实验一 AMI码、HDB3码编译码实验
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码、HDB3码的编、译码规则、工作原理及实验方法； 3、熟悉从AMI码、HDB3码中提取位同步信号的原理及方法。
二、实验内容
1、 AMI编译码实验及位同步信号提取实验。 2、 HDB3编译码实验及位同步信号提取实验。
三、实验仪器及设备
1、20MHZ双踪示波器 GOS-6021 1台 2、函数信号发生器/计数器 SP1641bB 1台 3、直流稳压电源 GPS-X303/C 1台 4、HDB3编译码实验箱 1个
四、实验原理
PCM信号在电缆信道中传输时一般采用基带传输方式。但在实际的基带传输系统中，不能简单地将PCM编码器输出的单极性码序列直接送入信道传输，因为单极性码序列的功率谱中含有丰富的直流分量和较多的低频分量，不适于直接送入用变压器耦合的电缆信道中传输，为了获得优质的传输质量，一般是将单极性码序列进行码型变换，以适应传输信道特性的要求。
(一)传输码型的选择
在选择传输码型时，需考虑信号的传输信道特性以及对定时提取的要求等。归结起来，传输码型的选择，要按以下几个原则考虑:
1．码型中应无直流分量，且低频分量少
在电缆信道传输时，要求传输码型的频谱中不应含有直流分量，同时低频分量要尽量少。原因是PCM端机、再生中继器与电缆线路相连接时，需要安装变压器，以便实现远端供电(因设置无人站)以及平衡电路与不平衡电路的连接。
图1.1 PCM端机、再生中继器与电缆连接图
图1.1是具有远端供电时PCM端机、再生中继器与电缆连接图，图中变压器起隔离电源的作用，以保护局内设备。由于变压器的接入，使信道具有低频截止特性，如果传输码型中存在直流和低频成分，则无法通过变压器，否则将引起波形失真。
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2．码型中高频分量应尽量少
一条电缆中包含有许多线对，线对间由于电磁辐射而引起的串话是随着频率的升高而加剧，因此要求频谱中高频分量尽量少，否则会因串话限制信号的传输距离。
3．便于提取定时时钟信息
码型频谱中应含有足够大的定时时钟信息，以便再生中继器接收端能提取到必需的时钟信息。
4．码型应具有内在的检错能力
若传输码型具有一定的规律性，即具有内在的检错能力,那么就可根据这一规律性来检测传输码型的差错，以便做到自动监测。 (二)常用的传输码型
1．单极性码
单极性码是一种最简单、最基本的码型。
图1.2 (a)是单极性全占空码(占空比100%)及其频谱，图(b)是单极性半占空码(占空比50%)及其频谱。
图1.2 传输码型及其功率谱密度
单极性码存在直流成分，且信号能量大部分集中在低频部分。占空比越大，则直流成分也越大，信号能量越集中在低频部分。由于单极性码存在上述缺点，它不适合于作为信道传输码型，但在设备内部的传输多采用单极性码。为了减少码间干扰和便于时钟提取，常采用含有时钟频率的单极性半占空码。
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2．传号交替反转码 (AMI码)
图1.2 (c)所示是双极性半占空码，由于传号码(“1”码)的极性是交替反转的，所以又称传号交替反转码，简称AMI码。AMI码与二进制序列的关系是：二进制序列中“0”仍编为“0”；而二进制序列中的“1”码则交替地变为“+1”码及“-1”码，例如：
二进制序列： 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 AMI码： +1 -1 0 +1 0 0 0 0 –1 +1
由于AMI码的传号码前后交替反转，所以该码没有直流分量，高频、低频成分也较少，而且能量集中在fB/2处，但无时钟频率fB成分(这无关紧要，可在接收端采用全波整流方法。将AMI码还原成单极性半占空码，就可提取时钟信息)。
从频谱中可以看出它有以下优点:
①无直流成分，低频成分也少，有利于采用变压器进行远供电源的隔离，而且对变压器的要求(如体积)也可以降低。
②高频成分少，不仅可节省信道频带，同时也可以减少串话，因信码能量集中在fB/2处，所以通常以fB/2频率来衡量信道的传输质量。
③码型提供了一定的检错能力，因为传号码的极性是交替反转的，如果发现传号码的极性不是交替反转的，就一定出现误码，因而可以检出单个误码。
④码型频谱中，虽无时钟频率成分，但AMI码经过非线性处理(全波整流)，变换成单极性码后，就会有时钟频率fB成分。
由于具有上述优点，AMI码广泛使用于PCM系统中，它是CCITT建议采用的码型之一。 AMI码编码电原理图及其对应的波形如图1.3(a)、(b)所示。
图1.3 AMI码编码电原理图及其对应波形
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AMI编码的缺点是二进制序列中的“0”码变换后仍然是“0”码，如原二进制序列中连“0”码过多，则变换后AMI序列中仍然是连“0”过多，这就不利于定时信息的提取，为了克服这一缺点，常采用HDB3码。
3．三阶高密度双极性码(HDB3码)
HDB3码是三阶高密度双极性码简称，HDB3码除保留AMI码所有优点外，还可将连“0”码限制在3 个以内，它克服了AMI码对“0”码个数无法限制的缺点。
HDB3码编码规则:
二进制序列变换为HDB3码按下列规则进行：
(1) HDB3是伪三进码，它的三个状态可用+1，-1和0来表示；
(2) 二进制序列中的“0”码在HDB3码中仍编为“0”码，但对出现四个连“0”码时应按特殊规律编码；
(3) 二进制序列中的“1”码，在HDB3码中应交替地变成+1和-1码(信号交替反转），但在编四个连“0”码时要引入传号交替反转码的“破坏点”V码(V码本身就是“1”码，可正、可负)；
(4) 二进制序列中四个连“0”按以下规则编码：
(a) 若信码中出现四个连“0”码时，要将这四个连“0”码用000V或B00V来代替。
(B也是“1”码，可正、可负)。B、V为附加的传号码，称为取代码。
(b) 如果HDB3码中四个连“0”码前面的一个传号码的极性与前一个破坏点V的极性
相反，则四个连“0”码的第一个“0”码应编为“0”码；如果HDB3码中四个连“0”码前的一个传号码的极性与前一个破坏点V的极性相同，则四个连“0”码的第一个“0”码就编成B码。这一规则保证了相继破坏点具有交替的极性，因而不会引入直流成份。
(c) 四个连“0”码的第二个“0”和第三个“0”码总是编成“0”码。
(d) 四个连“0”码的最后一个“0”码总是编成破坏点V码，以便接收端对破坏点的
识别。
概括地说，HDB3码是一种四连“0”取代码，它的取代码是“000V”或“B00V”。这两个取代码的选取原则是：使任意两个相邻v脉冲间的传号数为奇数时选用000V取代码，偶数时则选用B00V取代码，这一规定的结果使相邻V脉冲的极性改变符合极性交替原则。
(三) HDB3码编、解码器方框图、电原理图 1．HDB3码编码器
HDB3码编码方框图、电原理图、波形图如图1.4(a)(b)(c)所示。该编码器由连“0”码检出、取代节判决、破坏点产生和单双变换四个部份组成。连零检出电路的作用是：当信码流中出现四个连“0”码时，检出一个控制信号，该检出电路由JC1－JC4四级移位寄存器和与非门JC11组成。取代节判决电路作用是：当有四个连“0”出现时，判别由哪种取代节(BOOV或OOOV)来取代四连“0”码，该判别电路由JC5、JCl2、JC6和JC10组成。破坏点产生电路是把取代节最后一比特变成极性交替的破坏点，它由JC5、JC7和JC12组成。单双变换电路的作用是：将单极性不归零码变换成双极性不归零码，它由JCl6、JCl7、JCl5、JCl8、BGl、BG2及脉冲变压器组成。
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图1.4 HDB3编码电路方框图、原理图和波形
2、HDB3码解码器
接收端收到HDB3码后，应对HDB3码解码，还原成二进码。HDB3解码器的电原理图、时间波形图如图1.5所示，根据HDB3码的特点，HDB3码解码主要分成三步进行:首先检出极性
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