引言

　　數(shù)字基帶信號的傳輸是數(shù)字通信系統(tǒng)的重要組成部分。在數(shù)字通信中，有些場合可不經(jīng)過載波調(diào)制和解調(diào)過程，而對基帶信號進(jìn)行直接傳輸。采用AMI碼的信號交替反轉(zhuǎn)，有可能出現(xiàn)四連零現(xiàn)象，這不利于接收端的定時信號提取。而HDB3碼因其無直流成份、低頻成份少和連0個數(shù)最多不超過三個等特點(diǎn)，而對定時信號的恢復(fù)十分有利，并已成為CCITT協(xié)會推薦使用的基帶傳輸碼型之一。為此，本文利用VHDL語言對數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的HDB3編碼器進(jìn)行了設(shè)計。

1 HDB3碼的編碼規(guī)則

　　HDB3碼是AMI碼的改進(jìn)型，稱為三階高密度雙極性碼，它克服了AMI碼的長連0串現(xiàn)象。

　　HDB3碼的編碼規(guī)則為先檢查消息代碼(二進(jìn)制)的連0串，若沒有4個或4個以上連0串，則按照AMI碼的編碼規(guī)則對消息代碼進(jìn)行編碼；若出現(xiàn)4個或4個以上連0串，則將每4個連0小段的第4個0變換成與前一非0符號(+1或-1)同極性的V符號，同時保證相鄰V符號的極性交替(即+1記為+V，-1記為-V)；接著檢查相鄰V符號間非0符號的個數(shù)是否為偶數(shù)，若為偶，則將當(dāng)前的V符號的前一非0符號后的第1個0變?yōu)?B或-B符號，且B的極性與前一非0符號的極性相反，并使后面的非0符號從V符號開始再交替變化。

2 HDB3編碼器的VHDL建模與程序設(shè)計

　　HDB3碼的VHDL建模思想是在消息代碼的基礎(chǔ)上，依據(jù)HDB3編碼規(guī)則進(jìn)行插人“V”符號和“B”符號的操作，且用2位二進(jìn)制代碼分別表示。最后完成單極性信號變成雙極性信號的轉(zhuǎn)換。其編碼模型如圖1所示。

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2.1 插“V”模塊的實(shí)現(xiàn)

　　插“V”模塊主要是對消息代碼里的四連0串的檢測，即當(dāng)出現(xiàn)四個連0串的時候，把第四個“0”變換成符號“V”，用“11”標(biāo)識。 “1”用“01”標(biāo)識，“0”用“00”標(biāo)識。其模型如圖2所示，實(shí)現(xiàn)的VHDL結(jié)構(gòu)代碼如artv：

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2.2 插“B”模塊的實(shí)現(xiàn)

　　插“B”模塊的建模思路是當(dāng)相鄰“V”符號之間有偶數(shù)個非0符號時，把后一小段的第1個“0”變換成一個“B”符號。可用一個4位的移位寄存器來實(shí)現(xiàn)延遲，這樣經(jīng)插“V”處理過的碼元，可在同步時鐘的作用下同時進(jìn)行是否插“B”的判決，等到碼元從移位寄存器里出來的時候，就可以決定是應(yīng)該變換成“B”符號，還是照原碼輸出。輸出端用“11”表示符號“V”，“01”表示“1”碼， “00”表示“0”碼，“10”表示符號“B”。其模型如圖3所示，VHDL的結(jié)構(gòu)代碼如artb：

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2.3 單極性變雙極性的實(shí)現(xiàn)

　　根據(jù)編碼規(guī)則， “B”符號的極性與前一非零符號相反，“V”極性符號與前一非零符號一致。因此，可對“V”單獨(dú)進(jìn)行極性變換(“V”已經(jīng)由“11”標(biāo)識，相鄰“V”的極性是正負(fù)交替的)，余下的“1”和“B”看成一體進(jìn)行正負(fù)交替，從而完成HDB3的編碼。

　　因?yàn)榻?jīng)過插“B”模塊后， “V”、 “B”、“1”已經(jīng)分別用雙相碼“11”、 “10”、 “01”標(biāo)識。“0”用“00”標(biāo)識。而在實(shí)際應(yīng)用中，CPLD或FPGA端口的輸出電壓只有正極性電壓，且在波形仿真中也只有“+1”和“0”，而無法識別“-1”。所以要得到所需HDB3編碼的結(jié)果，需定義“00”、“01”、“10”來分別表示“0”、 “-1”、 “+1”。可將插“B”模塊后輸出的“00”、“01”、“10”、“11”組合轉(zhuǎn)換為“00”、“01”、 “10”組合，再通過“00”、 “01”、“10”控制四選一數(shù)字開關(guān)的地址來選擇輸出通道，就可以實(shí)現(xiàn)0、-B、+B。本設(shè)計使用CC4052的一組通道作為四選一數(shù)字開關(guān)，從而將CPLD或FPGA目標(biāo)芯片的標(biāo)識性輸出轉(zhuǎn)換成雙極性信號，最終實(shí)現(xiàn)HDB3非歸零編碼。CC4052的接線如圖4所示，所實(shí)現(xiàn)的地址控制器的模型如圖5所示。其VHDL結(jié)構(gòu)代碼如artd：

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3 HDB3編碼器的仿真

　　在此，以四連“0”的可能性通過如表1所列的多“0”消息代碼進(jìn)行分析，并利用EDA工具對VHDL源程序進(jìn)行編譯、適配、優(yōu)化、邏輯綜合與仿真。仿真結(jié)果顯示其完全可以達(dá)到編碼要求。其仿真圖如圖6所示。而將HDB3編碼硬件描述下載到CPLD或FPGA目標(biāo)芯片中，然后連接好CC4052進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用測試(用示波器測得)的編碼波形如圖7所示。

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4 結(jié)束語

　　將基于VHDL的HDB3編碼用在光纖通信系統(tǒng)中作為誤碼儀測試誤碼的HDB3轉(zhuǎn)換器，能滿足實(shí)際測試的需要。且運(yùn)用基于VHDL的可編程芯片開發(fā)技術(shù)將相關(guān)的信號處理電路進(jìn)行硬件描述，并用CPLD／FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)多種數(shù)字邏輯功能，而且可大大提高工作效率，減少電路設(shè)計的時間和可能發(fā)生的錯誤，同時也可降低開發(fā)成本。

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