同的电平，实现单极性，双极性，归零码等不同类型的码型输出。

四、过程记录

1.单极性不归零码(NRZ码)

(1)编码观测

在编码码型中选择“NRZ码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为: 16bit，64K，然后修改16bit编码开关的值。用示波器通道1观测编码前基带数2TP1，用通道2观测编码数据2TP4;尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。

将基带数据设置为:“15-PN”,“64K”，观测编码前数据2TP1和编码数据2TP4,并记录波形。

图4-1 编码前数据2TP1和编码数据2TP4

(2)译码观测

使用双踪示波器，同时观测编码前数据2TP1和译码后数据2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。

图4-2编码前数据2TP1和译码后数据2TP9

2.双极性不归零码(BNRZ码)

(1)编码观测

在编码码型中选择“BNRZ码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为: l6bit,64K，然后修改16bit编码开关的值。用示波器通道Ⅰ观测编码前基带数2TP1，用通道2观测编码数据2TP4;尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。

将基带数据设置为:“15-PN”，“64K”，观测编码前数据2TP1和编码数据2TP4,并记录波形。

图4-3编码前数据2TP1和编码数据2TP4

(2)译码观测

使用双踪示波器，同时观测编码前数据2TP1和译码后数据2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。

图4-4编码前数据2TP1和译码后数据2TP9

根据观测的编码前数据和译码后数据的时序关系，分析译码时延。

3.单极性归零码(RZ码)

(1)编码观测

在编码码型中选择“RZ码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为: 16bit，64K，然后修改16bit编码开关的值。用示波器通道1观测编码前基带数2TP1，用通道2观测编码数据2TP4;尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。

将基带数据设置为:“15-PN”,“64K”，观测编码前数据2TP1和编码数据2TP4,并记录波形。

图4-5编码前数据2TP1和编码数据2TP4

(2)译码观测

使用双踪示波器，同时观测编码前数据2TP1和译码后数据2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确

图4-6编码前数据2TP1和译码后数据2TP9

根据观测的编码前数据和译码后数据的时序关系，分析译码时延。

4.双极性归零码(BRZ码)

(1)编码观测

在编码码型中选择“BRZ码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为: 16bit，64K，然后修改16bit编码开关的值。用示波器通道Ⅰ观测编码前基带数2TP1，用通道2观测编码数据2TP4;尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。

将基带数据设置为:“15-PN”，“64K”，观测编码前数据2TP1和编码数据2TP4,并记录波形。

图4-7编码前数据2TP1和编码数据2TP4

(2)译码观测

使用双踪示波器，同时观测编码前数据2TPl和译码后数据2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。

图4-8编码前数据2TPl和译码后数据2TP9

5.曼彻斯特码

(1)编码观测

在编码码型中选择“曼彻斯特码”,点击“基带设置”按钮,将基带数据设置为: 16bit，64K，然后修改16bit编码开关的值。用示波器通道1观测编码前基带数2TP1，用通道2观测编码数据2TP4;尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。

将基带数据设置为:“15-PN”，“64K”，观测编码前数据2TP1和编码后数据2TP4,并记录波形。

图4-9编码前数据2TP1和编码后数据2TP4

(2)译码观测

使用双踪示波器，同时观测编码前数据2TP1和译码后数据2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。

图4-10编码前数据2TP1和译码后数据2TP9

6.密勒码

(1)编码观测

在编码码型中选择“miller码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为:16bit,64K，然后修改16bit编码开关的值。用示波器通道1观测编码前基带数2TP1，用通道2观测编码数据2TP4;尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。

将基带数据设置为:“15-PN”，“64K”，观测编码前数据2TP1和编码数据2TP4,并记录波形。

图4-11编码前数据2TP1和编码数据2TP4

(2)译码观测

使用双踪示波器，同时观测编码前数据2TP1和译码后数据2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。

图4-12编码前数据2TP1和译码后数据2TP9

5.8成对选择三进码(PST码)

(1)编码观测

在编码码型中选择“PST码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为: 16bit，64K，然后修改16bit编码开关的值。用示波器通道Ⅰ观测编码前基带数2TP1，用通道2观测编码数据2TP4;尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。

将基带数据设置为:“15-PN”,“64K”，观测编码前数据2TP1和编码数据2TP4,并记录波形。

图4-13编码前数据2TP1和编码数据2TP4

(2)译码观测

使用双踪示波器，同时观测编码前数据2TP1和译码后数据2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。

图4-14编码前数据2TP1和译码后数据2TP9

线路编译码

一、实验目的

1.掌握AMI、HDB3、CMI码编译码规则;

2.了解AMI、HDB3、CMI码编译码实现方法;

二、实验仪器

1.RZ9681实验平台

2.实验模块:主控模块、基带信号产生与码型变换模块-A2

3.信号连接线

4.100M双通道示波器

5. PC机（二次开发)

三、实验原理

1.CMI码编码原理

CMI码是传号反转码的简称，与曼彻斯特码类似，也是一种双极性二电平码，其编码规则:

“1”码交替的用“11“和”“00”两位码表示;

“O”码固定的用“01”两位码表示。如下图所示:

图3-1 CMI编码波形

2.AMI码编码原理

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…，如下图所示:

图3-2 AMI编码波形

由于AMI 码的信号交替反转，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。

从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，而且也是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，即当它用来获取定时信息时，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，人们提出了许多改进的方法，HDB3码就是其中有代表性的一种。

3.HDB3码编码原理

HDB3码是三阶高密度码的简称。HDB3码保留了AMI 码所有的优点（如前所述)，还可将连“O”码限制在3个以内，克服了AMI码出现长连“O”过多，对提取定时钟不利的缺点。HDB3码的功率谱基本上与AMI码类似。由于 HDB3码诸多优点,所以CCITT建议把 HDB3码作为PCM传输系统的线路码型。

如何由二进制码转换成HDB3码呢?HDB3码编码规则如下:

1)二进制序列中的“0”码在 HDB3码中仍编为“0”码，但当出现四个连“O”码时，用取代节000V或 BOOV代替四个连“O”码。取代节中的V码、B码均代表“1”码，它们可正可负（即V.=＋1，V.=―1，B.=＋1，B=—1)。

2)取代节的安排顺序是:先用000v，当它不能用时，再用BO0V。000V取代节的安排要满足以下两个要求:

(1）各取代节之间的V码要极性交替出现（为了保证传号码极性交替出现，不引入直流成份)。

(2)V码要与前一个传号码的极性相同(为了在接收端能识别出哪个是原始传号码，哪个是V码?以恢复成原二进制码序列)。

当上述两个要求能同时满足时，用00OV代替原二进制码序列中的4个连“0”(用000v.或000V-);而当上述两个要求不能同时满足时，则改用BO0V(B.00V.或B00V.，实质上是将取代节000V中第一个“0”码改成B码)。

3)HDB3码序列中的传号码（包括“1”码、V码和B码）除V码外要满足极性交替出现的原则。

图3-3 HDB3编码波形

从上例可以看出两点:

(1）当两个取代节之间原始传号码的个数为奇数时，后边取代节用000V;当两个取代节之间原始传号码的个数为偶数时，后边取代节用BOOV

(2)V码破坏了传号码极性交替出现的原则，所以叫破坏点;而B码未破坏传号码极性交替出现的原则，叫非破坏点。

虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从上述原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性（包括B在内)。这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V于是也断定Ⅳ符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个码，再将所有-1变成＋1后便得到原消息代码。

本实验平台AMI / HDB3编码有FPGA 实现，并通过运放将编码的正向和负向合成AMI/HDB3信号;译码电路首先将收到的信号经运放和比较器转换成正向和负向信号，再经FPGA提取位时钟并译码;

HDB3码的编译码规则较复杂，当前输出的HDB3码字与前4个码字有关，因此HDB3编译码延时不小于8个时钟周期。(实验中为7个半码元)

四、实验过程记录

1.CMI码编译码实验

(1)编码观测

在编码码型中选择“CMI 码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为: 16bit，64K，然后修改16bit编码开关的值。用示波器通道1观测编码前基带数2TP1，用通道2观测编码数据2TP4;尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。

将基带数据设置为:“15-PN”，“64K”，观测编码前数据2TP1和编码数据2TP4,并记录波形。

图4-1编码前数据2TP1和编码数据2TP4

(2)译码观测

使用双踪示波器，同时观测编码前数据2TP1和译码后数据2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。

图4-2编码前数据2TP1和译码后数据2TP9

2.AMI码编译码实验

(1)编码观测

在编码码型中选择“AMI码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为: 16bit，64K，然后修改16bit编码开关的值。用示波器通道Ⅰ观测编码前基带数2TP1，用通道2观测编码数据2TP4;尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。

将基带数据设置为:“15-PN”，“64K”，观测编码前数据2TP1和编码数据2TP4,并记录波形。

图4-3编码前数据2TP1和编码数据2TP4

(2)译码观测

使用双踪示波器，同时观测编码前数据2TP1和译码后数据2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。

图4-4编码前数据2TP1和译码后数据2TP9

3.HDB3码编译码实验

(1)编码观测

在编码码型中选择“HDB3码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为: 16bit，64K，然后修改16bit编码开关的值。用示波器通道Ⅰ观测编码前基带数2TP1，用通道⒉观测编码数据2TP4;尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。

将基带数据设置为:“15-PN”,“64K”，观测编码前数据2TP1和编码数据2TP4,并记录波形。

图4-5编码前数据2TP1和编码数据2TP4

(2)译码观测

使用双踪示波器，同时观测编码前数据2TP1和译码后数据2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。

图4-6编码前数据2TP1和译码后数据2TP9

基带传输及眼图观测

一、实验目的

1.掌握眼图观测方法;

2.学会用眼图分析通信系统性能;

二、实验仪器

1. RZ9681实验平台

2.实验模块:主控模块A1、基带信号产生与码型变换模块-A2、信道编码与频带调制模块-A4、纠错译码与频带解调模块-A5

3.信号连接线

4.10OM双通道示波器

5.PC机（二次开发)

三、实验原理

1.什么是眼图?

所谓“眼图”，就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信号，以码元时钟作为同步信号，基带信号一个或少数码元周期反复扫描在示波器屏幕上显示的波形称为眼图。干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。因为对于二进制信号波形，它很像人的眼睛故称眼图。

在整个通信系统中，通常利用眼图方法估计和改善（通过调整）传输系统性能。我们知道，在实际的通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变，也会引入噪声和干扰，也就是说，总是在不同程度上存在码间串扰。在码间串扰和噪声同时存在情况下，系统性能很难进行定量的分析，常常甚至得不到近似结果。为了便于评价实际系统的性能，常用观察眼图进行分析。

眼图可以直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响，是一种常用的测试手段。

在下图眼图示意图中画出两个无噪声的波形和相应的“眼图”，一个无失真，另一个有失真(码间串扰)。

在图中可以看出，眼图是由虚线分段的接收码元波形叠加组成的。眼图中央的垂直线表示取样时刻。当波形没有失真时，眼图是一只“完全张开”的眼睛。在取样时刻，所有可能的取样值仅有两个:+1或-1。当波形有失真时，“眼睛”部分闭合，取样时刻信号取值就分布在小于+1或大于-1附近。这样，保证正确判决所容许的噪声电平就减小了。换言之，在随机噪声的功率给定时，将使误码率增加。“眼睛”张开的大小就表明失真的严重程度。