AMI编译码系统设计

电气工程学院 《通信原理课程设计》说明书 设计题目：
AMI编码及译码系统设计 专 业：
通信工程 学生姓名: 学 号: 起迄日期: 2013 年12月20日 ~2014年1月3日 指导教师: 系主任：
《通信原理课程设计》任务书 1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
(1)技术要求：
设计AMI编码及译码系统，利用仿真软件AMI编码及译码模块进行仿真，对仿真结果进行分析，分析该系统的性能。

(2)工作要求：
①查阅参考文献，利用通信原理基本理论，分析系统工作原理，设计系统方框图；

②掌握计算机辅助设计方法，利用Matlab/Systemview/Multisim等软件进行仿真设计，具备独立设计能力；

③熟悉通信系统的调试和测量方法；

④掌握电子电路安装调试技术，选择合适的元器件搭接实际电路，掌握电路的测试和故障排除方法，提高分析问题和解决问题的能力。

2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：
设计系统方框图，对系统方框图进行仿真，分析实验结果。撰写设计说明书，书写格式规范，语言流畅简洁，文字不得少于3000字。要求图表清晰，分析通彻，有理有据。

目录 前言 1 AMI码的简介…………………………………………………………….4 2 电路的分析及设计………………………………………………………..4 2.1 M序列发生器的设计……………………………………………………..4 2.2 编码电路的设计…………………………………………………………5 2.3 译码电路的设计……………………………………………………………8 3 完整电路及仿真…………………………………………………………..10 3.1 AMI码编译码系统总电路图……………………………………………..10 3.2 AMI码编译码系统的仿真………………………………………………….10 4 心得与体会………………………………………………………………..14 前言 21世纪是信息时代，通信技术的快速发展给人们的生活带来了很大的方便，计算机、手机等通信设备使得人们可以方便的进行信息交流。数字通信技术是通信技术中不可或缺的部分，它广泛运用于通信领域，更方便了信息的传输。  现代通信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”2种状态代表的随机序列，他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。在一般的数字通信系统中首先将消息变为数字基带信号，称为信源编码，经过调制后进行传输，在接收端先进行解调恢复为基带信号，再进行解码转换为消息。在实际的基带传输系统中，并不是所有电波均能在信道中传输，因此有基带信号的选择问题，因此对码型的设计和选择需要符合一定的原则。随着数字通信技术的发展，基带传输方式也有了快速的发展，在某些具有低通特性的有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，基带信号可以不经过载波调制而直接进行传输。数字基带传输广泛运用于利用对称电缆构成的近程数据通信系统中，目前，它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输，AMI/HDB3码是基带传输的常用码型，因此对AMI/HDB3码的研究具有深刻的意义。

数字基带信号的传输是数字通信系统的一个重要组成部分,其中数字基带信号传输码型种类很多，AMI和HDB3码是数字基带信号传输中常用的传输码型。本文中介绍AMI码，详细分析了编解码的实现过程，最后给出了实验结果，结果表明：该电路具有设计简单，运行速度快，稳定可靠，成本低等优点，完全符合要求。

1.AMI码简介 AMI码的全称是传号交替反转码，其编码规则是将消息码的信号“1”（空号）传号交替的变换为“+1”和“-1”，而“0”空号保持不变。例如 消息码 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 AM码 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 -1 +1 0 0 -1 +1 AMI码的对应波形是具有正、负、零三种电平的脉冲序列。它可以看成单极性波形的变形，即“0”仍对应零电平，而“1”交替对应正、负电平。

AMI码的优点是，没有直流成分，且高、低频分量少，能量集中在频率为1/2码速处；
编译码电路简单，且可以利用传号极性交替这一规律观察误码情况；
如果他是AMI-RZ波形，接收后只要全波整流，就可变为单极性RZ波形，从中可以提取位定时分量。鉴于上述优点，AMI码成为较常用的传输码型之一。

AMI码的缺点是，当原信码出现长连串“0”时，信号电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。

2.电路分析及设计 2.1M序列发生器的设计 M序列发生器的设计图如下：
图2-1 M序列发生器电路图 M序列发生器由3个D触发器，一个3输入或非门，一个二输入或门，一个二输入异或门和一个时钟信号源组成，3个D触发器通过级联成了一个3位的移位寄存器，3位的移位寄存器和一个二输入异或门一个二输入或门，一个3输入或非门一起构成了一个带线性反馈的移存器。假设从左到右的3个D触发器的分别成为a2,a1,a0。若移位寄存器的初始状态为（a2,a1,a0）=（1，0，0），则在移位一次的时候，移位寄存器输出0，并产生一个新的输入信号a2，a1，a0通过3输入或非门异或后再和a2，a0疑或后的信号相或产生一个新的输入信号1，新的状态变为（a2,a1,a0）=（1，1，0），下一次移位后新的状态为（a2,a1,a0）=（1，1，1），第三次移位后的状态为（a2,a1,a0）=（0，1，1），第四次移位后的状态为（a2,a1,a0）=(1,0,1),第五次移位后的状态为（a2,a1,a0）=（0，1，0），第六次移位后的状态为（a2,a1,a0）=（0，0，1），第七次移位后的状态为（a2,a1,a0）=（1，0，0）。通过七次移位，移位寄存器又返回到了初始状态，这样就产生了一个周期为7的序列，序列为0011101。这个M序列发生器产生的M序列波形如下：
图2-2 M序列发生器输出波形 2.2编码电路的设计 编码电路电路设计图如下所示：
图2-3 编码电路 AMI编码电路由一个JK触发器、三个与门、一个非门、两个运放以及六个电阻和1个电容组成。

第一个与门的一端和M序列发生器的输出端相连接，另一端和M序列发生器连相同的时钟脉冲源，他的主要作用是将非零码转为归零码，构成非归零码-归零码转换器。JK触发器的JK端和第一个与门的输出端相接，时钟信号端通过一个非门和M序列发生器接相同的时钟脉冲源，Q端口和Q’端口分别和一个与门的一端相接，两个与门的另一端都和非归零码-归零码转换器的输出端相接，这部分电路的作用是将归零消息码的“1”信号变为交替的“0”、“1”和交替的“1”、“0”分别输出。第二和第三个与门的输出端分别接入一个求差电路的两端。将“0” 、“1”交替的归零码和“1”、“0”交替的归零码相减，得到了AMI码。由于这样得到的AMI码中夹杂着冲击信号，因此需要将添加电容进行滤波。后面再加以同向放大电路作为缓冲。M序列及其转换的单极性归零码的波形如下所示：
图2-4 M序列和单极性归零码 单极性归零码1信号变为交替的“0”、“1”波形如下图所示：
图2-5 单极性归零码“1”信号转换为交替的“0”、“1” 单极性归零码“1”信号变为交替的“1”、“0”信号波形如下：
图2-6 单极性归零码“1”信号转换为交替的“1”、“0” “0”、“1”和“1”、“0”相减后的波形为 图2-7 初步得到的AMI码 虑除冲激信号后的波形：
图2-8 AMI码 2.3译码电路的设计 译码电路其实就是编码电路的逆过程。首先将AMI码还原成单极性归零码。将AMI码流通过两个二极管分别去掉负电平部分和正电平部分分别送入求差电路的两个输入端求差还原出原来的单极性归零码。一部分输入一个自同步电路，直接从信息码元中提取码元定时信息。码元定时信息送入抽样判决器进行抽样判决后得到一个比原脉冲延时一个码元的信号脉冲。另一部分通过同相放大电路放大后输入一个D触发器的D口，在由抽样判决器产生的信号脉冲的作用下还原为原来的M序列。

译码电路电路图如下 图2-9 译码电路电路图 AMI码转换为单极性归零码波形如下：
图2-10 AMI码转换为单极性归零码 单极性归零码通过自同步得到码元定时信息波形如下：
图2-11 自同步的输入和输出波形 将单极性归零码转换为原来的M序列波形如下：
图2-12 单极性归零码还原为M序列 3.完整电路及仿真 3.1 AMI编译码系统总电路图 图3-1 AMI编译码系统总图 3.2 AMI编译码系统的仿真 如下图所示将示波器的两个探头分别接到M序列的输出端和编码电路的输出端。

图3-2 仿真图1 按下EWB工具栏右上角的I/O开关，得到的仿真波形如下：
图3-3 仿真波形1 如下图所示将示波器的两个探头分别接到M序列发生器的输出端和译码电路的输出端。

图3-4 仿真图2 按下EWB工具栏右上角的I/O开关，得到的仿真波形如下：
图3-5 仿真波形2 如下图所示将示波器的两个探头分别接到AMI编码电路和译码电路的输出端。

图3-6 仿真图3 按下EWB工具栏右上角的I/O开关，得到的仿真波形如下：
图3-7 仿真波形3 4.心得体会 通过此次课程设计，我对《通信原理》这门课有了更深的理解，并在设计过程中运用了所学的知识。课程设计不仅要求对我们对AMI原理有一定的了解，更重要的培养我们解决设计中遇到的问题的能力。

在这次课程设计之前，我对课本知识仅知道了其表面，而不知其原因。在设计中也使我对一些概念有了更深刻的认识。通过这次的课程设计，我除了学会一些专业知识外，还学会了发现解决问题的能力。在发现问题后，要冷静的找出问题，然后通过查阅书本或资料，找到解决问题的方法，这对我们以后的学习和工作有很大的好处。总之，这次课程设计对我的理论知识和动手能力有了很大的培养和提高。

参考文献 [1]樊昌信,吴成柯。通信原理第五版。国防工业出版社，2003 [2]曹志刚。现代通信原理与技术。清华大学出版社，2001 [3]钱亚生。现代通信原理。清华大学出版社，1994 [4]王兴亮。通信系统原理教程。西安电子科技大学出版社，2007 [5]沈振元。通信系统原理。西安电子科技大学出版社，1993 [6]黄志伟。基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析。电子工业出版社，2011