数字基带信号与AMI HDB3译码器
AMI 和HDB3编码与译码
武汉大学教学实验报告电子信息学院 电子信息工程 专业 2018 年 11 月 15 日实验名称 AMI和HDB3编码与译码 指导教师 陈泽宗姓名 董一展 年级 16 学号 2016301200254 成绩一、预习部分1.实验目的2.实验基本原理3.主要仪器设备1.实验目的学习并掌握AMI码和HDB3码的编码和译码规则2.实验基本原理在数字基带传输系统中，信源输出的NRZ码或通过码变化电路的RZ、BNRZ等码含有直流分量和低频分量，不适合在低频通道中传输，可能造成信号畸变。
所以，在实际应用中，我们利用线路传输码像交替传换反转码AMI和高密度双极性HDB3码，它的结构具备下列比较重要的共性：（1）无直流，低频少；（2）为了减少串扰，提高信道的利用率我们选择减少高频分量，这样还能够节省频带；（3）传输码中含有稳定的定时信息；（4）具有内在的检纠错能力；（5）可以减少单个误码错误就导致后面一长串码元的错误增值；AMI码是双极性归零码的一种，它的编码只需要将输入的数字信号0不变，把数字消息1变成交替性的+1、-1、+1、-1……，这种消息码元的占空比为0.5。
这种传输码由于它不含直流成分、低频分量小而被广泛应用但是如果出现一长串的0信号，会造成提取定时信号困难。
HDB3码是先把输入放入NRZ码变成AMI码，然后去看AMI码中有没有出现4个及以上的0符号串，有的时候就将这四个连0符号串的第四个0改为与前一个非零符号相同极性的符号，把正1变为正V同样的负1变成负V的这种破坏节。
当相邻的V符号之间非零数字符号个数是奇数个时，它就满足极性交替反转的规则，但是当没有满足极性交换即是偶数个非零数字符号，我们就要添加一个平衡码正负B放在这段零码的第一个0符号上，B的正负要满足与这段0码的最后一个V码的符号相同。
3.主要仪器设备带有MATLAB的计算机一台二、实验操作部分1.实验内容及步骤2.实验数据、表格及数据处理3.实验结论1.实验内容及步骤利用MATLAB，编写m文件，进行软件仿真，实现AMI和HDB3的编解码，输入为单极性非归零码，输出为相应规则下的编码。
实验一 AMI码、HDB3码编译码实验
实验一AMI码、HDB3码编译码实验一、实验目的1、了解几种常用的数字基带信号的特征和作用。
2、掌握AMI码的编译规则。
3、掌握HDB3码的编译规则。
二、实验原理1.AMI编译码实验AMI编码规则是遇到0输出0，遇到1则交替输出+1和-1。
实验是将信号源经程序处理后，得到AMI-A1和AMI-B1两路信号，再通过电平转换电路进行变换，从而得到AMI编码波形。
AMI 译码只需将所有的±1变为1，0变为0即可。
实验中是将AMI码信号送入到电平逆变换电路，再通过译码处理，得到原始码元。
2、HDB3编译码实验HDB3译码需找到传号A，将传号和传号前3个数都清0。
传号A的识别方法是：该符号的极性与前一极性相同，该符号即为传号。
实验中译码过程是将HDB3码信号送入到电平逆变换电路，再通过译码处理，得到原始码元。
三、实验器材1、主控&信号源、2号、8号、13号模块各一块2、双踪示波器一台3、连接线若干四、实验步骤AMI编译码连线归零码实验S3 00111.示波器分别观测编码输入的数据TH3和TH11验证AMI编码规则2. 保持数据TH3的通道不变，测量中间测试点TP5\TH6观察基带码元的奇偶数位的变换波形。
3. 用示波器观测TP9和TP11观察比较恢复出的位时钟波形与原始位时钟信号的波形。
AMI码对连0信号的编码、直流分量以及时钟信号提取观测S3 0011模块2的开关S1、S2、S3、S4全部置为111100001.示波器观测模块8的TH3和TH112. 模块2的开关S1、S2、S3、S4拨为00000000 00000000 00000000 00000011观察。
模块2的拨动开关置为00111111 11111111 11111111 11111111，观察拨码过程中编码输入数据和编码输出数据波形的变化情况。
3.将模块2的开关S1、S2、S3、S4全部置0，观察记录波形再将模块2的开关S1、S2、S3、S4全部置1，观察记录波形。
通信原理课设HDB3译码器
课程设计任务书学生姓名：专业班级：电信1302指导教师：苏杨工作单位：信息工程学院题目: 数字基带信号HDB3译码器设计与建模初始条件：（1）MAX PLUSII、Quartus II、ISE等软件；（2）课程设计辅导书：《通信原理课程设计指导》（3）先修课程：数字电子技术、模拟电子技术、电子设计EDA、通信原理。
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）课程设计时间：；（2）课程设计题目：数字基带信号HDB3译码器设计与建模；（3）本课程设计统一技术要求：按照要求对的题目进行逻辑分析，了解HDB3译码器译码原理，了解各模块电路的逻辑功能，设计通信系统框图，画出实现电路原理图，编写VHDL语言程序，上机调试、仿真，记录实验结果波形，对实验结果进行分析；（4）课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，并标明参考文献（至少5篇）；（5）写出本次课程设计的心得体会（至少500字）。
时间安排：第18周参考文献：段吉海.数字通信系统建模与设计.北京：电子工业出版社，2004江国强.EDA技术与应用. 北京：电子工业出版社，2010John G. Proakis.Digital Communications. 北京：电子工业出版社，2011指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (1)Abstract (2)第1章QuartusII软件相关简介 (3)1.1 Quartus II简介 (3)1.2Quartus II 功能介绍 (3)1.3EDA技术简介 (3)1.4 VHDL语言 (4)第2章工作原理 (5)2.1 HDB3码编码 (5)2.2 HDB3码译码原理 (6)2.3 译码模块 (6)第3章HDB3译码器设计 (11)3.1 HDB3解码器总体设计思路 (11)3.2 检测V并去V模块 (11)3.3 检测B并去B模块 (11)3..4 双/单极性转换模块 (12)3..5译码举例 (12)3.6单双极性变换建模 (12)3.7 hdb3dec译码模块设计 (13)第4章HDB3译码器仿真 (14)4.1总电路 (14)4.2 波形仿真 (14)第5章心得体会 (16)第6章参考文献 (17)附录A 源代码 (18)附录B(本科生课程设计成绩评定表) (21)摘要数字基带信号是指消息代码的电波形,它是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。
AMIHDB3码编译码实验
实验五：AMI/HDB3码编译码实验
一．实验目的
1．熟悉AMI/HDB3码编译码原理
2．熟悉AMI/HDB3码芯片的功能、使用及测量
二．实验仪器
1．RZ8621D 实验箱一台
2．20MHz 双踪示波器一台
3．平头小起子一个
三．实验电路连接 (一)(二)AMI/HDB3形成TPA01TPA03
TPA04TPA05
TPA06
TPA02AMI/HDB3
编码
AMI/HDB3译码
图8-1 AMI/HDB3码编译码实验框图
四．实验预习及测量点说明
实验前先预习AMI/HDB3编码、译码电路简介：
1、AMI/HDB3编译码是由专用的编译码集成芯片SC22103及少量外接电路构成。
AMI/HDB3编译码电路原理如图8-2所示。
AMI/HDB3码是线路传输码，实际的通信系统AMI/HDB3码编码是在系统发送端。
输入信号应为待发送的信码，输出为AMI/HDB3编码，AMI/HDB3码是伪三电平码。
AMI/HDB3译码是在系统接收端。
输入的信号是通信对方经信道传送过来的AMI/HBD3码，输出为恢复信码。
图8-2仅仅是AMI/HDB3码编译码的实验系统。
编码与译码是自环连接。
这样连接是不符合实际应用的情况，但它能清楚地说明HDB3码编码过程和译码过程，并且电路简单，用它来学习AMI/HDB3码编译码和SC22103使用还是很好的。
通信原理实验1：数字基带信号的码型变换实验
一、实验目的及要求（1）知道JH5001A型通信原理综合实验系统的基本功能原理及使用方法；（2）知道数字示波器的使用方法等；（3）掌握二进制码变换为AMI/HDB3码的编码规则及基本特征；（4）理解HDB3码编译码器的工作原理和硬件实现方法；（5）通过测试关键点波形图，进行验证。
二、实验设备（1）JH5001A型通信原理综合实验系统；（2）数字、模拟双踪示波器。
三、实验原理(一) AMI/HDB3两种码型的编译码规则及优缺点1、AMI码的全称是传号交替反转码，这种码型实际上把二进制脉冲序列变为三电平的符号序列，代码0仍变换为传输码的0，而把代码中的1交替的变换为传输码的+1、-1。
其优点如下：（1）在“1”、“0”码不等概率情况下，也无直流成分，对具有变压器或其它交流隅合的传输信道来说，不易受隔直特性的影响；（2）若接收端收到的码元极性与发送端的完全相反，也能正确判决；（3）全波整流后就能得到单极性码。
AMI码有一个重要缺点，即它可能出现长的连0串，会造成提取位定时信息的困难。
2、HDB3码（三阶高密度双极性码）HDB3码的编码规则为：（1）当没有≥4个连零时，HDB3码同AMI码；（2）当出现≥4个以上连零时，则将每四个连0化为一个小段，将用取代节B00V或000V取代4连零。
其中V称为破坏点，它是一个传号，破坏点极性交替；（3）当破坏点与其前一传号极性相同时，用000V代替四连零；当破坏点与其前一传号极性相异时，用B00V代替四连零，其中B与破坏点V同极性；（4）V与其后相邻的传号极性交替。
B码和V码各自都应始终保持极性交替变化的规律，以确保编好的码中没有直流成分；例如：(a)代码： 0 1 0000 1 1000 0 0 1 0 1(b)AMI码： 0 +1 0000 -1 +1000 0 0 -1 0 +1(c)加补信码 0 +1 000V+-1 +100V- 0 +1 0 -1(d)HDB3： 0 +1 000+1 -1 +1-100-1 0+10 –1HDB3码的译码却比较简单，同时它对定时信号的恢复是极为有利的。
实验4AMIHDB3编译码实验
信息院 14电本班AMI/HDB3编译码实验一、实验目的1．熟悉AMI / HDB3码编译码规则；2．了解AMI / HDB3码编译码实现方法。
二、实验仪器1．AMI/HDB3编译码模块，位号：F（实物图片如下）2．时钟与基带数据发生模块，位号：G3．20M双踪示波器1台4．信号连接线1根三、实验原理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…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。
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“0”码限制在3个以内，克服了AMI码出现长连“0”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“0”码时，用取代节000V或B00V代替四个连“0”码。
AMI、HDB3编译码系统的软硬件设计
前言21世纪是信息时代，通信技术的快速发展给人们的生活带来了很大的方便，计算机、手机等通信设备使得人们可以方便的进行信息交流。
数字通信技术是通信技术中不可或缺的部分，它广泛运用于通信领域，更方便了信息的传输。
现代通信借助于电和光来传输信息，数字终端产生的数字信息是以“1”和“0”2种状态代表的随机序列，他可以用不同形式的电信号表示，从而构造不同形式的数字信号。
在一般的数字通信系统中首先将消息变为数字基带信号，称为信源编码，经过调制后进行传输，在接收端先进行解调恢复为基带信号，再进行解码转换为消息。
在实际的基带传输系统中，并不是所有电波均能在信道中传输，因此有基带信号的选择问题，因此对码型的设计和选择需要符合一定的原则。
随着数字通信技术的发展，基带传输方式也有了快速的发展，在某些具有低通特性的有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，基带信号可以不经过载波调制而直接进行传输。
数字基带传输广泛运用于利用对称电缆构成的近程数据通信系统中，目前，它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输，AMI/HDB3码是基带传输的常用码型，因此对AMI/HDB3码的研究具有重要的意义。
第一章系统总体设计1.1传输码型1.1.1 单极性非归零（NRZ）码NRZ码用高电平和低电平（一般为零电平）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。
NRZ码的产生方法很简单，但是由于信号中含有较多的直流分量和低频分量，再加上NRZ码本身没有检错和纠错能力，不适合信道传输，因此，在基带传输中，信号送入信道传输之前，通常对NRZ码进行码型变换，使其转换成适合信道传输的码型。
1.1.2 传号交替反转（AMI）码AMI（Alternate Mark Inversion）码信码“0”用0电平表示,信码“1”交替用“＋1”和“－1”的归零码表示，因此，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τ与码元宽度（码元周期、码元间隔）TS的关系是τ＝0.5TS。
AMI编码和HDB3编码
消息序列：１００００１０１００００１１１００００１
AMI码：＋１００００－１０＋１００００－１＋１－１００００＋１
HDB3码：＋１０００＋１－１０＋１－１００－１＋１－１＋１０００＋１－１
HDB3码其特点为无直流分量，且低频分量也很少；其功率谱中无方波中的丰富的高频分量；而且易于在连“０”过长时提取位定信号；并且具有内在检错能力。因此广泛应用于各种通信传输系统中。
HDB3码的编码原理可简述为：在消息的二进制代码序列中，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３个连“０”称为破坏节“０００V”；③为了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。如：
消息序列：10011010111100001
AMI码：+100-1+10-10+1-1+1-10000+1
在AMI码中，如果连续较长的一段序列为“０”码，则在接收端会因为长时间无交替变化波形的控制而丢失同步信号。为了克服传输波形中出现的长连“０”的情况，而设计了AMI码的改进型HDB3码。HDB3码就是码型中最长连“０”数不超过３个的高密度双极性码。
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本科学生设计性实验报告
项目组长学号
成员
专业班级
实验项目名称数字基带信号
指导教师及职称
开课学期2013 至2014 学年 1 学期
上课时间2013 年9 月18 日
二、实验结果与分析
1、实验目的、场地及仪器、设备和材料、实验思路等见实验设计方案
2、实验现象、数据及结果
（1）示波器的两个通道探头分别接信源单元的NRZ-OUT和BS-OUT，由数字信源模块输入信号1111000 11110000 11110000，由示波器观察到输出波形，如图所示：
（2）用开关K1产生代码×1110010（×为任意代码，1110010为7位帧同步码），K2、K3产生任意信息代码，观察给定的集中插入帧同步码时分复用信号帧结构，和NRZ码特点，如图所示：
（3）将信源单元的K1、K2、K3每一位都置1，观察全1码对应的AMI码（开关K4置于左方AMI端）波形，如图所示：
（4）将信源模块的K1、K2、K3每一位都置1，观察到全一码对应的HDB3码波形，如图所示：
（5）将信源模块的K1、K2、K3每一位都置0，观察到全一码对应的AMI码波形：（6）将信源模块的K1、K2、K3每一位都置0，观察到全一码对应的HDB3码波形，如图所示：
（7）将K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000分别有示波器得到对应的AMI 码的波形，如图所示：
（8）将K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000分别有示波器得到对应的HDB3码的波形，如图所示：
（9）将K1K2K3置于任意状态，K4分别置AMI、HDB3，CH2依次接DET BPF BS-R NRZ 得到波形如下所示，如图所示：
3、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论
码的波形完全一样。
（1）与信源代码中的“1”码相对应的AMI码及HDB
3
（2）由示波器显示的波形可以看出HDB3单元的NRZ信号（译码输出）滞后于信源模块的NRZ-OUT信号（编码输入）8个码元。
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