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数字基带传输系统的FPGA设计与实现

作者:时间:2011-03-16来源:网络收藏

摘要:为了提高系统的集成度和可靠性,降低功耗和成本,增强系统的灵活性,提出一种采用非常高速积体电路的硬件描述语言(VHDL语言)来设计的方法。详细阐述中信号码型的设计原则,中信号编码原理和译码原理;采用硬件描述语言来设计数字基带信号编码器和译码器并进行仿真;采用原理图设计方法设计数字基带传输系统并仿真;整个系统的设计在Quar-tusⅡ平台上完成,并在Altera公司的ACEX1K-EP1K30TC144-1芯片上实现。
关键词:数字通信;基带传输系统;VHDL;

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/191307.htm

0 引言
现代通信系统中,数字通信系统所占的比例越来越大,系统的数字化、集成化是未来发展的方向。随着超大规模集成电路的诞生,各种数字通信的专用芯片也相继问世,电路的集成化程度越来越高,设备的体积也越来越小,但是这些数字通信的专用芯片在价格上非常昂贵,给通信设备成本带来很大压力。近几年,(Field Programmable Gate Array)的推出,给数字通信电路的设计带来了更多的方便,摆脱了数字通信专用芯片功能单一、价格昂贵的缺点。目前实际的数字通信系统中,数字基带系统在应用上虽不如数字频带传输系统广泛,但仍有相当多的应用范围。因此,本文设计的方案采用来实现数字基带传输系统。

1 数字基带信号编、译码原理
数字信号的传输方式有两种:一种是基带传输,另一种是频带传输。在基带传输系统中,因为信道往往存在隔直流电容或耦合变压器,使得基带信号中的低频和直流成分难于通过。因此,并非所有原始基带数字信号都能在信道中传输。为了在传输信道中获得优良的传输特性,一般要将信号变换成适合于信道传输特性的传输码(又叫线路码),即进行适当的码型变换。
通常,在设计数字基带信号码型时应考虑以下原则:
(1)码型中低频、高频分量尽量少;
(2)码型中应包含定时信息,以便定时提取;
(3)码型变换设备要简单可靠;
(4)码型具有一定检错能力,若传输码型有一定的规律性,就可根据这一规律性来检测传输质量,以便做到自动检测;
(5)编码方案对发送消息类型不应有任何限制,适合于所有的二进制信号,这种与信源统计特性无关的特性称为对信源具有透明性;
(6)低误码增殖,误码增殖是指单个数字传输错误在接收端解码时,造成错误码元的平均个数增加,从传输质量要求出发,希望它越小越好;
(7)高的编码效率。
以上几点并不是任何基带传输码型均能完全满足的,常常是根据实际要求满足其中的一部分。
数字基带信号码型种类繁多,其中HDB3码(High Density Bipolar),即三阶高密度双极性码,具有不含直流成分,低频成分少,提取同步时钟方便,有内在检错能力等优点,成为广泛应用于基带传输系统中的码型。ITU-T G.703规定2 Mb/s,8 Mb/s和34 Mb/s的数字接口均采用HDB3码,因此以HDB3码为例进行分析。
HDB3码又称四连“0”取代码,它是AMI(Alternative Mark Inverse,传号交替反转)码的改进型。在AMI码中,如果连续的较长的一段序列为“0”码,则接收端会因为长时间无交替变化波形的控制而失去同步信号,而HDB3码克服了AMI码的上述缺点。此外,HDB3码还具有频谱能量主要集中在基波频率以下,占用频带较窄等特点。
1.1 编码原理
在消息的二进制代码序列中:
(1)当连“0”码的个数不大于3时,编码规则为“1”码变为“+1”、“-1”交替脉冲,“0”码仍为“0”。
(2)当代码序列中出现4个连“0”码或超过4个连“0”码时,把连“0”段按4个“0”分节,即“0000'’,并使第4个“0”码变为“1”码,用V脉冲表示,这样可以消除长连“0”现象。为了便于识别V脉冲,使V脉冲极性与前一个“1”脉冲极性相同,这样就破坏了AMI码极性交替的规律,所以V脉冲为破坏脉冲,把V脉冲和前3个连“0”称为破坏节“000V”。
(3)为了使脉冲序列仍不含直流分量,则必须使相邻的破坏点V脉冲极性交替。
(4)为了保证(2),(3)两个条件的成立,必须使相邻的破坏点之间有奇数个“1”码。如果原序列中破坏点之间的“1”码为偶数个,则必须补为奇数,即将破坏节中的第一个“0”码变为“1”,用B脉冲表示,这时的破坏节变为“B00V”形式。B脉冲极性与前一个“1”脉冲极性相反,而B脉冲极性与V脉冲极性相同。
1.2 译码原理
虽然编码规则比较复杂,但是它的译码原理却比较简单。从上述编码原理看出,每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性(包括B在内)。这就是说,在接收端译码时,由两个相邻的同极性码找到破坏脉冲V,同极性码中后面那个码就是V码。由V码向前的第三个码如果不是0码,表明它是B码,把V码和B码去掉后留下的都是信码,再进行全波整流,将所有的-1变成+1后就得到原消息代码。


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