通信原理篇---HDB3码

一、核心问题：为什么要用HDB3码？

想象你要用一盏灯来传递一串二进制密码（0和1）给远方的人。

规则A（简单方法）：亮灯（高电平）表示“1”，灭灯（零电平）表示“0”。
问题来了：如果连续传了很长一段“00000”，对方就一直看到灯灭着。他可能会走神，或者他的手表（用来对时间）会跑偏，导致他数错到底有几个“0”。这就是时钟失步问题。

HDB3码就是为了解决“如何在电缆里可靠地传数字信号，尤其是当有长串的0时，对方还能把时钟对准”而发明的。

二、HDB3的“交通规则”

HDB3不用两种电平（亮/灭），而是用三种电平：正电压（+1）、负电压（-1）、零电压（0）。它的核心规则有两条：

基本交通规则（来自它的前身AMI码）：
- 遇到“1”，就交替地发出一个正脉冲（+1）或负脉冲（-1）。
- 遇到“0”，就发零电平（0）。
- 这就像单行道，车辆（脉冲）必须一正一负交替通过，这样路上正负车的数量长期看是平衡的（没有直流分量）。
警察干预规则（HDB3的独门绝技）：
- 当这条“路上”连续出现4个“0”（即四辆空车）时，HDB3这个“交通警察”就觉得太危险了——后面司机会睡着（时钟失步）！
- 警察必须人为制造一次“违规”，插入一个特殊的脉冲来提醒大家。这个特殊脉冲叫“破坏脉冲”。

三、警察怎么“制造违规”？

警察（编码器）会偷偷把第4个“0”，替换成一个和上一个正常“1”脉冲同极性的电压。

这违反了“正负交替”的基本交通规则，所以叫“破坏脉冲”（V脉冲）。
接收方一看到这种“违规”，立刻就知道：“哦！这里原本是4个连0，警察在提醒我呢！”

但这样做有个小问题：如果总是用同极性，会导致正负不平衡（产生直流）。所以警察还有一个更聪明的后续操作：

他还会检查，并且根据情况，把这一串4个0里的第1个0，也偷偷换成一个小脉冲（B脉冲），来保持正负平衡。

四、两种“执法模式”（其实就是HDB3的两种编码情况）

警察有两种开罚单的模式，取决于上次“违规”以来，路上正常通过的“1”车是奇数还是偶数。

模式A（简单模式）：如果上次违规后，正常“1”的个数是奇数

警察把这4个连零变成：000V→000+（如果V是+）
例子：1, 0, 0, 0, 0（假设上个“1”是-）
- 正常：-1， 0， 0， 0， 0
- 看到4连0，触发规则。上次“1”是-，之后“1”的个数是0（偶数？等一下，这里需要判断）。为了简单理解，我们直接看结果。
- 最终编码：-1， 0， 0， -1， +1
- 看！第4个0变成了和上一个“1”（-1）同极性的-1（这是V脉冲，违规了！）。同时，为了保证平衡，什么也没加？不对，仔细看，第1个0还是0。哦，这其实符合另一种模式。

模式B（平衡模式）：如果上次违规后，正常“1”的个数是偶数

警察把这4个连零变成：B00V
即把第一个0变成一个小脉冲（B脉冲），B的极性和上一个正常“1”脉冲相反（这是合法的，没违规）。
把第四个0变成V脉冲，V的极性和B相同（这又违规了，但和B一正一负？等一下，B和V同极性才对）。

我知道上面有点绕。我们来看一个超级简单的万能记忆法：

五、一个秒懂的例子

原始二进制：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1

我们一步步编码（用+/-代表正负脉冲，0代表零电平）：

第一个1：发+1（开头随便选正）。
后面是0 0 0 0（四个连0！触发警察规则）。
- 检查：上次违规后（还没违规过），正常“1”的个数是1个（奇数）。用000V模式。
- 第4个0变成V脉冲。V必须和上一个“1”（+1）同极性，所以是+1。
- 所以这四个0变成：0, 0, 0, +1（注意最后的+1是违规的V脉冲）。
- 目前输出：+1, 0, 0, 0, +1
下一个是1：
- 基本规则：必须和上一个正常脉冲（不是V脉冲）交替。上一个正常脉冲是开头的+1，所以这个1应该发-1。
- 输出：... +1, -1
后面又是0 0 0 0（又四个连0！）。
- 检查：从上次V脉冲（那个+1）之后，正常“1”的个数只有一个（就是刚发的-1），个数是1（奇数）。所以还用000V模式。
- V必须和上一个正常“1”（-1）同极性，所以是-1。
- 这四个0变成：0, 0, 0, -1
- 输出：... -1, 0, 0, 0, -1
下一个是1：
- 基本规则：和上一个正常脉冲（-1）交替，所以发+1。
- 输出：... -1, +1
后面是0 0 0 0 0 0 0 0（八个连0！太长了！）。
- 先处理前四个0 0 0 0：
  - 检查：上次V脉冲（那个-1）之后，正常“1”的个数是1个（刚发的+1），奇数。用000V模式。
  - V和上一个正常“1”（+1）同极性：+1。
  - 输出：... +1, 0, 0, 0, +1
- 还剩四个0 0 0 0：
  - 检查：刚插入了一个V脉冲（+1），它之后正常“1”的个数是0（偶数）。这次用B00V模式！
  - B脉冲：必须和上一个正常“1”（还是那个+1）极性相反，所以是-1。
  - V脉冲：必须和B脉冲（-1）同极性，所以也是-1。
  - 这四个0变成：-1, 0, 0, -1
  - 输出：... +1, -1, 0, 0, -1
最后一个是1：
- 基本规则：和上一个正常脉冲（那个作为B脉冲的-1）交替，所以发+1。
- 最终输出：... -1, +1

最终HDB3编码（对比原始二进制）：

原始：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1
HDB3：+1 0 0 0 +1 -1 0 0 0 -1 +1 0 0 0 +1 -1 0 0 -1 +1

你看：

没有长连0了：最长只有3个连0。
有“违规”：找找那些连续两个同极性的脉冲（比如+1后面隔几个0又来个+1）。那就是V脉冲，是警察做的标记，告诉接收方“这里原本是4个0”。
接收方怎么解码：一看到“违规”的V脉冲，就知道它代表一个“0”，并且它前面有3个“0”（如果是000V模式）或者“B00”（如果是B00V模式）。然后把B和V都扔掉，恢复成原来的0。其他正常交替的脉冲就恢复成“1”。