數(shù)字通信原理實(shí)驗(yàn)箱AMI / HZR3碼編譯碼過程實(shí)驗(yàn)
AMI碼的全稱是傳號交替反轉(zhuǎn)碼。這是一種將消息代碼0（空號）和1（傳號）按如下規(guī)則進(jìn)行編碼的碼：代碼的0仍變換為傳輸碼的0，而把代碼中的1交替地變換為傳輸碼的＋1、－1、＋1、－1…
一、實(shí)訓(xùn)目的
1.熟悉AMI / HZR3碼編譯碼的作業(yè)過程
2.查看AMI / HZR3碼碼型變換編譯碼電子線路的測量點(diǎn)波動線
二、實(shí)訓(xùn)作業(yè)原理
在解析HZR3碼碼數(shù)字基帶信號傳輸及HZR3碼碼型變換線路編譯碼作業(yè)原理之前，學(xué)員可以對本實(shí)訓(xùn)電子線路中使用的HZR3碼專用含有概括電子線路CD22103芯片作一個(gè)理解，詳見所附光盤CD22103：
（一） HZR3碼電子線路的作業(yè)原理
AMI碼的全稱是傳號交替反轉(zhuǎn)碼。這是一種將消息代碼0（空號）和1（傳號）按如下規(guī)則實(shí)行編碼的碼：代碼的0仍變換為傳輸碼的0，而把代碼中的1交替地變換為傳輸碼的＋1、－1、＋1、－1…
由于AMI碼的信號交替反轉(zhuǎn)，故由它決定的基帶信號將出現(xiàn)正負(fù)脈沖交替，而0電位保持不變的規(guī)律。由此看出，這種基帶信號無直線DC成分，而而且只有很小的低頻成分，因而它特別適宜在不允許這些成分經(jīng)過的信道中傳輸。
從AMI碼的編碼規(guī)則看出，它已從一個(gè)二進(jìn)制符文號序列變成了一個(gè)三進(jìn)制符文號序列，而而而且也是一個(gè)二進(jìn)制符文號變換成一個(gè)三進(jìn)制符文號。把一個(gè)二進(jìn)制符文號變換成一個(gè)三進(jìn)制符文號所含有概括的碼稱為1B／1T碼型。
AMI碼除有上述特別點(diǎn)外，還有編譯碼電子線路簡便及便利查看誤碼情況等優(yōu)點(diǎn)，它是一種基礎(chǔ)的線路碼，并得到廣泛應(yīng)用。但是，AMI碼有一個(gè)重要缺點(diǎn)，即當(dāng)它用來獲取定時(shí)信息時(shí)，由于它可能出現(xiàn)長的連0串，因而會造成提取定時(shí)信號的困難。
為了保持AMI碼的優(yōu)點(diǎn)而克服其缺點(diǎn)，人們提出了許多改進(jìn)的方法，HZR3碼就是其中有代表性的一種。
HZR3碼是三階高密度碼的簡稱。HZR3碼保留了AMI碼全部的優(yōu)點(diǎn)（如前所述），還可將連"0"碼限制在3個(gè)以內(nèi)，克服了AMI碼出現(xiàn)長連"0"過多，對提取定時(shí)鐘不利的缺點(diǎn)。HZR3碼的功率（W）（W）譜基礎(chǔ)上與AMI碼類似。由于HZR3碼諸多優(yōu)點(diǎn)，所以CCITT建議把HZR3碼作為PCM傳輸系統(tǒng)的線路碼型。
如何由二進(jìn)制碼變換成HZR3碼呢？
HZR3碼編碼規(guī)則如下：
1．二進(jìn)制序列中的"0"碼在HZR3碼中仍編為"0"碼，但當(dāng)出現(xiàn)四個(gè)連"0"碼時(shí)，用取代節(jié)000V或B00V代替四個(gè)連"0"碼。取代節(jié)中的V碼、B碼均代表"1"碼，它們可正可負(fù)（即V+=＋1，V-=－1，B+=＋1，B-=－1）。
2．取代節(jié)的安排順序是：先用000V，當(dāng)它不能用時(shí)，再用B00V。000V取代節(jié)的安排要適用以下兩個(gè)要求：
（1） 各取代節(jié)之間的V碼要極性交替出現(xiàn)（為了保證傳號碼極性交替出現(xiàn)，不引
入直線DC成份）。
（2） V碼要與前一個(gè)傳號碼的極性相同（為了在接收端能識別出哪個(gè)是原始傳號
碼，哪個(gè)是V碼？以恢復(fù)成原二進(jìn)制碼序列）。
當(dāng)上述兩個(gè)要求能同時(shí)適用時(shí)，用000V代替原二進(jìn)制碼序列中的4個(gè)連"0"（用000V+或000V-）；而當(dāng)上述兩個(gè)要求不能同時(shí)適用時(shí)，則改用B00V（B+00V+或B-00V-，實(shí)質(zhì)上是將取代節(jié)000V中第一個(gè)"0"碼改成B碼）。
3．HZR3碼序列中的傳號碼（含有概括"1"碼、V碼和B碼）除V碼外要適用極性交替出現(xiàn)的原則。
下面我們舉個(gè)例子來具體說明一下，如何將二進(jìn)制碼變換成HZR3碼。
二進(jìn)制碼序列:
1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
HZR3碼碼序列:
V+ -1 0 0 0 V- +1 0 –1 B+ 0 0 V 0 –1 +1 –1 0 0 0 V- B+ 0 0 V+ 0 –1
從上例可以看出兩點(diǎn)：
（1）當(dāng)兩個(gè)取代節(jié)之間原始傳號碼的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，后邊取代節(jié)用000V；當(dāng)兩個(gè) 取代節(jié)之間原始傳號碼的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，后邊取代節(jié)用B00V
（2）V碼破壞了傳號碼極性交替出現(xiàn)的原則，所以叫破壞點(diǎn)；而B碼未破壞傳號碼極性交替出現(xiàn)的原則，叫非破壞點(diǎn)。
雖然HZR3碼的編碼規(guī)則對比復(fù)雜，但譯碼卻對比簡便。從上述原理看出，每一個(gè)破壞符文號V總是與前一非0符文號同極性（含有概括B在內(nèi)）。這就是說，從收到的符文號序列中可以容易地找到破壞點(diǎn)V于是也斷定V符文號及其前面的3個(gè)符文號必是連0符文號，從而恢復(fù)4個(gè)連0碼，再將全部－1變成＋1后便得到原消息代碼。
圖13－1 NRZ－HZR3碼編碼作業(yè)波動線
（三）電子線路的作業(yè)過程
譯碼是編碼的逆過程。其波動線如圖13－2所示。但CP2應(yīng)比譯碼寫入（AIN、BIN）稍有延時(shí)。環(huán)路測量試驗(yàn)由LTE控制，若LTE＝H，則OUT1、OUT2內(nèi)部短接到對應(yīng)的AIN、BIN，此時(shí)NRZ0應(yīng)為NRZi，但延后8個(gè)時(shí)鐘周期左右。CP3為AIN、BIN相加波動線，供收端提取時(shí)鐘用。
圖13－2 HZR3譯碼作業(yè)波動線
圖13-3 HZR3碼編譯碼電原理圖
（四）實(shí)訓(xùn)電子線路作業(yè)原理
在實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中，電原理圖如圖13-3所示。應(yīng)用了UA01（SC22103專用芯片）完成AMI／HZR3碼的編譯碼實(shí)訓(xùn)，在該電子線路模型塊中，沒有應(yīng)用復(fù)雜的線圈耦合的方法來完成HZR3碼，而是應(yīng)用UA02A(TL084)對HZR3碼的輸出實(shí)行變換。
寫入的碼流由UA01的1腳在2腳時(shí)鐘信號的推動下寫入，HZR3碼與AMI由KA01選用。編碼之后的成果在UA01的14、15腳輸出。而后在電子線路上直接由UA01的11、13腳返回，再由UA03實(shí)行譯碼。正確譯碼之后TPA01與TPA08的波動線應(yīng)一致，但由于HZR3碼的編譯碼規(guī)則較復(fù)雜，當(dāng)前的輸出HZR3碼字可能與前4個(gè)碼字有關(guān)，因而HZR3碼的編譯碼時(shí)延較大。
AMI與HZR3碼的選用可經(jīng)過薄膜設(shè)定， AMI／HZR3碼的編譯碼作業(yè)波動線如圖13-5所示（為了便利說明，編碼電子線路各波動線的時(shí)延全部已略去）。
三、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容
1.AMI / HZR3碼型變換編碼查看實(shí)訓(xùn)
2.AMI / HZR3碼型變換譯碼查看實(shí)訓(xùn)
四、跳線開關(guān)設(shè)定
KA01：1–2相連時(shí)，64Kb/s的偽隨機(jī)碼寫入；
2–3相連時(shí)，PCM模型塊的數(shù)字編碼信號寫入。
五、測量點(diǎn)說明
TPA01：發(fā)端數(shù)字基帶信碼寫入。
（1）1-2相連時(shí)，由薄膜鍵盤選用"線路編譯碼"中的AMI或HZR3碼。
①64Kb/s的偽隨機(jī)碼寫入，碼型為：1111111110000001100001111001100，對比TPA02；
②"數(shù)值源選用"，8位手工編制數(shù)字信號。方向上鍵表示"1"，方向下鍵表示"0"，每位數(shù)值按"確認(rèn)"鍵寫入，8位全部設(shè)定完后，即寫入設(shè)定的信號?？芍萌?0"，全"1"，查看編碼波動線。
（2）2–3相連時(shí)，PCM模型塊的數(shù)字編碼信號寫入。
TPA02：AMI或HZR3碼編譯碼的64KHz作業(yè)時(shí)鐘寫入。
TPA03：AMI或HZR3碼編碼時(shí)的OUT1輸出波動線（TPA05編碼輸出波動線的負(fù)向波動線）。
TPA04：AMI或HZR3碼編碼時(shí)的OUT2輸出波動線（TPA05編碼輸出波動線的正向波動線）。
TPA05：AMI或HZR3碼編碼輸出波動線。
TPA06: 收端譯碼數(shù)字基帶信碼輸出，碼型同TPA01。
（TPA03、TPA04、TPA05編碼輸出信號，全部比數(shù)字基帶信號TPA01延時(shí)4個(gè)編碼時(shí)鐘周期TPA02，作為4連0檢驗(yàn)測量試驗(yàn)用；TPA06譯碼還原輸出的數(shù)字基帶信號，也比數(shù)字編碼信號TPA05延時(shí)4個(gè)譯碼時(shí)鐘周期TPA02）；為了便利對比說明，圖13-4中的編碼電子線路各波動線示意圖的時(shí)延全部已略去，在實(shí)際測量波動線時(shí)和是有明顯的相位延時(shí)。）
六、實(shí)訓(xùn)報(bào)告要求
1.按照實(shí)訓(xùn)成果，畫出AMI/HZR3碼編譯碼電子線路的測量點(diǎn)波動線圖，在圖上標(biāo)上相位關(guān)系。
2.按照實(shí)訓(xùn)成果，闡述其作業(yè)過程。
3.寫出AMI / HZR3碼編譯碼的作業(yè)過程。
HZR3碼編譯碼，寫入選用復(fù)雜的64Kb/s偽隨機(jī)碼信號
圖13-4 各測量點(diǎn)輸出波動線
1.熟悉AMI / HZR3碼編譯碼的作業(yè)過程
2.查看AMI / HZR3碼碼型變換編譯碼電子線路的測量點(diǎn)波動線
二、實(shí)訓(xùn)作業(yè)原理
在解析HZR3碼碼數(shù)字基帶信號傳輸及HZR3碼碼型變換線路編譯碼作業(yè)原理之前，學(xué)員可以對本實(shí)訓(xùn)電子線路中使用的HZR3碼專用含有概括電子線路CD22103芯片作一個(gè)理解，詳見所附光盤CD22103：
（一） HZR3碼電子線路的作業(yè)原理
AMI碼的全稱是傳號交替反轉(zhuǎn)碼。這是一種將消息代碼0（空號）和1（傳號）按如下規(guī)則實(shí)行編碼的碼：代碼的0仍變換為傳輸碼的0，而把代碼中的1交替地變換為傳輸碼的＋1、－1、＋1、－1…
由于AMI碼的信號交替反轉(zhuǎn)，故由它決定的基帶信號將出現(xiàn)正負(fù)脈沖交替，而0電位保持不變的規(guī)律。由此看出，這種基帶信號無直線DC成分，而而且只有很小的低頻成分，因而它特別適宜在不允許這些成分經(jīng)過的信道中傳輸。
從AMI碼的編碼規(guī)則看出，它已從一個(gè)二進(jìn)制符文號序列變成了一個(gè)三進(jìn)制符文號序列，而而而且也是一個(gè)二進(jìn)制符文號變換成一個(gè)三進(jìn)制符文號。把一個(gè)二進(jìn)制符文號變換成一個(gè)三進(jìn)制符文號所含有概括的碼稱為1B／1T碼型。
AMI碼除有上述特別點(diǎn)外，還有編譯碼電子線路簡便及便利查看誤碼情況等優(yōu)點(diǎn)，它是一種基礎(chǔ)的線路碼，并得到廣泛應(yīng)用。但是，AMI碼有一個(gè)重要缺點(diǎn)，即當(dāng)它用來獲取定時(shí)信息時(shí)，由于它可能出現(xiàn)長的連0串，因而會造成提取定時(shí)信號的困難。
為了保持AMI碼的優(yōu)點(diǎn)而克服其缺點(diǎn)，人們提出了許多改進(jìn)的方法，HZR3碼就是其中有代表性的一種。
HZR3碼是三階高密度碼的簡稱。HZR3碼保留了AMI碼全部的優(yōu)點(diǎn)（如前所述），還可將連"0"碼限制在3個(gè)以內(nèi)，克服了AMI碼出現(xiàn)長連"0"過多，對提取定時(shí)鐘不利的缺點(diǎn)。HZR3碼的功率（W）（W）譜基礎(chǔ)上與AMI碼類似。由于HZR3碼諸多優(yōu)點(diǎn)，所以CCITT建議把HZR3碼作為PCM傳輸系統(tǒng)的線路碼型。
如何由二進(jìn)制碼變換成HZR3碼呢？
HZR3碼編碼規(guī)則如下：
1．二進(jìn)制序列中的"0"碼在HZR3碼中仍編為"0"碼，但當(dāng)出現(xiàn)四個(gè)連"0"碼時(shí)，用取代節(jié)000V或B00V代替四個(gè)連"0"碼。取代節(jié)中的V碼、B碼均代表"1"碼，它們可正可負(fù)（即V+=＋1，V-=－1，B+=＋1，B-=－1）。
2．取代節(jié)的安排順序是：先用000V，當(dāng)它不能用時(shí)，再用B00V。000V取代節(jié)的安排要適用以下兩個(gè)要求：
（1） 各取代節(jié)之間的V碼要極性交替出現(xiàn)（為了保證傳號碼極性交替出現(xiàn)，不引
入直線DC成份）。
（2） V碼要與前一個(gè)傳號碼的極性相同（為了在接收端能識別出哪個(gè)是原始傳號
碼，哪個(gè)是V碼？以恢復(fù)成原二進(jìn)制碼序列）。
當(dāng)上述兩個(gè)要求能同時(shí)適用時(shí)，用000V代替原二進(jìn)制碼序列中的4個(gè)連"0"（用000V+或000V-）；而當(dāng)上述兩個(gè)要求不能同時(shí)適用時(shí)，則改用B00V（B+00V+或B-00V-，實(shí)質(zhì)上是將取代節(jié)000V中第一個(gè)"0"碼改成B碼）。
3．HZR3碼序列中的傳號碼（含有概括"1"碼、V碼和B碼）除V碼外要適用極性交替出現(xiàn)的原則。
下面我們舉個(gè)例子來具體說明一下，如何將二進(jìn)制碼變換成HZR3碼。
二進(jìn)制碼序列:
1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
HZR3碼碼序列:
V+ -1 0 0 0 V- +1 0 –1 B+ 0 0 V 0 –1 +1 –1 0 0 0 V- B+ 0 0 V+ 0 –1
從上例可以看出兩點(diǎn)：
（1）當(dāng)兩個(gè)取代節(jié)之間原始傳號碼的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，后邊取代節(jié)用000V；當(dāng)兩個(gè) 取代節(jié)之間原始傳號碼的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，后邊取代節(jié)用B00V
（2）V碼破壞了傳號碼極性交替出現(xiàn)的原則，所以叫破壞點(diǎn)；而B碼未破壞傳號碼極性交替出現(xiàn)的原則，叫非破壞點(diǎn)。
雖然HZR3碼的編碼規(guī)則對比復(fù)雜，但譯碼卻對比簡便。從上述原理看出，每一個(gè)破壞符文號V總是與前一非0符文號同極性（含有概括B在內(nèi)）。這就是說，從收到的符文號序列中可以容易地找到破壞點(diǎn)V于是也斷定V符文號及其前面的3個(gè)符文號必是連0符文號，從而恢復(fù)4個(gè)連0碼，再將全部－1變成＋1后便得到原消息代碼。
圖13－1 NRZ－HZR3碼編碼作業(yè)波動線
（三）電子線路的作業(yè)過程
譯碼是編碼的逆過程。其波動線如圖13－2所示。但CP2應(yīng)比譯碼寫入（AIN、BIN）稍有延時(shí)。環(huán)路測量試驗(yàn)由LTE控制，若LTE＝H，則OUT1、OUT2內(nèi)部短接到對應(yīng)的AIN、BIN，此時(shí)NRZ0應(yīng)為NRZi，但延后8個(gè)時(shí)鐘周期左右。CP3為AIN、BIN相加波動線，供收端提取時(shí)鐘用。
圖13－2 HZR3譯碼作業(yè)波動線
圖13-3 HZR3碼編譯碼電原理圖
（四）實(shí)訓(xùn)電子線路作業(yè)原理
在實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中，電原理圖如圖13-3所示。應(yīng)用了UA01（SC22103專用芯片）完成AMI／HZR3碼的編譯碼實(shí)訓(xùn)，在該電子線路模型塊中，沒有應(yīng)用復(fù)雜的線圈耦合的方法來完成HZR3碼，而是應(yīng)用UA02A(TL084)對HZR3碼的輸出實(shí)行變換。
寫入的碼流由UA01的1腳在2腳時(shí)鐘信號的推動下寫入，HZR3碼與AMI由KA01選用。編碼之后的成果在UA01的14、15腳輸出。而后在電子線路上直接由UA01的11、13腳返回，再由UA03實(shí)行譯碼。正確譯碼之后TPA01與TPA08的波動線應(yīng)一致，但由于HZR3碼的編譯碼規(guī)則較復(fù)雜，當(dāng)前的輸出HZR3碼字可能與前4個(gè)碼字有關(guān)，因而HZR3碼的編譯碼時(shí)延較大。
AMI與HZR3碼的選用可經(jīng)過薄膜設(shè)定， AMI／HZR3碼的編譯碼作業(yè)波動線如圖13-5所示（為了便利說明，編碼電子線路各波動線的時(shí)延全部已略去）。
三、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容
1.AMI / HZR3碼型變換編碼查看實(shí)訓(xùn)
2.AMI / HZR3碼型變換譯碼查看實(shí)訓(xùn)
四、跳線開關(guān)設(shè)定
KA01：1–2相連時(shí)，64Kb/s的偽隨機(jī)碼寫入；
2–3相連時(shí)，PCM模型塊的數(shù)字編碼信號寫入。
五、測量點(diǎn)說明
TPA01：發(fā)端數(shù)字基帶信碼寫入。
（1）1-2相連時(shí)，由薄膜鍵盤選用"線路編譯碼"中的AMI或HZR3碼。
①64Kb/s的偽隨機(jī)碼寫入，碼型為：1111111110000001100001111001100，對比TPA02；
②"數(shù)值源選用"，8位手工編制數(shù)字信號。方向上鍵表示"1"，方向下鍵表示"0"，每位數(shù)值按"確認(rèn)"鍵寫入，8位全部設(shè)定完后，即寫入設(shè)定的信號?？芍萌?0"，全"1"，查看編碼波動線。
（2）2–3相連時(shí)，PCM模型塊的數(shù)字編碼信號寫入。
TPA02：AMI或HZR3碼編譯碼的64KHz作業(yè)時(shí)鐘寫入。
TPA03：AMI或HZR3碼編碼時(shí)的OUT1輸出波動線（TPA05編碼輸出波動線的負(fù)向波動線）。
TPA04：AMI或HZR3碼編碼時(shí)的OUT2輸出波動線（TPA05編碼輸出波動線的正向波動線）。
TPA05：AMI或HZR3碼編碼輸出波動線。
TPA06: 收端譯碼數(shù)字基帶信碼輸出，碼型同TPA01。
（TPA03、TPA04、TPA05編碼輸出信號，全部比數(shù)字基帶信號TPA01延時(shí)4個(gè)編碼時(shí)鐘周期TPA02，作為4連0檢驗(yàn)測量試驗(yàn)用；TPA06譯碼還原輸出的數(shù)字基帶信號，也比數(shù)字編碼信號TPA05延時(shí)4個(gè)譯碼時(shí)鐘周期TPA02）；為了便利對比說明，圖13-4中的編碼電子線路各波動線示意圖的時(shí)延全部已略去，在實(shí)際測量波動線時(shí)和是有明顯的相位延時(shí)。）
六、實(shí)訓(xùn)報(bào)告要求
1.按照實(shí)訓(xùn)成果，畫出AMI/HZR3碼編譯碼電子線路的測量點(diǎn)波動線圖，在圖上標(biāo)上相位關(guān)系。
2.按照實(shí)訓(xùn)成果，闡述其作業(yè)過程。
3.寫出AMI / HZR3碼編譯碼的作業(yè)過程。
HZR3碼編譯碼，寫入選用復(fù)雜的64Kb/s偽隨機(jī)碼信號
圖13-4 各測量點(diǎn)輸出波動線
