通信原理 HDB3 码

2025-02-05 14:38:04

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回答1：

什么是“通信（Communication）”？

简单来说，通信就是传递信息。我把我的信息发给你，你把你的信息发给我，这就是通信。

通信的官方定义更加严谨一些——人与人，或人与自然之间，通过某种行为或媒介，进行的信息交流与传递，叫做通信。

也就是说，通信不仅限于人类之间的信息交换，也包括自然万物。

还是从我们人类开始说起吧，毕竟在绝大部分通信场景中，人都是主体。

在人类诞生的那一刻起，通信就是生存的基本需求。新生的婴儿，通过哭声传递饥饿的信息，给自己的母亲，索取母乳和关爱。参与围猎的部落成员，通过呼吼声，召唤同伴的支援和协助。这一切，都属于通信的范畴。

随着人类社会组织单位的不断变大，通信的作用也越来越大。国家之间的合纵连横，亲人之间的思念关怀，都离不开通信。通信的手段，也由面谈这种近距离方式，逐渐发展出烽火、旗语、击鼓、鸣金等多种远距离方式。

这些通信方式，主要是通过视觉或者听觉来实现。这就要求通信双方之间，是可视的，或者，是可以听见的。客观条件的约束，就限制了通信的范围。

而如果采用驿站或信鸽等方式，虽然一定程度上解决了范围和距离的问题，却带来了时效性的问题，无法在很快的时间内送达。

19世纪电磁理论出现并成熟。在此基础上，莫尔斯发明了莫尔斯编码和有线电报，贝尔发明了电话，马可尼发明了无线电报，人类就此开启了用电磁波进行通信的近现代通信时代。通信的距离限制，不断被突破。与此同时，长距离通信的时延，也在不断缩小。

时至今日，我们已经全面进入了信息时代，对通信的需求和依赖变得前所未有的强烈。像手机这样的现代通信工具，作为每个人保持社会联系的纽带，变成了寸步难离的必需品。

不仅是个人，整个社会的运转，都建立在对通信技术的依赖之上。通信技术的先进程度，成为衡量一个国家综合实力的重要标志之一。

我们无法想象，如果通信技术倒退回两百年前，我们的世界将会是怎样的混乱场景。

让我们回到通信的本质。

任何通信行为，都可以看成是一个通信系统。而对于一个通信系统来说，都包括以下三个要素：信源、信道和信宿。

回答2：

NRZ 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1
HDB3 +1 0 0 0 +V -B 0 0 -V +1 -1 +B 0 0 +V -1

准则只有两点：

一是，V码自身必须极性交替(最后出现的是+V -V +V)，除了V码以外的其他非零码（包括NRZ原来中的1和B码元）之间极性交替出现(最后出现的是+1 -B +1 -1 +B -1)；
二是，V码必须与前一非零码极性相同（V的极性必须同前面的1码元或B码元的极性相同）。
只要这两点掌握，HDB3就没问题了。

回答3：

1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1

+1 0 0 0 +v -B 0 0 -V -1 +1 0 0 0 +V -1

回答4：

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参考资料：

樊昌信，曹丽娜 . 《通信原理》（第7版）

https://wenku.baidu.com/view/24b7bc227fd5360cba1adb6c （这个PPT给了很多启发）

https://wenku.baidu.com/view/7cd940274b35eefdc8d3330f.html

https://baike.baidu.com/item/HDB3%E7%A0%81/3815309?fr=aladdin

HDB3码（High Density Bipolar of Order 3），三阶高密度双极性码，它是AMI码的一种改进，目的是克服AMI的缺点，使连续“0”的个数不超过3个。其编码规则如下：

（1）先检查连“0”个数，若小于等于3，则与AMI码相同；

（2）当连“0”个数大于3时，将每4个连“0”化作一个小节，用“000V”代替，其中V取值+1或-1，V的极性与前一个相邻的非“0”脉冲极性相同（这破坏了极性交替规则，故称V为破坏脉冲）；

（3）相邻的V极性必须交替，当V满足(2)但不满足(3)时，将“000V”更改为“B00V”，B的极性与后面的V一致，B称调节脉冲，==>即两个相邻V之间的“1”的个数为偶数时V的极性不满足交替，需要替换为“B00V”；为奇数时V的极性能满足交替，不需要替换；

（4）V后面的传号码极性也要交替。

消息码： 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0

AMI码： +1 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 0 +1 -1 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 -1 +1 0

加V ： +1 0 0 -1 +1 0 0 0 +V -1 0 +1 -1 0 +1 0 0 0 +V-1 +1 -1 +1 0

我们可以看到，两个相邻V之间的非0个数为偶数，造成两V的极性相同，不符合（3），所以加B

加B ： +1 0 0 -1 +1 0 0 0 +V -1 0 +1 -1 0 +1 -B 0 0 -V -1 +1 -1 +1 0

若对0、1、B、V用两位二进制数表示（00,01,10,11），则在不考虑极性的情况下，加B后应该输出

01 00 00 01 00 00 00 11 01 00 01 01 00 01 10 00 00 11 01 01 01 01 00

由此，我们使用Verilog语言进行编写HDB3码的编码程序。

（1）先不考虑极性（+或-），只考虑输出是0、1、B还是V，对上述4个数编码，0--00，1--01，B--10，V--11

（2）加V操作，判断输入的字符是“1”还是“0”，1=>01， 0=>00，若为4个连“0”，前三个输出“00”，第四个输出“11”

always @ ( posedge clk or negedge rst_n )
begin
if( !rst_n ) begin
count0 <= 0;
end
else begin
if( codein == 1'b1 ) begin //输入1
codeout_v <= 2'b01;

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樊昌信，曹丽娜 . 《通信原理》（第7版）

https://wenku.baidu.com/view/24b7bc227fd5360cba1adb6c （这个PPT给了很多启发）

https://wenku.baidu.com/view/7cd940274b35eefdc8d3330f.html

https://baike.baidu.com/item/HDB3%E7%A0%81/3815309?fr=aladdin

HDB3码（High Density Bipolar of Order 3），三阶高密度双极性码，它是AMI码的一种改进，目的是克服AMI的缺点，使连续“0”的个数不超过3个。其编码规则如下：

（1）先检查连“0”个数，若小于等于3，则与AMI码相同；

（2）当连“0”个数大于3时，将每4个连“0”化作一个小节，用“000V”代替，其中V取值+1或-1，V的极性与前一个相邻的非“0”脉冲极性相同（这破坏了极性交替规则，故称V为破坏脉冲）；

（3）相邻的V极性必须交替，当V满足(2)但不满足(3)时，将“000V”更改为“B00V”，B的极性与后面的V一致，B称调节脉冲，==>即两个相邻V之间的“1”的个数为偶数时V的极性不满足交替，需要替换为“B00V”；为奇数时V的极性能满足交替，不需要替换；

（4）V后面的传号码极性也要交替。

消息码： 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0

AMI码： +1 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 0 +1 -1 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 -1 +1 0

加V ： +1 0 0 -1 +1 0 0 0 +V -1 0 +1 -1 0 +1 0 0 0 +V-1 +1 -1 +1 0

我们可以看到，两个相邻V之间的非0个数为偶数，造成两V的极性相同，不符合（3），所以加B

加B ： +1 0 0 -1 +1 0 0 0 +V -1 0 +1 -1 0 +1 -B 0 0 -V -1 +1 -1 +1 0

若对0、1、B、V用两位二进制数表示（00,01,10,11），则在不考虑极性的情况下，加B后应该输出

01 00 00 01 00 00 00 11 01 00 01 01 00 01 10 00 00 11 01 01 01 01 00

由此，我们使用Verilog语言进行编写HDB3码的编码程序。

（1）先不考虑极性（+或-），只考虑输出是0、1、B还是V，对上述4个数编码，0--00，1--01，B--10，V--11

（2）加V操作，判断输入的字符是“1”还是“0”，1=>01， 0=>00，若为4个连“0”，前三个输出“00”，第四个输出“11”

always @ ( posedge clk or negedge rst_n )
begin
if( !rst_n ) begin
count0 <= 0;
end
else begin
if( codein == 1'b1 ) begin //输入1
codeout_v <= 2'b01;
count0 <= 2'b00; //出现1后就要重新对0计数
end
else begin //输入0
count0 <= count0 + 1'b1; //对0的计数加1
if( count0 == 2'b11 ) begin //0的个数等于3，因为是并行，其实是4个了，只是在下一个时钟上升沿变为4
codeout_v <= 2'b11; //输出V
count0 <= 2'b00; //重新对0计数
end
else begin
codeout_v <= 2'b00;
end
end
end
end

（3）加B操作，判断两个相邻的V之间的非“0”（此时两V之间非0的应该只有1，即“01”）的个数是否为偶数，若为偶数，从后一个V往前数，第三个0变为B；若为奇数，正常输出；

注意：此处如何操作V前面的第三个0很关键，按照正常的逻辑似乎不太好把已经输出的0变为B，所以我们可以将输出的数据进行一定的延时，这样要操作的数还在寄存器里没有输出（正要输出最好），即可进行更改后再输出，延时的方法可以使用移位寄存器，利用非租塞赋值（<=）的延时，使输出延时3个周期，操作后正好输出

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