【正文】 西 安 郵 電 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 題 目： 基于 SystemView 的 HDB3 編 解 碼仿真系統(tǒng) 院 （系） ： 通信與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 職稱： 講師 起止時(shí)間： 2021 年 1 月 3 日 至 2021 年 6 月 10 日 目錄 摘 要 I ABSTRACT II 引言 3 1 緒論 4 課題背景及研究意義 4 HDB3碼的應(yīng)用 5 本文主要研究內(nèi)容 5 2 SYSTEMVIEW軟件介紹 6 SYSTEMVIEW簡介 6 SYSTEMVIEW圖符庫簡介 6 基本庫 6 專業(yè)庫 7 自定義庫 7 本文涉及的圖符詳細(xì)介紹 7 基本庫 7 專業(yè)庫 9 3 編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 11 編碼器設(shè)計(jì)方案 11 四連“ 0”檢測器 12 “V ”碼產(chǎn)生器 12 “ B”碼產(chǎn)生器 12 AMI編碼器 13 譯碼器設(shè)計(jì)方案 14 4 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 16 編碼器部分 16 編碼器電路 16 編碼器仿真波形及分析 18 譯碼器電路 22 譯碼器仿 真波形及分析 24 5 結(jié)束語 29 致謝 30 I 摘要 在實(shí)際數(shù)字通信中，經(jīng)常需要在數(shù)字通信設(shè)備之間通過同軸電纜或其他有線傳輸媒介來傳輸數(shù)字基帶信號(hào)。通常采用的線路碼型有 AMI 碼（雙極性傳 號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼）和 HDB3 碼（三階高密度雙極性碼）等。本文重點(diǎn)討論 HDB3 碼的編譯碼功能實(shí)現(xiàn)。 本文根據(jù) HDB3 碼的編譯碼規(guī)則，給出了 HDB3 碼的編碼器和譯碼器的設(shè)計(jì)方案（其中編碼器包括四連“ 0”檢測、“ V”碼生成、“ B”碼生成和 AMI 編碼四個(gè)模塊），借助 SystemView 仿真軟件平臺(tái)構(gòu)建了仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做了詳細(xì)分析。 SystemView 仿真軟件功能十分強(qiáng)大，包含內(nèi)容也較多，本文僅對(duì)軟件功能做簡要介紹，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中涉及的圖符，文中給出了詳細(xì)的功能說明和參數(shù)設(shè)置說明。仿真結(jié)果表明， HDB3 碼的編碼器和譯碼器設(shè)計(jì)正確，電路實(shí)現(xiàn)較為簡便，整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)延較小， HDB3 碼的頻譜結(jié)構(gòu)符合數(shù)字通信傳輸碼型的要求。 關(guān)鍵字： HDB3 碼； SystemView；編譯碼 II ABSTRACT In the digital munications, actually, digital baseband signal should be transmitted between munication equipments by coaxial cable or other transmission medium. The codes usually used are AMI, HDB3 and so on. This paper will discuss the design and implement of codec of HDB3. Based on rules of HDB3, HDB3 codec design will be given(there are four modules in encoder, namely, detection of four 0 sequence in source information, generator of “V”, violation of the AMI rule, generator of “B”, obeying the AMI rule, and AMI encoder). With the help of SystemView software, codec system will be constructed, and the result will be analyzed. The software, SystemView, is very strong in function, with much content. The brief introduce will be given, and the button referred to in the HDB3 codec system described detailedly, including it’s function and parameters. The result demonstrates the validity of HDB3 codec design. In addition, the system is not plicated in circuit and little in time delay. Moreover, the spectrum is corresponded to requirements of digital munication codes. Key words: HDB3 code。 SystemView。 codec 3 引言 數(shù)字通信系統(tǒng)中，數(shù)字信源的輸出通常是采用單極性不歸零碼表示，這種信號(hào)不但含有直流分量，而且低頻成分也極其豐富，不適合在低頻特性不好的信道中傳輸，接收端位定時(shí)信號(hào)也不便從中直接提取。 隨著數(shù)字通信的發(fā)展，人們先后提出了許多適合線路傳輸?shù)拇a型。 HDB3 碼是 AMI碼的改進(jìn)形式。 AMI 碼無直流，低頻成分很少，符合基帶系統(tǒng)的要求。但當(dāng)信息序列中連“ 0”較多時(shí)， AMI 碼編碼輸出為 0，這樣接受端難以從接收到的信號(hào)中提取位定時(shí)信號(hào)。 HDB3 碼就是 克 服了這一問題的一種碼型，在實(shí)際中有著廣泛的應(yīng)用，是 CCITT 推薦的 PCM 基群、二次群和三次群的數(shù)字傳輸接口碼型。 HDB3 碼雖然采用的是雙極性歸零碼型，但由于碼元之間引入了相關(guān)性，頻譜結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，主瓣寬度與不歸零碼型相同。 本文給出了 HDB3 碼的編碼器和譯碼器的設(shè)計(jì)，并通過仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性，以及 HDB3 碼作為數(shù)字通信系統(tǒng)常用線路碼的優(yōu)越性，總共分為五章：第一章為緒論，介紹了 HDB3 碼的理論基礎(chǔ)；第二章為 SystemView 軟件介紹，給出了該軟件整體的簡要介紹，以及 HDB3 編譯碼仿真所涉及的圖符的詳細(xì)介紹；第三章為編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，對(duì)編碼器和譯碼器兩個(gè)模塊分 別進(jìn)行闡述；第四章為仿真結(jié)果及分析，給出仿真過程中個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的波形圖和頻譜圖，并對(duì)仿真結(jié)果做出分析；第五章為結(jié)束語，對(duì) HDB3編譯碼系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)方案和 仿真結(jié)果做 總結(jié)和歸納 。 4 1 緒論 課題背景及研究意義 數(shù)字脈沖調(diào)制的方法有三種：脈沖幅度調(diào)制（ PAM）、脈沖位置調(diào)制（ PPM）和脈沖寬度調(diào)制（ PDM）。由于脈沖幅度調(diào)制的頻帶利用率高，所以數(shù)字 PAM 信號(hào)特別使用在限帶基帶信道中傳輸。常用的數(shù)字 PAM 信號(hào)波形（碼型）有：單極性不歸零碼（ NRZ）、雙極性不歸零碼、單極性歸零碼（ RZ）、雙極性歸零碼、差分碼（又 名相對(duì)碼）和多電平的 PAM 信號(hào)波形（ MPAM）。 線路碼，又稱調(diào)制碼或傳輸碼，是 在數(shù)字基帶傳輸中，對(duì)所要傳輸?shù)牟?相關(guān) 序列進(jìn)行相關(guān)編碼，用來控制編碼后的數(shù)字基帶信號(hào)波形的功率譜形狀，以適應(yīng)在基帶信道中傳輸?shù)囊蟆? 由于在基帶信道傳輸時(shí)，不同傳輸媒介具有不同的傳輸特性，所以需要使用不同的接口線路碼型，這在國際上有統(tǒng)一規(guī)定。為了匹配于基帶信道傳輸媒介的傳輸特性，并考慮到在收端提取時(shí)鐘方便，希望所設(shè)計(jì)的線路碼型應(yīng)具有以下的特性： （ 1）線路碼的功率譜密度特性匹配于基帶信道的頻率特性。 （ 2）減少線路碼頻譜中的高頻分 量。 盡量減少線路碼頻譜中的高頻成分， 使得 線路碼的帶寬比基帶信道帶寬窄得多，這樣一方面可節(jié)省傳輸頻帶，另一方面也可 使得 在傳輸時(shí)不致引起碼間干擾。 綜合上述兩點(diǎn)，一般要求線路碼的功率譜不應(yīng)含有離散的直流分量，并盡量減小低頻分量及高頻分量。 （ 3）便于從接收端的線路碼中提取符號(hào)同步信號(hào)。 為便于在接受端從收到的線路碼中提取符號(hào)同步信號(hào)（即時(shí)鐘分量），一方面要求線路碼經(jīng)簡單的非線性變換后能產(chǎn)生離散的時(shí)鐘分量，可從中提取時(shí)鐘； 另 一方面希望從線路碼提取的離散時(shí)鐘分量盡量不受信源所產(chǎn)生數(shù)字符號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性的影響，即使在信 源輸出符號(hào)中出現(xiàn)長串連“ 0”或連“ 1”碼時(shí)， 仍 能從線路碼中恢復(fù)時(shí)鐘。 （ 4）減少誤碼擴(kuò)散。 對(duì)某些線路碼型，由于信道傳輸產(chǎn)生的單個(gè)誤碼會(huì)導(dǎo)致譯碼輸出出現(xiàn)多個(gè)錯(cuò)誤，稱此現(xiàn)象為誤碼擴(kuò)散，希望 誤 碼擴(kuò)散越少越好。 （ 5）便于誤碼監(jiān)測。 要求在基帶傳輸中具有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力，可檢測出基帶信號(hào)碼流中錯(cuò)誤的信號(hào)狀態(tài)。 5 （ 6）盡量提高線路碼型的編碼效率。 本文所要討論的 HDB3 碼就是常用的線路碼的 一種 ，采用雙極性不歸零碼型 。 HDB3 碼的應(yīng)用 CCITT 建議， HDB3 碼為 PCM 系統(tǒng)歐洲系列時(shí)分多路數(shù)字復(fù)接一次群 、二次群 、三次群 。 HDB3 碼具有以下特點(diǎn)： （ 1）無直流分量、低頻分量小。 （ 2）連 0 串不會(huì)超過 3 個(gè)，對(duì)定時(shí)信號(hào)的 恢復(fù) 十分有利。 （ 3）編碼復(fù)雜，但譯碼簡單。 鑒于 HDB3 碼的優(yōu)點(diǎn)，它在實(shí)際通信系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。 例如，某數(shù)字微波通信設(shè)備輸出的 電纜傳向相隔幾千米遠(yuǎn)的另一個(gè)數(shù)字終端復(fù)用設(shè)備。由于單極性不歸零碼序列的功率譜中含有離散的直流分量及很低的頻率成分，與同軸電纜的傳輸要求（由 于均衡與屏蔽的困難，不使用低于 60kHz 的頻率）不相符，所以該碼型不適宜在電纜中傳輸。為此，國際上有規(guī)定，在數(shù)字通信設(shè)備之間傳輸 。因而，需將該數(shù)字微波通信設(shè)備輸出的 ，然后再通過電纜傳輸至遠(yuǎn)處的數(shù)字終端復(fù)用設(shè)備，而此數(shù)字復(fù)用終端設(shè)備在收到 HDB3 碼后，立即設(shè)法從傳來的 HDB3 碼中提取出符號(hào)同步信號(hào)（即時(shí)鐘分量），再將 HDB3 碼型變換為單極性不歸零碼序列，這樣就完成了遠(yuǎn)距離的數(shù)字基帶傳輸。 本文主要研究內(nèi) 容 如上所述， HDB3 碼特點(diǎn)符合線路碼選碼要求，適合實(shí)際應(yīng)用。本課題研究的主要內(nèi)容是基于 SystemView 仿真平臺(tái)的 HDB3 碼編碼器和譯碼器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，得到預(yù)期仿真結(jié)果，再對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，探討 HDB3 采用碼型的優(yōu)點(diǎn)，以及 HDB3 碼作為線路碼的優(yōu)點(diǎn)。 6 2 SystemView 軟件介紹 SystemView 簡介 SystemView 是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真，是一個(gè)強(qiáng)有力的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數(shù)字信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)、直到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計(jì)、仿 真要求。 SystemView 以模塊化和交互式的界面，在大家熟悉的 Windows 窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個(gè)嵌入式的分析引擎。使用SystemView，只需關(guān)心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想和過程，而不必花費(fèi)大量的時(shí)間去編程建立系統(tǒng)仿真模型。用戶只需使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖標(biāo)即可完成復(fù)雜系統(tǒng)的建模、設(shè)計(jì)和測試，而不必學(xué)習(xí)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序 編程 ，也不必?fù)?dān)心程序中是否存在編程錯(cuò)誤。 SystemView 仿真系統(tǒng)有以下特點(diǎn)： 能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng) 快速方便的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真 在報(bào)告中方便地加入 SystemView 的結(jié)論 提供 基于組織結(jié)構(gòu)圖方式的設(shè)計(jì) 多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng) 完備的濾波器和線性系統(tǒng)設(shè)計(jì) 先進(jìn)的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)塊處理 可擴(kuò)展性 完善的自我診斷功能 SystemView 軟件雖小，但功能強(qiáng)大，使用方便，是迄今為止專用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真的優(yōu)秀軟件，特別是在通信系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 SystemView 圖符庫簡介 SystemView 的圖符庫是進(jìn)行仿真的基本單元，可分為基本庫（ Main Libraries）、專業(yè)庫（ Optional Libraries）以及自定義庫（ Custom Libraries）三種。基本庫與專業(yè)庫之間由“庫選擇”按鈕進(jìn)行切換，而擴(kuò)展庫則要由定義庫聽過動(dòng)態(tài)鏈接庫（ *.dll）加載進(jìn)來。 基本庫 SystemView 的基本庫包括信號(hào)源庫（ Source）、子系統(tǒng)庫（ Meta System）、加法器 7 （ Adder）、子系統(tǒng)輸入 /輸出端口（ Meta I/O）、算字庫（ Operator）、庫函數(shù)（ Function）、乘法器（ Multiplier）、信號(hào)接收器庫（ Sink）等，為系統(tǒng)仿真提供最基本的工具。其中仔細(xì)痛苦不屬于 SystemView 所提供的范圍，其內(nèi)容要由用 戶自己創(chuàng)建；子系統(tǒng)輸入 /輸出端口只能夠包含兩個(gè)圖符，用于設(shè)置子系統(tǒng)與系統(tǒng)與系統(tǒng)其它部分連接時(shí)的輸入 /輸出端口，實(shí)際在創(chuàng)建子系統(tǒng)時(shí)可自動(dòng)調(diào)用，無需用戶選擇。加法器庫和乘法器庫中各只有一個(gè)圖符，其功能是完成幾個(gè)輸入信號(hào)的加