基于的数字基带通信中HDB3码编码器的设计

摘 要 数字基带信号的传输是数字通信系统的重要组成部分。在数字通信系统中，为使基带信号适合在基带信道中传输，必须选择合适的码型，HDB3码是常选的码型之一。本文针对数字基带传输系统中HDB3码的特点，采用基于CPLD/FPGA的VHDL语言，在Quartus II的编程环境中，仿真实现了HDB3的编码器和译码器。实验结果表明，实现的HDB3编、译码器简单、可靠，下载至芯片中能够方便地实现HDB3码基带信号形成器。 关键词：数字通信系统；数字基带信号；FPGA；HDB3码 选题的背景 现代通信通常借助于电和光来传输信息，数字终端产生的数字信息是以“1”和“0”二种状态代表的随机序列，它可以用不同形式的电信号表示，从而构造不同形式的数字信号。数字通信与模拟通信相比具有明显的优点：首先是抗干扰能力强。模拟信号在传输过程中和叠加的噪声很难分离，噪声会随着信号被传输、放大、严重影响通信质量。数字通信中的信息是包含在脉冲的有无之中的，只要噪声绝对值不超过某一门限值，接收端便可判别脉冲的有无，以保证通信的可靠性。其次是远距离传输仍能保证质量。因为数字通信是采用再生中继方式，能够消除噪音，再生的数字信号和原来的数字信号一样，可继续传输下去，这样通信质量便不受距离的影响，可高质量地进行远距离通信。此外，它还具有适应各种通信业务要求(如电话、电报、图像、数据等)，便于实现统一的综合业务数字网，便于采用大规模集成电路，便于实现加密处理，便于实现通信网的计算机管理等优点。数字传输分为基带传输和频带传输。 数字基带信号是用数字信号的电脉冲表示，不同形式的数字基带信号具有不同的频谱结构，合理地设计数字基带信号以使数字信息变换为适合于信道传输特性的频谱结构，是基带传输首先要考虑的问题。通常又把数字信息的电脉冲表示过程称为码型变换，在有线信道中传输的数字基带信号又称为线路传输码型。 HDB3（HighDensityBipolar）码是一种双极性归零码，AMI码的改进型，具有无直流分量，少低频分量，易于提取位同步信号并具有内在的检错能力，同时还克服了AMI（传号交替反转）码中当信息出现连“0”码时定时提取困难的缺点，成为广泛应用于基带传输系统中的码型，ITU2T G.703规定：2Mb/s，8 Mb/s和34Mb/s的数字接口均采用HDB3码。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 在实际应用中，HDB3编译码器的高效设计非常重要，但现有HDB3编译码器都存在一些缺点和不足。目前可以实现HDB3编译码器的设计有以下的2个方法，第一种方法利用AMI与HDB3的相似性，在AMI编码的基础上进行修改，实现HDB3编码，但是该方法对信号时序要求高，需要插入延时电路，输出延迟长，选取复杂。第二种方法用不同编码标识出“0”，“1”，“V”和“B”4种符号的位置，再按照极性输出规则输出4种符号极性，不过该方法需额外的符号编码、额外的时钟和计数寄存器，并且输出延迟长。因此设计一个快速稳定的HDB3码的编译码器就显得很有价值。 目前HDB3码主要由专用集成电路及相应匹配的外围中小规模集成芯片来实现，但集成程度不高特别是位同步提取非常复杂，不易实现。随着可编程器件的发展这一难题得到了很好地解决，将基于硬件描述语言的三阶高密度双极性编译码IP核实现在光通信等系统中，能满足实际上测试的需要。运用基于硬件描述语言的可编程芯片开发技术，将信号处理的相关电路进行硬件描述，用CPLD/FPGA技术实现数字通信系统，不仅可以通过芯片设计实现多种数字逻辑功能，且由于管脚定义的灵活性，提高了工作效率，极大地减少了电路设计的时间和可能发生的错误。运用FPGA来实现NRZ码到HDB3码的转换比采用专用集成电路，不仅给调试带来了方便，而且可以把该电路和它的解码电路及其它电路集成在同一块FPGA芯片中，减少了外接元件，降低了开发成本，提高了集成度。