通信原理课程设计：基于Matlab的3B4B编码与译码的设计与仿真

课程设计I(数据通信原理)

设计说明书

题目：3B4B编码与译码的设计与仿真

学生姓名樊佳佳

学号1318064017

班级网络工程1301班

成绩

指导教师贾伟

数学与计算机科学学院

2015年 9 月 12 日

课程设计任务书

2015—2016学年第1 学期课程设计名

称：

课程设计I(数据通信原理)

课程设计题

目：

3B4B编码与译码的设计与仿真

完成期限：自2015 年8 月11 日至2015 年9 月11 日共2 周

设计内容：

设计一种数字基带传输中的一种编译码系统（HDB3、AMI、CMI、2B1Q、3B4B、曼切斯特、差分曼切斯特等选取一种）。

使用Matlab/Simulink仿真软件，设计所选择的基带传输的编码和译码系统。系统能根据随机信源输入的二进制信息序列给出对应的编码及译码结果，并以图形化的方式显示出波形，能观察各分系统的各级波形。

指导教师：教研室负责人：

课程设计评阅

摘要

设计一个码元信息传递系统，包括编码和译码两部分，这个系统可以高效地传递信息。该系统是基于matlab/simulik实现的，设计数字电路来实现码元由3bit一组到4bit一组的转换,提高信息的传输效率。

关键词：3B4B ; 编码器; 译码器

目录

目录 (3)

1.课题描述 (4)

2.3B4B码编译码模块设计 (5)

2.1 3B4B码编译码原理 (4)

2.2 3B4B编码器原理及框图 (5)

2.3 3B4B译码器原理及框图 (6)

2.4 编译码程序图 (6)

3.3B4B编译码程序图的参数设置及其仿真结 (9)

3.1仿真系统中模块参数设置和仿真实验结果 (9)

4.总结 (12)

5.参考文献 (14)

1.课题描述

设计一种数字基带传输中的一种编译码系统（HDB3、AMI、CMI、2B1Q、3B4B、曼切斯特、差分曼切斯特等选取一种）。

使用Matlab/Simulink仿真软件，设计所选择的基带传输的编码和译码系统。系统能根据随机信源输入的二进制信息序列给出对应的编码及译码结果，并以图形化的方式显示出波形，能观察各分系统的各级波形。

最后根据课设的内容和设计的结果，书写课程设计说明书一份（按格式书写）。说明书中要求画出整个系统框图、各点波形，并说明工作原理。在图中表示出各点波形。系统能测试其各分系统波形的频谱特性，在图中表示出各点频谱。根据通信原理，并分析说明各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）。

通过本次的实践，要求学生完成以下任务：

1）对课本知识的全面复习，了解基带编码与译码原理；

2）对MATLAB仿真软件的学习，能够使用该工具进行基带编码和译码的仿真验证；

3）通过团队合作，完成编码与译码的设计，并用MATLAB软件进行仿真验证；

4）课程设计的结果全面正确，功能模块清晰分明；

5）加强团队合作精神，开拓创新能力；

6）文档资料完整规范。

2.3B4B码编译码模块设计

2.1 3B4B码编译码原理

3B4B码是在本次毕业设计中需要重点了解和掌握的一种线路码型，并且根据3B4B的编码特点和编码原理，设计出符合毕业设计中各项指标要求的编译码器。

在3B4B的线路码型中，输入的原始码流3B码，共有8个码字，变换为4B码时，共有16个码字，见表2.1。为保证信息的完整传输，必须从4B码的16个码字中挑选8个码字来代替3B码。设计者应该根据最佳线路码特性的原则来选择码表。

大多数mBnB都采用两种模式编码，两种模式交替使码字中的不均值为零，这种编码电路多采用可编码只读存储器PROM查找表的方法实现。下面介绍一种3B4B码，可用更为简单的电路实现，其编码规则具体说明如下：

先将输入的数字信号每3b为一码字，在同样长的时隔内变换成4b一组的输出码字。

（1）变换后4b的一个码字中，第1与第4比特位分别由变换前3b码字中的第1与第3比特位取反而得到；

（2）变换前第1与第2比特位分别作为变换后的第2和第3比特位。其编码情况如表1所示。

从编码表可以看出，这种编码规则不仅简单，且具有以下2个突出的特点：

（1）编码后每组码字的前两位都有极性翻转，定时信息丰富，有利于译码电路中分组信号的提取；

（2）连“0”和连“1”的分组经变换后都成为“0”，“1”均等的码字，对抑制光接收机中的基线浮动有利。

表1

3B 000 001 010 011 100 101 110 111 4B 1001 1000 1011 1010 0101 0100 0111 0110 2.2 3B4B编码器原理及框图

如图4.1所示，图中的串并变换和并串变换是移位寄存器。首先将设计好的码表存入编码逻辑(PROM)内，待变换的信号码输入串并变换器后，在信号码时钟Cp1的作用下，数字信号在串并变换内移位，变为3比特一组的码，b1,b2,b3,并行输出作为编码逻辑(PROM)的地址码，从而完成将原始码流每3比特分成一组的分组过程。编码逻辑(PROM)是集成元件构成的逻辑网，根据需要及功能，在本次毕业设计中，采用的是PIC系列的单片机。它的功能是跟据码表里的逻辑关系把信号码组变换成线路码组。在地址码的作用下，编码逻辑(PROM)根据存储的码表输出与地址对应的并行4B码，进入并串变换器，在线路码时钟Cp2的作用下，移位而输出已变换的4B码流，完成编码过程

2.3 3B4B译码器原理及框图

光纤通信线路编/译码器的设计

如图4.2所示，译码过程和编码过程相反，译码器与编码器基本相同。译码时，把送来的已变换4B信号码流，每4比特并联为一组，作为译码逻辑(PROM)地址，然后读出3B码，再经过并串变换还原为原来的信号码流

2.4 编译码程序图

下图1为3B4B码的编码图和译码图

图1.3B4B码的编码译码图编码器程序图：

图2.编码器

译码器程序图：

图3.译码器

编码解析：

如上图所示，图的前半部分为编码程序图，该图先将一串随机01串，串转并，转化为3b一码字，将其按下面规则处理：3B：1B ，2B，3B；4B：1b,2b,3b,4b; 1b=1B取反，2b=1B,3b=2B,4b=3B取反；处理过后产生4个数字的并行码，再并转串，最后在显示器上，显示原数据串和转化为4B的数据串，比较其中的区别。

译码解析：

将得到的4B数据串串转并处理，传化为4b一码字，再按照以下规则处理：1B=2b,2B=3b,3B=4b取反；经过程序处理后得到3个数字的并行码，再并转串，将得到的数据串和原始数据串显示在显示器上，忽略时间延迟，两个数据串的波形图应是相同的。

3.3B4B编译码程序图的参数设置及其仿真结3.1仿真系统中模块参数设置和仿真实验结果图

以下为程序中重要物理模块的参数设置图：

当出现0的概率为0的效果图

图3.1 编码图

图3.2译码图

当出现0的概率为1时的效果图如下

图3.3编码图

图3.4译码图

当出现0的概率为0.5时的效果图如下

图3.5 编码图

图3.6 译码图

4.总结

通过实验证明这种3B4B编译码器原理是可行的，但编码后码速提高约为13%,因此，对于高速信号进行这种编译码必然会受到一般器件速度的约束。有两个方案可以解决这个问题，一方面上述的3B4B 编译码器原路可以用于5B6B、7B8B等类似的mBnB编码，选取较大的m、n值，就可降低编码后的码速提高率。另一方面，可以将上述的编译器电路固化在一片集成电路中，不仅可以满足高速信号的要求，同时也减小了系统的规模。当然在具体设计时，需要一定的方法及技巧，目前我们正在进行这方面的探索和研究。

通过这次课程设计我的收获匪浅，我学会了用matlab软件对3B4B码的编码译码程序图的设计，同时，也熟悉了matlab 的使用。以及了解到3B4B的特点。

5.参考文献

张宝富等. 《现代光纤通信与网络教程[M]》.2002 谭扬林《光纤通信系统[M]》.2000

吴德明.《光纤通信原理与技术》.2004

解金山，陈宝珍《光纤数字通信技术》.1997