fpga的hdb3码编译码设计(附件)
摘 要从信源传输的信号往往都不能直接在信道中有效地传输，因为很多信道不适于传输一些直流分量或者低频分量---这些分量会产生码间串扰，使信号衰减。所以为了提高传输的可靠性，一般要将信号的直流分量和频率很低的分量滤除掉。而HDB3码（三阶高密度双极性码）没有直流分量，低频分量较少，不超过3个连零数，传输效率高，所以适用于信道的传输。利用HDB3码的编码规则，将消息码通过插“V”和插“B”方式，得到的是两个比特位的码元，可以通过单极性码转变为双极性码的方法，将加入“B”后输出的码变成需要的HDB3码。译码过程则是其逆向思路。将插入的“V”还原成4个0即可。可以利用FPGA芯片检测到两个连续的，并且极性一样的非零码元，进行节点破坏。可以用VHDL语言在QuartusII 11.0软件上编译结合ModelSim进行仿真产生波形，并且利用在FPGA器件上来实现。
目 录
第一章 绪论1
1.1 研究的背景1
1.2 研究的意义1
第二章 VHDL语言和QuartusII软件2
2.1 EDA技术和FPGA的简介2
2.2 VHDL语言2
2.3 Quartus II简介3
第三章 HDB3码编译码工作原理5
3.1 HDB3码编码原理5
3.2 HDB3码译码原理6
第四章 FPGA的HDB3码编译码的设计与实现6
4.1 设计思路6
4.1.1 加“V”模块的设计6
4.1.2 加“B”模块的设计6
4.1.3 极性变换7
4.2仿真结果演示8
4.3仿真、测试与分析8
结束语11
致 谢13
参考文献14
附录（代码）15
第一章 绪论
1.1 研究的背景
随着科技的发展，模拟通信已经渐渐地不能被人们所满足，进而数字通信成了主流。跟数字信号相比较而言，模拟信号就不会有那么高的抗干扰能力，保密性没有那么好，没有数字信号利用范围广泛，不能像数字信号那样可以利用现代数字处理技术。但是信号（已调） *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
在信道中传输时，由于信道特性的特殊性，总会受到干扰，甚至可能会发生改变。这里所说的信道特性，通常是指信道本身的频率对信号造成干扰或者是信号在传输的时候，由于多径效应的影响而降低传输的可靠性，亦或是信道中出现一些噪声，及信号的直流分量或者低频信号都会影响到信号的解调，从而直接导致判别错误。一般情况下，信道的条件越好，信号的准确性越高，越利于我们判别。
而这些干扰衰落是无法避免的，所以只能想办法尽量减少。可以通过降低误码率的方法来提高传输的可靠性。因此，首先对要传输的信号进行编码，这是一种特别有用的方法即信道编码。在传输之前，加入冗余比特，用来判别错误和纠正错误。比如长途车在运一箱海鲜时，为了保证海鲜的新鲜度，会在箱子里面放一些冰块，这样本来的箱子装的海鲜数量就会减少，因为箱子的容量是不变的。这样一来，海鲜的有效个数就会减少。同样，加了冗余的码元，使得整个传输有用的信息数据变得少了，降低了效率。但是为了信息能够准确无误地被传输，这种代价是可以被认同的。当然，对于不同的信道也有不同的方法降低误码率。例如，Massey[1]就针对加性高斯白的噪声信道（AWGN）选用最大的似然法则（Ml Rule）检测同步码的帧同步算法。
而FPGA是一种半制定电路，设计起来特别灵活，并且使用较低的成本，可以现场调试来检测正误，可以无限次地循环使用，集成度高，逻辑性能强，使用范围很广，所以越来越受人们欢迎。FPGA使用的是逻辑单元阵列LCA，其中可编程逻辑块CLB作为基本构造单元，还包括了输入输出模块IOB和内部连接部分。
如今FPGA设计的规模逐渐变大，所采用的芯片也越来越大，使用的性能自然越来越强。在投资方面所需要的成本低，可以反复地使用，适用于很多场合，因此被广泛地应用起来。
1.2 研究意义
数字通信被广泛使用于电视，计算机，手机等现代电子通信设备中。线路编码在信号传输中也越来越重要。为了适应各种信道，要将消息码变成其他的码型，这样可以提高传输的可靠性。本设计是以数字基带传输系统为模型，通过EDA技术来具体实现HDB3码编译码器的设计[2]。几种常用的码型有AMI码，HDB3码，双相码和密勒码，CMI码等。AMI是传号交替反转码，编码规则十分简单，是交替地将消息码中的1改成+1和1,0保持不变。
（1）AMI码没有直流分量，当接收码中出现连续几个的+1或者连续的1，说明编码过程有错误的码。但是当出现连零数较多的时候，很难确定有没有错码。
（2）HDB3码是AMI码的改进型，它克服了AMI码的长连0串现象。HDB3码的编码规则[3]：
（3）双相码又叫曼彻斯特码，其编码规则是将每个二进制码变成不同相位的方波周期。1对应0相位，0相对应π相位。方法是把消息码中的0改成01，1改成10，这样每一位码对应的电平都会发生转变，当接收码中的某一位没有电平转换，就说明出错了。但是加一位码会使得带宽变宽。
（4）密勒码（Miller）也叫延迟调制码。当消息码是1的时候，在电平的中间位置发生翻转；当消息码是一个0出现时，电平保持；当消息码是连零状态出现时，在电平的边缘翻转。
（5）CMI码是传号反转码。消息码中的1 用两个连续的正电平或者两个连续的负电平表示，消息码0用固定的01来表示。所以这种码型的接收码不会出现三个连续相同码。
目前，数字移动系统、微波通信系统等都使用线路编码，换句话说就是数字通信离不开线路编码。通常都会从几个方面入手来选择合适的码型：传输的效率要高，没有直流分量并且所具有的低频分量要小，最好能提取码元的定时信息，便于纠错等。HDB3码正好具备这样的一些特点，并且其编码解码过程也比较简单，使用起来方便，被广泛地采用了。
FPGA作为一种可现场编程的逻辑器件，简单便捷，低成本，易操作，速度快，并且可以循环使用，普遍使用于各种电路中。可以同时在FPGA芯片上放入HDB3码编码、解码电路，使操作更简单，系统更集中，节约了成本，还有很重要的一点就是减少了各个独立的元器件给电路带来的影响。用FPGA实现HDB3码的编译码设计，是一种很有意义的设计。
第二章 VHDL语言和Quartus软件
2.1 EDA技术
EDA技术即电子设计自动化。就是在计算机上先用相关的语言完成程序，再 连线布局、编译仿真，模拟实际电路。像CAD、PCB、IC技术都是EAD技术的表现形式。
现在EAD技术已经广泛地应用于各个领域。例如电子通信、军事、生物等都采用了EDA技术。从早期的CAD技术到如今的EAD技术，使电子设计人员节省了很多工作，并且设计的效率大大地提高了。?
目 录
第一章 绪论1
1.1 研究的背景1
1.2 研究的意义1
第二章 VHDL语言和QuartusII软件2
2.1 EDA技术和FPGA的简介2
2.2 VHDL语言2
2.3 Quartus II简介3
第三章 HDB3码编译码工作原理5
3.1 HDB3码编码原理5
3.2 HDB3码译码原理6
第四章 FPGA的HDB3码编译码的设计与实现6
4.1 设计思路6
4.1.1 加“V”模块的设计6
4.1.2 加“B”模块的设计6
4.1.3 极性变换7
4.2仿真结果演示8
4.3仿真、测试与分析8
结束语11
致 谢13
参考文献14
附录（代码）15
第一章 绪论
1.1 研究的背景
随着科技的发展，模拟通信已经渐渐地不能被人们所满足，进而数字通信成了主流。跟数字信号相比较而言，模拟信号就不会有那么高的抗干扰能力，保密性没有那么好，没有数字信号利用范围广泛，不能像数字信号那样可以利用现代数字处理技术。但是信号（已调） *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
在信道中传输时，由于信道特性的特殊性，总会受到干扰，甚至可能会发生改变。这里所说的信道特性，通常是指信道本身的频率对信号造成干扰或者是信号在传输的时候，由于多径效应的影响而降低传输的可靠性，亦或是信道中出现一些噪声，及信号的直流分量或者低频信号都会影响到信号的解调，从而直接导致判别错误。一般情况下，信道的条件越好，信号的准确性越高，越利于我们判别。
而这些干扰衰落是无法避免的，所以只能想办法尽量减少。可以通过降低误码率的方法来提高传输的可靠性。因此，首先对要传输的信号进行编码，这是一种特别有用的方法即信道编码。在传输之前，加入冗余比特，用来判别错误和纠正错误。比如长途车在运一箱海鲜时，为了保证海鲜的新鲜度，会在箱子里面放一些冰块，这样本来的箱子装的海鲜数量就会减少，因为箱子的容量是不变的。这样一来，海鲜的有效个数就会减少。同样，加了冗余的码元，使得整个传输有用的信息数据变得少了，降低了效率。但是为了信息能够准确无误地被传输，这种代价是可以被认同的。当然，对于不同的信道也有不同的方法降低误码率。例如，Massey[1]就针对加性高斯白的噪声信道（AWGN）选用最大的似然法则（Ml Rule）检测同步码的帧同步算法。
而FPGA是一种半制定电路，设计起来特别灵活，并且使用较低的成本，可以现场调试来检测正误，可以无限次地循环使用，集成度高，逻辑性能强，使用范围很广，所以越来越受人们欢迎。FPGA使用的是逻辑单元阵列LCA，其中可编程逻辑块CLB作为基本构造单元，还包括了输入输出模块IOB和内部连接部分。
如今FPGA设计的规模逐渐变大，所采用的芯片也越来越大，使用的性能自然越来越强。在投资方面所需要的成本低，可以反复地使用，适用于很多场合，因此被广泛地应用起来。
1.2 研究意义
数字通信被广泛使用于电视，计算机，手机等现代电子通信设备中。线路编码在信号传输中也越来越重要。为了适应各种信道，要将消息码变成其他的码型，这样可以提高传输的可靠性。本设计是以数字基带传输系统为模型，通过EDA技术来具体实现HDB3码编译码器的设计[2]。几种常用的码型有AMI码，HDB3码，双相码和密勒码，CMI码等。AMI是传号交替反转码，编码规则十分简单，是交替地将消息码中的1改成+1和1,0保持不变。
（1）AMI码没有直流分量，当接收码中出现连续几个的+1或者连续的1，说明编码过程有错误的码。但是当出现连零数较多的时候，很难确定有没有错码。
（2）HDB3码是AMI码的改进型，它克服了AMI码的长连0串现象。HDB3码的编码规则[3]：
（3）双相码又叫曼彻斯特码，其编码规则是将每个二进制码变成不同相位的方波周期。1对应0相位，0相对应π相位。方法是把消息码中的0改成01，1改成10，这样每一位码对应的电平都会发生转变，当接收码中的某一位没有电平转换，就说明出错了。但是加一位码会使得带宽变宽。
（4）密勒码（Miller）也叫延迟调制码。当消息码是1的时候，在电平的中间位置发生翻转；当消息码是一个0出现时，电平保持；当消息码是连零状态出现时，在电平的边缘翻转。
（5）CMI码是传号反转码。消息码中的1 用两个连续的正电平或者两个连续的负电平表示，消息码0用固定的01来表示。所以这种码型的接收码不会出现三个连续相同码。
目前，数字移动系统、微波通信系统等都使用线路编码，换句话说就是数字通信离不开线路编码。通常都会从几个方面入手来选择合适的码型：传输的效率要高，没有直流分量并且所具有的低频分量要小，最好能提取码元的定时信息，便于纠错等。HDB3码正好具备这样的一些特点，并且其编码解码过程也比较简单，使用起来方便，被广泛地采用了。
FPGA作为一种可现场编程的逻辑器件，简单便捷，低成本，易操作，速度快，并且可以循环使用，普遍使用于各种电路中。可以同时在FPGA芯片上放入HDB3码编码、解码电路，使操作更简单，系统更集中，节约了成本，还有很重要的一点就是减少了各个独立的元器件给电路带来的影响。用FPGA实现HDB3码的编译码设计，是一种很有意义的设计。
第二章 VHDL语言和Quartus软件
2.1 EDA技术
EDA技术即电子设计自动化。就是在计算机上先用相关的语言完成程序，再 连线布局、编译仿真，模拟实际电路。像CAD、PCB、IC技术都是EAD技术的表现形式。
现在EAD技术已经广泛地应用于各个领域。例如电子通信、军事、生物等都采用了EDA技术。从早期的CAD技术到如今的EAD技术，使电子设计人员节省了很多工作，并且设计的效率大大地提高了。?
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