AMI、HDB3编译码系统的软硬件设计 - 图文

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。

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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码无直流分量，低频分量较小，能量集中在频率为1/2由码率左右处，因而特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输，虽然在AMI功率谱中无定时脉冲的频率分量，但只要对基带信号进行必要的非线性处理（如全波整流或平方），即可提取定时信号。AMI码的另一个优点是具有一定的检错能力，因为信号是按交替规律进行传输，若收端的码不符合这一规律，就可能出现错码；由于其具有上述优点，因此得到了广泛应用；

AMI码的主要缺点是他的一些性能和信源的统计特性有关。首先，AMI码功率谱形状与信码中“1”码出现的概率有关；其次，当信码中出现较长的连“0”时，由于AMI码长时间不出现电平跳变，使提取定时信息时较困难。 1.1.3 三阶高密度双极性（HDB3）

HDB3（High Density Binary－3）码是AMI码的一种改进型，主要是为了克服AMI码中连“0”时所带来的提取定时信息的困难。其编码原理为：首先将信码变换为AMI码，然后检查AMI码序列中连“0”的情况。当出现4个以上的连“0”时，将每4个连“0”小段中的第4个“0”位变成一个非0的破坏位V，其极性和前一个非“0”位同极性。这样就破坏了“极性交替反转”的规律。可以在接收端很快发现破坏位，使原信码得到恢复。但也破坏了AMI码无直流分量的优点，为了保持无直流分量这一特点，还必须保证相邻V码也应极性交替。这一点在相邻V码之间有奇数个非“0”位时，可以得到保证；当有偶数个非“0”位时，就得不到保证，这时再将该小段第一个“0”位变换成＋B或－B，B的极

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性与前一个非“0”位相反，并让后面的非“0”位从V位开始再交替变化。

虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较容易，从上述原理看出，每一个破坏符号V总是与前一个非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V符号及其前面的3个符号必是连0符合，从而恢复4个连0码，再将所有的－1变成＋1后便得到原消息代码。

HDB3码保持了AMI码的优点，克服了AMI码在遇到连“0”长时难以提取定时信息的困难，因而获得广泛应用。CCITT已建议把HDB3码作为PCM终端设备一次群到三次群的接口码型。

1.1.4 NRZ，AMI，HDB3码之间的对应关系

AMI码及HDB3码不含有离散谱成份，在通信的终端需将其译码为NRZ码才能送给数字终端机或数/模转换电路。在做译码时必须提供位同步信号。工程上，一般将AMI或HDB3码数字信号进行整流处理，得到占空比为0.5的单极性归零码（RZτ＝0.5TS）。由于整流后的AMI，HDB3码中含有离散谱fS，故可用一选频网络得到频率为fS的正弦波，经整形、限幅、放大处理后即可得到位同步信号。

1.2系统核心设计

AMI/HDB3的编译码系统主要由集成芯片CD22103构成，加上少量的外围电路，用于实现AMI/HDB3的编译码。CD22103 是一个LSI SOS集成芯片, 完成AMI/HDB3编译码功能, 并具有误码检测功能。 应用于2.048 Mb/s和8.448 Mb/s传输中, 编解码数据速率范围为50kb/s～10 Mb/s, 并在某种程度上CCITTG.703 的推荐相一致。HDB3发送编码和带有误码检测的接收译码在独立的编码器和译码器区段中进行, 所有发送器与接收器的输入、输出都与TTL兼容, 而且还具有内部环路测试功能。在发送部分, 当AMI/HDB3端接高电平时, 编码电路在编码时钟CTX 下降沿的作用下, 将NRZ 码编成HDB3 码(+HDB3 OUT, - HDB3OUT 两路输出); 接低电平时, 编成AMI码。在接收部分, 在译码时钟CRX上升沿的作用下, 将HDB3码(或AMI码)译成NRZ 码。另外, CD22103可在不中断业务的情况下进行误码检测, 检测出的误码脉冲从ERR 端输出, 其脉宽等于收时钟的1个周期, 可用此进行误码计算; 可检测出所接收的AIS码, 检测周期由外部RAIS决定。

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1.3系统总体设计

1.3.1 系统要求分析 本系统的具体设计要求为:

1. 以CD22103为核心设计编译码系统； 2. 利用单片机产生数字基带信号； 3. 要求在数码管上显示编译码结果。 1.3.2 系统单元功能模块 本系统具有以下单元功能模块： 1.数字基带信号产生单元； 2.编译码时钟信号产生单元； 3.基带信号显示单元； 4.编译码单元； 5.码型变换单元。

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第二章 系统组成及其工作原理

2.1 系统的工作原理

依据HDB3的工作原理，采用CD22103集成专用芯片可实现AMI/HDB3的编译

码。其电路原理框图如图2.1所示，输入的NRZ码流可由单片机产生，码流在时钟信号的推动下输入，经CD22103集成芯片编码后输出编码结果，编码结果经码型变换电路后输出双极性的AMI/HDB3码。编码结果返回CD22103集成芯片，在时钟信号推动下进行译码输出译码结果。

2.2 系统的组成

根据AMI/HDB3的编译码特点，该编码系统主要可分为以下几个组成部分： 1.基带信号产生单元。该单元模块用于产生编码所需的基带信号，基带信号由CD22103集成芯片的1脚输入，

2.编译码时钟信号产生单元。该单元模块用于产生编译码所需的同步时钟信号，编码时钟信号由CD22103集成芯片的2脚输入，用于推动基带信号的编码；译码时钟信号由CD22103集成芯片的5脚输入，用于推动AMI/HDB3码的译码。 3.基带信号显示单元。该单元用于显示发送的基带信号，采用7279用于显示基带信号的码元，方便与译码结果进行比较，验证译码结果的正确性。

4.编译码单元。该电路主要由集成芯片CD22103构成，加上少量的外围电路，CD22103集成芯片用于完成AMI/HDB3的编译码过程，编码结果从CD22103的14、15脚输出，而后由11、13脚返回，在译码时钟信号的推动下，译码结果从4脚输出。

5.码型变换电路。该电路采用TL084对HDB3的输出进行变换，将CD22103的14、15脚输出的单极性波形变换成为双极性的HDB3码。

时钟信号

基带信号 AMI/HDB3 编译码 延时 码型变换 HDB3输出 译码信号输出 图2.1 系统原理框图

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