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摘 要

由于集成电路的大规模发展和出现，现代数字传输系统已经显著降低了其设备的复杂技术难度问题。本次设计为了更好加深对于数字基带传输系统以及现代编码技术的理解，进行了基于FPGA的HDB3码基带数据传输系统的设计与实现。对于本次设计中所采用的现场可编程门阵列FPGA，具有极大的灵活性和通用性。在此平台上，进行模拟信号的AD采样，通过帧同步的方法来标记传输数据，并根据HDB3码的编码原理对数字信号进行编码处理；再通过硬件模块来进行正负极性输出，通过锁相环抓取信号中的时钟，并传输给HDB3码解码模块，最后将解码后的数据传给DAC来恢复成原始信号。通过仿真和测试，该系统基本上能完成简单常用码型的编码和解码过程，来进行系统的数据传输。

关键词：数字基带传输系统 FPGA HDB3

Design and implementation of HDB3 baseband data transmission system based on FPGA

ABSTRACT

With the advent of lsi, the equipment complexity and technical difficulty of digital transmission system have been greatly reduced. In order to better deepen the understanding of digital baseband transmission system and modern coding technology, the design and implementation of HDB3 code baseband data transmission system based on FPGA were carried out. For the field programmable gate array FPGA used in this design, it has great flexibility and universality. On this platform, AD sampling of analog signals is carried out, data transmission is marked by frame synchronization, and digital signals are encoded and processed according to the encoding principle of HDB3 code. The clock in the signal is captured through the phase-locked loop and transmitted to the HDB3 code decoding module. Finally, the decoded data is transmitted to the DAC to restore the original signal.

Key words: digital baseband transmission system; FPGA; HDB3

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 发展历史 1

1.3 研究背景及应用现状 2

1.4 论文和设计的内容 3

第二章 系统的总体设计 4

2.1 数字基带信号传输系统的组成 4

2.2 基带传输常用的码型 4

2.2.1 AMI码 5

2.2.2 HDB3码 5

2.2.3 双相码 6

2.2.4 CMI码 7

2.3 硬件选型 8

2.3.1 硬件的选择 8

2.3.2 FPGA主控板的介绍 8

2.4 系统方案设计 10

2.4.1 发送端 10

2.4.2 接收端 10

第三章 功能模块详细设计 11

3.1 发送端编码模块设计 11

3.1.1 A/D采样模块 11

3.1.2 插帧模块 13

3.1.3 HDB3编码模块 14

3.1.4 模拟数字开关 16

3.2 接收端解码模块设计 17

3.2.1 全数字锁相环模块 17

3.2.2 HDB3解码模块 18

3.2.3 D/A输出模块 18

第四章 系统仿真 20

4.1 HDB3编码模块仿真 20

4.1.1 插帧模块仿真 20

4.1.2 HDB3编码仿真 21

4.1.3 模拟数字开关仿真 21

4.2 HDB3解码模块仿真 24

4.2.1 全数字锁相环模块仿真 24

4.2.2 HDB3解码仿真 25

第五章 系统调试 26

5.1 插帧模块系统调试 26

5.2 HDB3编码信号输出调试 26

5.3 模拟开关输出的编码波形 27

5.4 调试中遇到的问题 28

第六章 论文总结 29

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1 引言

从字面意思上理解通信二字，就是传输信息。那么以数字信号作为传输的介质，在经过信息编码处理以后，在信道上进行传输的通信方式，就称为数字通信。数字通信与模拟通信进行比较，数字通信更复杂并且传输带宽更大。但数字通信从而也获得了更高的灵活性。在数字传输系统中，来自不同种类的数据终端的数字信号，都可以作为数字信息在其中进行传输，脉冲编码信号也可以在其中进行传输，这是通过数字化处理后的模拟信号。在信号传输为近距离的情况下，信号没有经过调制并且可以直接进行传输的数字信号，就称为数字基带信号，而这类传输系统被称为数字基带传输系统。在实际的应用中，数字基带传输系统可以同时适用于高速和低速的数据传输中，在未来有着巨大的发展空间。

1.2 发展历史

从1940年代左右开始，信息论作为现代通信技术的重要理论基石，已经稳定发展成为现代信息科学技术的一个重要组成部分。

香农在1948和1949年发表了两篇著名的有关信息论的论文。人们通过香农的视角，第一次系统了解到了信息的定义，表达了信息量，对经典通信问题进行了阐明。一些对于信源编码、信道编码的基本技术问题的解答，也成功地使香农成为了现代信息论的奠基人。

在香农的影响下，1950~1960年之间，在原有的研究基础建设上，随着信息论的研究在各个专业邻域的逐渐渗透，信息论开始偏向于信源编码问题的探究。

到了二十世纪七十年代，数字计算机开始广泛应用，使得通信系统能力大大提高。此时，人们逐渐开始关注于信息如何更加有效地利用和处理。所以人们力求在各个专业学科邻域内，寻求发现信息论能够突破香农信息论的进步方法，冲破原有的狭隘范围，使得现代信息论成为世界专业邻域内所遇到的各种信息问题的理论基础。
时间来到了二十世纪九十年代，计算机技术的持续发展造就了turbo码和LDPC码的诞生。但在实际情况下，这两种码只能够无限逼近香农极限并不能突破理想条件局限性，达到香农所得出的一些结论。

在2008年，Polar码出现了。该码的编译码复杂度较低，是目前发现的唯一一类满足香农极限的编码方法，此编码已经作为控制信道的编码方案加入到5G场景的应用中。

1.3 研究背景及应用现状

在当下这个信息化高速发展的社会，现代社会发展的命脉已经完全掌握在信息和通信技术的发展水平上。并且伴随人们逐步对信息化世界的探索，使得通信技术发展地日新月异。依靠着通信技术的发展，世界上每个社会成员之间通过信息交流进行合作互助，整个社会基于广泛的信息交换下，社会生产力和经济效益都得到了显著的发展和提高。

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