数字基带信号实验
一、实验目的
1、 了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。 2、 掌握AMI、HDB3码的编码规则。
3、 掌握从HDB3码信号中提取位同步信号的方法。 4、 掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。 5、 了解HDB3（AMI）编译码集成电路CD22103。 二、实验仪器 1、 示波器 2、 万用表 3、 通信原理实验箱
一台 一台 一台
三、实验电路及基本原理
（一）电路组成
HDB3/AMI编译码模块原理图如图14-2所示。 HDB3/AMI编译码模块面板图如图14-3所示。 （二）实验电路工作原理
1、 HDB3专用集成芯片介绍：
CD22103的引脚及内部框图台图14-1所示，引脚功能如下：
图14-1 CD22103的引脚及内部框图
图14-2 HDB3/AMI编/解码原理图
图14-3 HDB3/AMI面板图
（1）NRZ-IN 编码器NRZ信号输入端； （2）CTX 编码时钟（位同步信号）输（3）HDB3/AMI 码型选择端；接TTL高电平时，HDB3
码；接TTL低电平时，选择AMI码；
（4）NRZ-OUT HDB3译码后信码输出端； （5）CRX 译码时钟（位同步信号）输（6）RAIS 告警指示信号（AIS）检测
入端； 选择
入端； 电路
复位端， 负脉冲有效；
（7）AIS AIS信号输出端，有AIS信号为高电平，无ALS信号时为低电平； （8）VSS 接地端；
（9）ERR 不符合HDB3/AMI编码规则的误码脉冲输出端； （10）CKR HDB3码的汇总输出端； （11）+HDB3-IN HDB3译码器正码输入端；
（12）LTF HDB3译码内部环回控制端，接高电平为环回，接低电平为正常； （13）-HDB3-IN HDB3译码器负码输入端； （14）-HDB3-OUT HDB3译码器负码输出端； （15）+HDB3-OUT HDB3译码器正码输入端； （16）VDD 接电源端（+5V）
CD22103主要由发送编码和接收译码两部分组成，工作速率为50Kb/s-10Mb/s。两部分功能简述如下。 发送部分：
当HDB3/AMI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、-HDB3-OUT两路输出）；接低电平时，编成AMI码。编码输出比输入码延迟4个时钟周期。 接收部分： （1）、在译码时钟CRX的上升沿作用下，将HDB3码（或AMI码）译成NRZ码。译码输
出比输入码延迟4个时钟周期。
（2）、HDB3码经逻辑组合后从CRX端输出，供时钟提取等外部电路使用。 （3）、可在不断业务的情况下进行误码监测，检测出的误码脉冲从ERR端输出，其脉宽
等于收时钟的一个周期，可用此进行误码计数。 （4）、可检测出所接收的AIS码，检测周期由外部RAIS决定。据CCITT规定，在RAIS
信号的一个周期（500s）内，若接收信号中“0”码个数少于3，则AIS端输出高电平，使系统告警电路输出相应的告警信号；若接收信号中“0”码个数不少于3，AIS端输出低电平，表示接收信号正常。 （5）、具有环回功能。
2、 HDB3编译码基本工作原理
原理框图、电原理图分别如图14-5和图14-1所示。本模块内部使用+5V和-5V电压，其中-5V电压由-12V电源经三端稳压器7905变换得到。
本单元的编译码框图如下所示：
整流器 NRZ-IN BS-IN (AMI)HDB3编译码器 NRZ (AMI) 锁相环 限幅放大 带通 (AMI-D) HDB3-D +H-OUT -H-OUT 单-双 变换 HDB3 (AMI) 双-单 变换 +H -H 相加器
图14-4 HDB3编译码方框图
图14-1中各单元元器件的对应关系如下：
·HDB3编译码器 D1：HDB3编译码集成电路CD22103A ·单/双极性变换器 D2：模拟开关4052 ·双/单极性变换器 D7：非门74HC04 ·相加器 D8：或门74LS32 ·带通 D3、D4：运放UA741 ·限幅放大器 D5：运放LM318
·锁相环 D6：集成锁相环CD4046 本模块上的开关XB1用于选择码型，XB1位于下边（AMI端）选择AMI码，位于上边（HDB3端）选择HDB3码。
3、 AMI、HDB3码编码规律。
AMI码的全称：传号交替反转码。
AMI码的编码规律是：信息代码1变为带有符号的1码即+1或-1，1的符号交替反转；信息代码0的为0码。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。
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。但是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。
HDB3码的全称：三阶高密度码。
HDB3码保留了AMI码所有的优点（如前所述），还可将连码限制在3个以内，克服了AMI码如果长连“0”过多对提取定时钟不利的缺点。
HDB3码的编码规律是：4个连续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个信息1码）时取代节为B00V，其它的信息0码仍为0码；信息码的1码变为带有符号的1码即+1或-1；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码是占空比为0.5的双极性归零码。
设信息码为0000 0110 0001 0000 0，则NRZ码、AMI码、HDB3码如图14-6所示
信息编码 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 NRZ波形
AMI代码 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 AMI波形
HDB3代码 B 0 0 V 0 -1 1 -B 0 0 -V 1 0 0 0 V HDB3波形
图14-5 HDB3编码示意图
本单元用CD22103集成电路进行AMI或HDB3编译码。当它的第3脚（HDB3 /AMI）接+5V时为HDB3编译码器，接地时为AMI编译码器。
编码时，需输入NRZ码及位同步信号，它们来自数字信源单元，已在电路板上连好。CD22103编码输出两路并行信号+HDB3OUT和-HOUT，它们都是半占空比的正脉冲信号，分别与AMI或HDB3码的正极性信号及负极性信号相对应。这两路信号经单/双性变换后得到AMI码或HDB3。
双/单极性变换及相加器构成一个整流器。整流后的（AMI）HDB3-D信号含有位同步信号频率离散谱。由于位同步频率比较低，很难将有源带通滤波器的带宽做得很窄，它输出的信号是一个幅度和周期都不恒定的正弦信号（T09）。对此信号进行限幅放大处理后得到幅度恒定、周期变化的脉冲信号，但仍不能将此信号作为译码器的位同步信号，再经过锁相环（关于锁相环的基本原理已在实验七中介绍）输出一个符合译码器要求的位同步信号（T10）。
译码时，需将AMI或HDB3码变换成两路单极性信号分别送到CD22103的第11、第13脚，此任务由双/单变换电路来完成。
当信息代码连0个数太多时，从AMI码中较难于提取稳定的位同步信号，而HDB3中连0个数最多为3，这对提取高质量的位同信号是有利的。这也是HDB3码优于AMI码之处。HDB3码及经过随机化处理的AMI码常被用在PCM一、二、三次群的接口设备中。
在实用的HDB3编译码电路中，发端的单/双极性变换器一般由变压器完成；收端的双/单极性变换电路一般由变压器、自动门限控制和整流电路完成，本实验目的是掌握HDB3编码规则，及位同步提取方法，故对极性变换电路作了简化处理，不一定符合实用要求。 HDB3、AMI编码规则实验
（1）用示波器观察数字信源单元上的各种信号波形。连接T11（M序列）或T22（1000序列）
到T01-IN。
（2）测量T08，比较用HDB3和AMI编码的区别。观察相应的波形并将它记录下来。通过开
关XB1选择编码方式。
本实验中若4位信源代码中只有1个“1”码，则无法从AMI码中得到一个符合要求的位同步信号，因此不能完成正确的译码。若4位信源代码全为“0”码，则更不可能从AMI信号（亦是全0信号）得到正确的位同步信号。信源代码连0个数越多，越难于从AMI码中提取位同步信号（或者说要求带通滤波器的Q值越高，因而越难于实现）。而HDB3码则不存在这种问题。
四．实验结果
M序列下的实验结果