码型变换实验
郑州轻工业学院 实验报告 题目：
码型变换实验 课程名称：
通信原理 姓 姓 名：
院 院（系）：
计算机与通信工程学院 专业班级：
通信工程 18-1 学 学 号：
指导教师：
丁汉清 成 成 绩：
时间：
2020 年 11 月 10 日
目 录 1 实验目的 ………………………………………………………… ……………… 1 2 实验内容 ………………………………………………………… ……………… 1 3 实验设备 ………………………………………………………… ……………… 1 4 实验原理 ………………………………………………………… ……………… 2 5 实验过程及结果 ……………………………………………… ……………… 5 6 实验思考题 ………………………………………………………… ……………… 14 7 成绩评定表 ………………………………………………………… ……………… 15
1 1 实验目的 1、了解几种常见的数字基带信号。
2、掌握常用数字基带传输码型的编码规则。
3、掌握用 FPGA 实现码型变换的方法。
2 实验内容 1、观察 NRZ 码、RZ 码、BRZ 码、BNRZ 码、AMI 码、HDB3 码的波形。
2、观察全 0 码或全 1 码时各码型的波形。
3、观察 HDB3 码、AMI 码、BNRZ 码的正、负极性波形。
4、观察 NRZ 码、RZ 码、BRZ 码、BNRZ 码、AMI 码、HDB3 码经过码型反变换后的输出波形。
5、自行设计码型变换电路，下载并观察输出波形。
3 实验设备 1、信号源模块 2、码型变换模块 3、20M 双踪示波器一台 4、频率计（可选）一台
2 5、PC 机（可选）一台 6、连接线若干 4 实验原理 4.1 编码规则（A）二元码 最简单的二元码中基带信号的波形为矩形，幅度取值只有两种电平。常用的二元码有如 下几种：
① NRZ 码 NRZ 码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为零电平）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。例如：
② RZ 码 RZ 码的全称是单极性归零码，与 NRZ 码不同的是，发送“1”时在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。换句话说，信号脉冲宽度小于码元 宽度。通常均使脉冲宽度等于码元宽度的一半如下图所示。例如：
③ BNRZ 码 BNRZ 码的全称是双极性不归零码，在这种二元码中用正电平和负电平分别表示“1”和 “0”。与单极性不归零码相同的是整个码元期间电平保持不变，因而在这种码型中不存在零 电平。例如：
3 不难看出还应当存在一种双极性归零码，它兼有双极性和归零的特点。但由于它的幅度 取值存在三种电平，因此我们将它归入三元码。
④ BRZ 码 BRZ 码的全称是双极性归零码，与 BNRZ 码不同的是，发送“1”和“0”时，在整个码 元期间高电平或低电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。例如：
⑤ AMI 码 AMI 码的全称是传号交替反转码，其编码规则如下：信息码中的“0”仍变换为传输码的 “0”；信息码中的“1”交替变换为传输码的“+1、－1、＋1、－1、…”。例如：
代码：
100 1 1000 1 1 1… AMI 码：
+100-1 +1000-1 +1-1… AMI 码的主要特点是无直流成分，接收端收到的码元极性与发送端完全相反也能正确判 断。译码时只需把 AMI 码经过全波整流就可以变为单极性码。由于其具有上述优点，因此得 到了广泛应用。但该码有一个重要缺点，即当用它来获取定时信息时，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。
⑥ HDB3 码 HDB3 码的全称是三阶高密度双极性码，其编码规则如下：将 4 个连“0”信息码用取代 节“ 000V”或“ B00V”代替，当两个相邻“V”码中间有奇数个信息“1”码时取代节为“000V”； 有偶数个信息“1”码（包括 0 个）时取代节为“B00V”，其它的信息“0”码仍为“0”码，这样，信息码的“1”码变为带有符号的“1”码即“+1”或“－1”。例如：
代码：
1000 0 1000 0 1 1 000 0 1 1 HDB3 码：
-1000-V +1000 +V-1 +1-B00-V +1-1
4 HDB3 码中“1”、“B”的符号符合交替反转原则，而“V”的符号破坏这种符号交替反转 原则，但相邻“V”码的符号又是交替反转的。HDB3 码的特点是明显的，它除了保持 AMI 码的优点外，还增加了使连 0 串减少到至多 3 个的优点，而不管信息源的统计特性如何。这 对于定时信号的恢复是十分有利的。HDB3 码是 ITU-T 推荐使用的码之一。本实验电路只能对 码长为 24 位的周期性 NRZ 码序列进行编码。
4.2 电路原理 将信号源产生的 NRZ 码和位同步信号 BS 送入 U01 进行变换，可以直接得到各种单极性 码和各种双极性码的正、负极性编码信号（因为 CPLD 的 I/O 口不能直接接负电平，所以只 能将分别代表正极性和负极性的两路编码信号分别输出，再通过外加电路合成双极性码），如 HDB3 的正、负极性编码信号送入 U02 的选通控制端，控制模拟开关轮流选通正、负电平，从而得到完整的 HDB3 码。解码时同样也需要先将双极性的 HDB3 码变换成分别代表正极性和 负极性的两路信号，再送入 CPLD 进行解码，得到 NRZ 码。其它双极性码的编、解码过程相同。
①NRZ 码 从信号源“NRZ”点输出的数字码型即为 NRZ 码，其产生过程请参考信号源工作原理。
② BRZ、BNRZ 码 将 NRZ 码和位同步信号 BS 分别送入双四路模拟开关 U03 的控制端作为控制信号，在同 一时刻，NRZ 码和 BS 信号电平高低的不同组合（00、01、10、11）将控制 U03 分别接通不 同的通道，输出 BRZ 码和 BNRZ 码。X 通道的 4 个输入端 X0、X1、X2、X3 分别接－5V、GND、＋5V、GND，在控制信号控制下输出 BRZ 码；Y 通道的 4 个输入端 Y0、Y1、Y2、Y3 分别接 －5V、－5V、＋5V、＋5V，在控制信号控制下输出 BNRZ 码。解码时通过电压比较器 U07 将双极性的 BRZ 和 BNRZ 码转换为两路单极性码，即双（极性）—单（极性）变换，再送入 U01 进行解码，恢复出原始的 NRZ 码。
③ RZ 码 这种码型的编、解码方法与 BRZ、BNRZ 是一样的，但因为是单极性的码型，所以编、解码过程可以直接在 U01 中完成。
④ AMI 码 由于 AMI 码是双极性的码型，所以它的变换过程分成了两个部分。首先，在 U01 中，5 将 NRZ 码经过一个时钟为 BS 的 JK 触发器后，再与 NRZ 信号相与后得到控制信号 AMIB，该 信号与 NRZ 码作为控制信号送入单八路模拟开关 U06 的控制端，U06 的输出即为 AMI 码。
解码过程与 BNRZ 码一样，也需先经过双—单变换，再送入 U01 进行解码。
⑤ HDB3 码 HDB3 码的编、解码框图分别如图 5-1、5-2 所示，其编、解码过程与 AMI 码相同。
5-1 HDB3 编码原理框图 5-2 HDB3 解码原理框图 5 实验过程及结果 NRZ
6 2BS BS
7 RZ HDB3
8 BRZ BNRZ
9 AMI RZ 解码
10 RZ 解码与 NRZ 比较 Hdb3 双路输出 1 与解码输入 2
11 Hdb3 双路输出 2 与解码输入 2 Hdb3 解码与 nrz 比较 Brz-1 与 brz 解码输入比较
12 Brz 解码输出与 nrz 比较 Bnrz 双路输出 1 与解码输入 2 比较
13 Bnrz 双路输出 2 与解码输入 2 比较 Bnrz 解码输出与 nrz 比较
14 Ami 双路输出 1 与解码输入 2 比较 Ami 双路输出 2 与解码输入 2 比较
15 Ami 解码输出与信号源 nrz 比较 6 实验思考题
16 实验成绩评定表 成绩 采用五级分制：优、良、中、及格、不及格 指导教师评语：
17 签 签 名：
年 月 日
