吳倚石

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于MATLAB的HDB3碼生成器設(shè)計(jì)

吳倚石

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基帶傳輸系統(tǒng)中使用比較多的傳輸碼型是HDB3碼。本文主要是描述了HDB3的編碼以及解碼的原理介紹以及實(shí)現(xiàn)過(guò)程。具體介紹了編碼以及解碼的。本文針對(duì)HDB3碼的相關(guān)原理進(jìn)行介紹同時(shí)進(jìn)行了編碼與譯碼流程圖的設(shè)計(jì)。

HDB3碼 編碼 解碼

1 引言

實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離地準(zhǔn)確傳輸數(shù)字信息這是數(shù)字通信領(lǐng)域所追求的最初目標(biāo)。線(xiàn)路傳輸碼型的不同，則數(shù)字傳輸過(guò)程中的速率也會(huì)不同，所以要實(shí)現(xiàn)高效率地傳輸數(shù)字信息，如何進(jìn)行線(xiàn)路傳輸碼型的選擇就有很重要的意義價(jià)值了。數(shù)字線(xiàn)路傳輸碼型的選擇需要考慮的原則是適用性強(qiáng)以及足夠經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。單極性不歸零碼簡(jiǎn)稱(chēng)為NRZ碼。在數(shù)字基帶信息中使用比較頻繁的碼型是NRZ碼。NRZ碼存在很多方面的不足。比如低頻成分比較多，而且直流成分也比較大。如果接收的過(guò)程中的判決門(mén)限和接收到的電平關(guān)系是1比2的話(huà)，那么就會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的門(mén)限，同時(shí)出現(xiàn)判決錯(cuò)誤的概率比較高。

同步信號(hào)的獲取需要通過(guò)繁瑣的方式從接收碼序列中得到。正是由于考慮到上面的缺點(diǎn)，所以NRZ碼在信道的傳輸中使用的比較少。而所謂的三階高密度雙極性碼，指的也是HDB3碼，該HDB3碼基于AMI碼進(jìn)行了改進(jìn)。相比于NRZ碼，HDB3碼的優(yōu)點(diǎn)是低頻成分以及直流成分都比較少，而且同步時(shí)鐘的獲取可以直接獲得，HDB3編譯碼在現(xiàn)實(shí)中的使用很頻繁。

2 編譯碼模塊的原理

AMI碼的全稱(chēng)是符號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼，AMI碼編碼的規(guī)則介紹如下：如果傳號(hào)是用“0”表示，而空號(hào)是用“1”表示，其中的“0”碼不會(huì)出現(xiàn)改變，而“1”碼會(huì)出現(xiàn)改變，這個(gè)改變是在+1與-1之間交替變化。一般情況下脈沖的寬度和碼元的寬度是1比2的關(guān)系，AMI碼碼型中的正、負(fù)極脈沖會(huì)輪流產(chǎn)生，因此不會(huì)存在無(wú)直流分量，低頻分量也很少。AMI碼實(shí)現(xiàn)反變換簡(jiǎn)單易操作，當(dāng)信碼需要重新形成的時(shí)候，要把信號(hào)實(shí)現(xiàn)整流處理，此時(shí)需要把“-1”變?yōu)椤?1”，從而形成單極性碼。然而AMI碼也存在著一些不足，這個(gè)不足之處指的是當(dāng)原信碼中有長(zhǎng)串的“0”出現(xiàn)的時(shí)候，信號(hào)中的電平就會(huì)出現(xiàn)一段時(shí)間保持不變，從而會(huì)引起定時(shí)信號(hào)的提取不太容易實(shí)現(xiàn)，面對(duì)這個(gè)長(zhǎng)串“0”碼問(wèn)題的解決需要采取的措施就是選擇用HDB3碼。HDB3碼編碼的原理圖如圖1所示。

HDB3碼能夠?qū)崿F(xiàn)將連著的4個(gè)0進(jìn)行替換，如果連接的“0”的個(gè)數(shù)沒(méi)有達(dá)到4的時(shí)候，編碼的規(guī)則就會(huì)運(yùn)用AMI碼規(guī)則，當(dāng)連接的“0”的個(gè)數(shù)達(dá)到4的時(shí)候，“000V”或“B00V”就會(huì)用碼型代替。當(dāng)相鄰的V脈沖中“1”碼的個(gè)數(shù)是奇數(shù)個(gè)的時(shí)候，就把這奇數(shù)個(gè)“1”碼換成“000V”，當(dāng)“1”碼的個(gè)數(shù)是偶數(shù)的時(shí)候，把所有為“1”碼的這偶數(shù)個(gè)都換成“B00V”。V脈沖中B碼以及“1”碼的正負(fù)交替變化都是以V脈沖的極性為依據(jù)的。其中的V或者B符號(hào)的引入原因是說(shuō)明這個(gè)非“0”碼在初始的信碼“0”碼所得到的。

圖1 HDB3碼編碼的原理圖

①當(dāng)出現(xiàn)了長(zhǎng)串的4個(gè)“0”的時(shí)候，就需要把第一個(gè)“1”放入到第4個(gè)“0”碼出現(xiàn)的那刻，最初的“0”碼就會(huì)用“1”替換。用“1”碼替換這些“0”碼的過(guò)程稱(chēng)為是V碼。

②選擇取代節(jié)以及將B碼補(bǔ)齊的電路中需要算出存在V碼之間的“1”碼的總數(shù)，當(dāng)數(shù)目是奇數(shù)的時(shí)候，就需要用到000V取代節(jié)。如果數(shù)目是偶數(shù)的時(shí)候，就需要用“1”替換成000V里面的第一個(gè)碼為“0”，這個(gè)時(shí)候的取代節(jié)選擇的是“B00V”。

③通過(guò)破壞點(diǎn)從而產(chǎn)生的電路會(huì)把“1”補(bǔ)齊，從而形成破壞點(diǎn)。這個(gè)過(guò)程的方法就是將“1”碼添加到取代節(jié)里面的第二個(gè)里面，V碼的后面的極性和相鄰的“1”碼是一樣的，從而實(shí)現(xiàn)了交替反轉(zhuǎn)破壞，最終產(chǎn)生了所謂的“破壞點(diǎn)”。

④將取代節(jié)的信號(hào)碼流增加到單/雙極性變換電路里面的輸出控制中。從而可以把該電路進(jìn)行分割為2個(gè)部分，接著再根據(jù)變壓器把這2個(gè)電路進(jìn)行合并，最終產(chǎn)生雙極性信號(hào)。

3 HDB3編解碼器設(shè)計(jì)

3.1 編碼實(shí)現(xiàn)

先是進(jìn)行編碼分組，將編碼之后的信碼“1”碼以及補(bǔ)信碼“B”碼當(dāng)作是“l(fā)”碼，信碼“1”以及補(bǔ)信碼“B”共同形成符號(hào)“B”。

“1”碼的極性判斷依據(jù)如下：

①HDB3碼序列中的“B”以及“V”符號(hào)都需要遵循極性交替的規(guī)律，從而保證所編碼的結(jié)果中不存在直流成分。從某種意義上說(shuō)明“V”與“B”符號(hào)的極性是可以預(yù)見(jiàn)的。

②“V”碼的極性和前一個(gè)“B”碼的極性是一致的。當(dāng)極性不同的時(shí)候就需要把一個(gè)補(bǔ)信碼“B”增加到連接4個(gè)“0”碼中的第1個(gè)為“0”的地方，從而確保極性交替的變換規(guī)律可以實(shí)現(xiàn)。

判斷“1”碼的位置依據(jù)為如果4個(gè)“0”連接出現(xiàn)的時(shí)候，選取取代節(jié)的時(shí)候就需根據(jù)“V”與“B”的極性，并非是奇偶性。在這個(gè)過(guò)程需要了解到，取代節(jié)是“000V”的使用場(chǎng)合是針對(duì)4個(gè)“0”連接的第一個(gè)。編碼器的編碼流程如圖2所示。

圖2 編碼器編碼流程圖

4 HDB3譯碼器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

不同于編碼的是譯碼實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易。HDB3的編碼器的取代節(jié)主要是分為兩種，分別是“000V”以及“B00V”，其中的破壞符號(hào)是用“V”表示，而且該破壞符號(hào)的極性是和破壞符號(hào)之前的非O符號(hào)相同的。所以在檢測(cè)的時(shí)候，如果兩路極性輸入的是“X1000”和“X0001”，則就會(huì)有取代節(jié)“B00V”出現(xiàn)。當(dāng)兩路輸入的是“10000”和“00001”的時(shí)候，則會(huì)有取代節(jié)“000V”出現(xiàn)。接著取代節(jié)的位置的修正會(huì)用到“0000”，從而把連接的4個(gè)“0”碼驗(yàn)證出來(lái)。由于信息碼的序列中不會(huì)存在4個(gè)“O”，所以相應(yīng)的HDB3碼的極性就會(huì)出現(xiàn)交替反轉(zhuǎn)，如果4個(gè)連續(xù)的“0”出現(xiàn)的時(shí)候，HDB3就會(huì)被破壞，而且根據(jù)碼極性的交替原則，采取極性寄存檢測(cè)兩路線(xiàn)路的輸人，當(dāng)前后的極性輸入是相同的時(shí)候，就用取代節(jié)代替這個(gè)位置，這個(gè)線(xiàn)路的輸入用“0000”替換之后，就能夠恢復(fù)連接的4個(gè)“0”碼。如此一來(lái)成功地防止了取代節(jié)的檢測(cè)。HDB3譯碼器的譯碼過(guò)程圖如圖3所示。

圖3 譯碼器譯碼流程圖

當(dāng)選擇的HDB不同的時(shí)候，其編碼器以及譯碼器中對(duì)應(yīng)的損耗資源也不同。具體的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 HDB3資源分類(lèi)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

結(jié)論：在進(jìn)行PCM編碼以及ADPCM編碼的過(guò)程中需要引入HDB3碼型變換電路。HDB3碼兩個(gè)相鄰的V碼是需要滿(mǎn)足交替變號(hào)的原則，而且此外其他的“1”碼也需要遵循這個(gè)原則。不需要遵循這個(gè)原則的是取代碼。本文完成了HDB3碼的編譯碼與譯碼實(shí)現(xiàn)，并設(shè)計(jì)了譯碼與編碼的流程圖?？紤]到HDB3碼在傳輸碼型中可以迎合多方面的要求，因此在遠(yuǎn)端接口電路中有著很大的應(yīng)用價(jià)值。本文對(duì)目前已經(jīng)存在的HDB3編碼器以及譯碼器中對(duì)應(yīng)的損耗資源進(jìn)行了比較，其中主要是從總扇出數(shù)，最大扇出數(shù)以及邏輯單元方面進(jìn)行描述。

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