【文章內容簡介】 因而無法獲得定時信息。單極性歸零碼在傳送連“ 0”時，也存在同樣的問題。因此，對傳輸用的基帶信號主要有以下兩個方面的要求。 對代碼的要求：原始消息代碼必須編成適合于傳輸用的碼型； 對所選碼型的電波形要求：電波形應適合于基帶系統(tǒng)的傳輸。 傳輸碼的碼型選擇原則 傳輸碼（或稱線路碼）的結構將取決于實際信道特性和系統(tǒng)工作的條件。在選擇傳輸碼時，一般應考慮以下原則： 不含直流，且低頻分量盡量少； 應含有豐富的定時信息，以便于從接受碼流中提取定時信號； 功率譜主瓣寬度窄，以節(jié)省傳輸頻帶； 不受信息源統(tǒng)計特性的影響，即能適應于信息源的變化； 具有內在的檢錯能力，即碼型應具有一定規(guī)律性，以便于用這一規(guī)律性進行宏觀檢測。 編譯碼簡單，以降低通信延時和成本。 幾種常用的傳輸碼型 AMI 碼 內蒙古科技大學畢業(yè)說明書（畢業(yè)論文） 5 AMI 碼 (Alternative Mark Inversion)碼的全稱是傳號交替反轉碼，其編碼規(guī)則是將消息碼的“ 1”（傳號）交替地變換為“ +1”和“ 1”，而“ 0”（空號）保持不變。 AMI 碼的優(yōu)點是 ,沒有直流成分，且高、低頻分量少，能量集中在頻率為 1/2 碼速處；編碼電路簡單，且可利用傳號極性交替這一規(guī)律觀察誤碼情況；如果它是 AMIRZ 波形，接收后只要全波整流，就可變?yōu)閱螛O性 RZ波形，從中可以提取定時分量。鑒于上述優(yōu)點， AMI 碼成為較常用的傳輸碼型之一。 AMI 碼的缺點是，當原信碼出現長連“ 0”串時，信號的電平長時間不跳變，造成提取定是信號的困難。解決連“ 0”碼問題的有效方法之一是采用 HDB3 碼。 HDB3 碼 HDB3 碼的全稱是三階高密度雙極性碼。 它是 AMI 碼的一種改進型，改進目的是為了保持 AMI 碼的優(yōu)點而克服其缺點，使連“ 0”個數不超過 3 個。 HDB3 碼的編碼雖然比較復雜，但譯碼卻比較簡單。除了具有 AMI 碼的優(yōu)點外，同時還將連“ 0”碼限制在三個以內，使得接收時能保證定時信息的提取。因此， HDB3碼是目前應用最為廣泛的碼型。 A 律 PCM 四次群以下的接口碼型均為 HDB3 碼。 雙相碼 雙相碼又稱曼徹斯特碼。它用一個周期的正負對稱方波表示“ 0”，而用其反相波形表示“ 1”。編碼規(guī)則之一是：“ 0”碼用“ 01”兩位碼表示，“ 1”碼用“ 10”兩位碼表示 。雙相碼波形是一種雙極性 NRZ 波形，只有極性相反的兩個電平。它在每個碼元間隔的中心點都存在電平的跳變，所以含有豐富的位定時信息，且沒有直流分量，編碼過程也簡單。缺點是占有帶寬加倍，使頻帶利用率降低。 雙相碼適用于數據終端設備近距離上傳輸，局域網常采用該碼作為傳輸碼型。 差分雙相碼 為了解決雙相碼因極性反轉而引起的譯碼錯誤，可以采用差分碼的概念。雙相碼是利用每個碼元持續(xù)時間中間的電平跳變進行同步和信碼表示。而在差分雙相碼編碼中，每個碼元中間的電平跳變用于同步，而每個碼元的開始處是否存在額外的跳變用來確定信 碼。有跳變則表示二進制“ 1”，無跳變則表示二進制“ 0”。該碼在局域網中常被采用。 密勒碼 密勒碼又稱延遲調制碼，它是雙相碼的一種變形。它的編碼規(guī)則如下：“ 1”碼用碼元中心點出現躍變來表示，即用“ 10”或“ 01”表示?！?0”碼有兩種情況：單個“ 0”時，在碼元持續(xù)時間內不出現電平躍變，且與相鄰碼元的邊界處也不躍變，連“ 0”時，內蒙古科技大學畢業(yè)說明書（畢業(yè)論文） 6 在兩個“ 0”碼的邊界處出現電平躍變，“ 00”與“ 11”交替。 又因為雙相碼的下降沿正好對應于密勒碼的躍變沿。因此，用雙相碼的下降沿去觸發(fā)雙穩(wěn)電路，即可輸出密勒碼，密勒碼最初用于氣象衛(wèi)星和磁 記錄，現在也用于低速基帶數傳機中。 CMI 碼 CMI 碼是傳號反轉碼的簡稱，與雙相碼類似，它也是一種雙極性二電平碼。其編碼規(guī)則是：“ 1”碼交替用“ 11”和“ 00”兩位碼表示；“ 0”碼固定地用“ 01”表示。 CMI 碼易于實現，含有豐富的定時信息。此外，由于 10 為禁用碼組，不會出現三個以上的連碼，這個規(guī)律可用來宏觀檢錯。該碼已被 ITUT 推薦為 PCMCIA 四次群的接口碼型，有時也用在速率低于 。 塊編碼 為了提高線路編碼性能，需要某種冗余來確保碼型的同步和檢錯能力。引入塊編碼可 以在某種程度上達到這兩個某的。塊編碼的形式有 nBmB 碼， nBmT 碼等。 nBmB 碼是一類塊編碼，它把原信息碼流的 n 位二進制碼分為一組，并置換成 m 位二進制碼的新碼組，其中 mn。由于 mn，新碼組可能有 2n種組合，故多出 (2n2m)種組合。在 2n 種組合中，以某種方式選擇有利碼組作為可用碼組，其余作為禁用碼組，以獲得好的編碼性能。 在光纖通信系統(tǒng)中，常選擇 m=n+1，取 1B2B 碼、 2B3B 碼、 3B4B 碼及 5B6B 碼等。nBmB 碼提供了良好的同步和檢錯功能，但是也會為此付出一定的代價，即所需的帶寬隨之增加 [5]。 而在一般的數字通信系統(tǒng)中首先將消息變換為數字基帶信號，稱為信源編碼 [68]，經過調制后進行傳輸，在接收端解調后恢復出基帶信號，在進行解碼轉換為原始消息。實際的基帶傳輸系統(tǒng)中，并不是所有波均能在信道中傳輸?；鶐盘栴l譜中含有豐富的低頻分量乃至支流分量，當數字信號進行長距離的增大而增大，電纜中線對之間的電磁輻射也隨著頻率的增高而加劇，從而限制了信號的傳輸距離和傳輸質量。同時信道中存在的限直流電容和偶合變壓器，阻止了直流分量的傳輸并對低頻分量有較大的衰減。因此，對于一般信道高頻和低頻部分均是受限制的。這 就出現了基帶信號碼型的選擇問題。 對于傳輸信道，要求線路傳輸碼型的頻譜不含支流分量，并且只有很少的低頻分量和高頻分量。其次，一般的傳輸系統(tǒng)中，為了節(jié)省頻帶是不傳輸定時信息的。必須在接受端從相應的基帶信息中加以提取，因而傳輸碼型應利于收端定時時鐘的提取，滿足接內蒙古科技大學畢業(yè)說明書（畢業(yè)論文） 7 受端再生原始信息時的需要。再次，碼型應具有一定的規(guī)律性，有一定的誤碼檢測能力。因此，我們選擇了用三階高密度雙極性碼 HDB3 碼。它是 AMI 碼的一種改進型，主要是克服了 AMI 碼中連“ 0”時所帶來的提取定時信息的困難，保持了 AMI 碼的優(yōu)點，因而獲得廣泛應用，已 成為 CCITT 推薦使用的碼型之一。 此外，常用的 NRZ 碼不適合在高速長距離數據通信的信道中傳輸，因而選用了HDB3 碼。 HDB3 碼是串行數據傳輸的一種重要編碼方式。和常用的 NRZ 碼相比， HDB3具有很多優(yōu)點，例如：消除了 NRZ 碼的直流成分，具有時鐘恢復和更好的抗干擾性能，這使得它更適合于長距離信道傳輸。 E1 信號選用 HDB3 編碼方式，速率 可以在特性阻抗 120 奧姆的 RJ45 平衡雙絞線上傳輸 ，能夠滿足大多數情況下數據的高速長距離傳輸。在數據速率小于 的高速速率時，可以通過 插入額外數據比特提高數據速率 【 9】 。 內蒙古科技大學畢業(yè)說明書（畢業(yè)論文） 8 第二章 HDB3 編碼原理 要設計一個 實用的編碼模塊，首先要深入研究其編碼規(guī)則及其特點，然后根據編碼規(guī)則設計符合電路特性的編碼流程。 HDB3 碼的編碼規(guī)則包括 【 6】 .【 1011】 ：①將消息代碼變換成 AMI 碼， AMI 碼的編碼規(guī)則是對碼流中的非“ 0”符號進行正負交替；②檢查AMI 碼中的連零情況 ，當連零的個數小于 4 個時，保持 AMI 的形式不變；當連零的個數達到 4 個或超過 4 個時，則將非零碼后的第 4 個“ 0”替換成 V 碼，其中 V 碼的 極性與前一非零碼（ +1 或 1）的極性保持一致，例如，前面的非零碼是 +1，則將 V 碼記為+V；③完成插 V 操作后，檢查 2 個相鄰 V 碼之間非零碼的個數是否為偶數，若為偶數，則再將相鄰 2 個 V 碼中后一個 V 碼的前一個非零碼后的第一個“ 0”變?yōu)?B 碼， B 碼的極性 與前一非“ 0”碼的極性相反，同時 B 碼后面的非“ 0”碼極性再次進行交替變換，保證極性交替反轉特性。 編碼規(guī)則中出現的 V 碼、 B 碼只是作為標識符，最終的電路實現還是“ 0”和“ 1”這兩種邏輯電平，因此需要采用二進制編碼對“ 1”、“ 0”、 V、 B 進行編碼，“ 00”表示“ 0”，“ 01”表示“ 1”，“ 10”表示 B，“ 11”表示 V。根據編碼規(guī)則和利用 FPGA 實現的特點， 編碼過程 為 ：首先插入 V 碼，然后插入 B 碼，最后是單雙極性變換。 但是 如果按照編碼規(guī)則的順序設 計 ．應該首先進行單雙極性變換， 再 完成插 V 和插 B， 在此過程中 還需根據編碼規(guī)則變換 當前 B 碼之后的非零碼的極性，這 就 需要大量的寄存器來保存當前數據的狀態(tài)，導致電路非常復雜，占用大量的 FPGA 內部邏輯單元，實現難度大，且成本高。 因此不用這種設計方法。 HDB3 編碼過程示意圖如圖 所示。 內蒙古科技大學畢業(yè)說明書（畢業(yè)論文） 9 圖 HDB3 編碼過程示意圖 插入 V 碼過程 插入 V 碼過程是對消息代碼里的連零串進行檢測，一旦出現 4 個連零串的時候，就把第 4 個 “O”替換成破壞符 V，其他情況下消息代碼原樣輸出。輸入的代碼經插 V 操作后全部轉換成雙相碼，即 “0”變換成 “00”， “1”變換成 “01”， V 變換成 “l(fā)l”。圖 是插入V 碼過程的流程，代碼輸入到插 V 模塊后，如果輸入是 “l(fā)”，則輸出為 “01”，同時計數器清零；如果輸入是 “O”．則對輸入 “O”的個數進行計數，當計數器計數到第 4 個 “O”時，輸出 “11”作為 V 碼，同時計數器要清零用于下一輪檢測；計數器未滿 4 個 “0”，則輸出“00”。 圖 插入“ V”碼過程流圖 內蒙古科技大學畢業(yè)說明書（畢業(yè)論文） 10 插入 B 碼過程 當相鄰兩個 V 碼之間有偶數個非 “0”碼時．則把后一個 V 碼之前的第 1 個非 “0”碼后面的 “0”碼變換成 B 碼。該模塊設計的難點在于插入 B 碼的過程中涉及一個由現在事件的狀態(tài)控制過去事件狀態(tài)的問題，按照實時信號處理的理論，這是無法實現的，這里使用兩組 4 位移位寄存器。采用 4 位移位寄存器是根據 HDB3 編碼規(guī)則的特點確定，經插 V 后，連零串中的第 4 個 “0”變成 V 碼，代碼中連零個數最多是 3 個，而插入 B 碼操作 是把在后一個 V 碼之前的第 1 個非零碼之后的 “O”變換成 B 碼，這個長度不超過 3 個“0”，因此只需 4 位寄存器就可通過判斷現在的輸入狀態(tài)來決定是否應插入 B 碼。圖 是判斷是否插入 B 碼的流程． 2 組 4 位移位寄存器在時鐘的作用下逐位將數據移出，在移位的同時還需對寄存器的最低位進行操作，即判斷是否需插入 B 碼。這部分功能的實現需設置一個檢測當前 V 碼狀態(tài)的標志位 firstv。 圖 判決是否插入“ B”碼流程圖 單雙極性變換過程 分析 HDB3 碼的編碼規(guī)則，發(fā)現 V 碼的極性是正負交替的，余下的 “1”和 B 碼的極性也是正負交替的，且 V 碼的極性與 V 碼之前的非零碼極性一致。因此可以將所有的 “1”和 B 碼取出來做正負交替變換，而 V 碼的極性則根據 “V碼的極性與 V 碼之前的非零碼極性一致 ”這一特點進行正負交替變換。具體操作是設置一個標志位 flag，通過檢測判斷內蒙古科技大學畢業(yè)說明書（畢業(yè)論文） 11 標志位的狀態(tài)來確定 是否進行單雙極性變換，標志位要交替變換以實現 “l(fā)”和 “B”正負交替， V 碼的極性也根據標志位變換。圖 是單雙極性變換過程的流程， “10”表示輸出正電平， “Ol”表示輸出負電平， “00”表示輸出為零電平。 圖 單雙極性變換示意圖 實例分析 下面通過一串實際的消息代碼來說明這個編碼過程。 在插 V 變換過程和插 B 變換過程中用 “ 01” 表示 “ 1” 碼，用 “ 00”表示“ 0”碼，用“ 11”表示 V 碼，用“ 10”表示B 碼。在單雙極性變換中用“ 01”表示“ 1”電平，用“ 10”表示“ +1”電平，用“ 00”表示“ 0”電平。 在插 V 和插 B 以及單雙極性變換過程中都是通過并行輸出表示的，插V 輸出表示為 dataout[0]、 dataout[1]。插 B 輸出表示為 dataout2[0]、 dataout2[1]。單雙極性變換輸出表示為 dataout3[0]、 dataout3[1]。 消息碼： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 插 V 變換 ： 01 00 00 00 11 01 00 00 00 11 01 01 00 00 00 11 00 00 00 11 01 插 B 變換 ： 01 00 00 00 11 01 00 00 00 11 01 01 10 00 00 11 10 00 00 11 01