漢明碼編譯碼器系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

1、 課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 漢明碼編譯碼器仿真設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 系 別： 專 業(yè)： 屆 別： 指導(dǎo)教師： 漢明碼編譯碼器仿真設(shè)計(jì)1 課程設(shè)計(jì)任務(wù) 漢明碼是一種能夠糾正一位錯(cuò)碼或檢測兩位錯(cuò)碼的一種效率較高的線性分組碼。本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)就是利用Systemview 軟件實(shí)現(xiàn)（7，4）漢明碼的編譯碼器的仿真設(shè)計(jì)。進(jìn)一步分析該系統(tǒng)的性能。2 漢明碼編譯碼原理的研究背景在通信編碼方面，其發(fā)展的速度是非?？斓?，而且未來的發(fā)展空間還很巨大。20世紀(jì)40年代才開始形成編碼原理。數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問題很多，其中編碼是數(shù)字通信系統(tǒng)必不可少的模塊。編碼包括信源

2、編碼和信道編碼，信源編碼有兩個(gè)基本功能：一是提高傳輸系統(tǒng)的有效性，即通過某種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)減少碼元數(shù)目和降低碼元速率。碼元速率決定傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬反應(yīng)了信道的有效性。二是完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。信道編碼的目的是增強(qiáng)數(shù)字信號(hào)的抗干擾能力。信道編碼對傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分，組成所謂抗干擾編碼。接收端的信道譯碼器按相應(yīng)的逆規(guī)則進(jìn)行解碼從中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或者糾正錯(cuò)誤，提高通信系統(tǒng)的可靠性。我們把建立在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的編碼稱為代數(shù)碼。在代數(shù)碼中常見的是線性碼。在線性碼中信息位和監(jiān)督位是由一些線性代數(shù)方程聯(lián)系著的，或者說線性碼是按照一定的線性方程構(gòu)成的。漢明碼是1950年由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室提出來的，是第

3、一個(gè)設(shè)計(jì)用來糾正錯(cuò)誤的線性分組碼，從20世紀(jì)50年代問世以來，在提高系統(tǒng)可靠性方面獲得了廣泛的應(yīng)用。最先用于磁芯存儲(chǔ)器，60年代初用于大型計(jì)算機(jī)，70年代在MOS存儲(chǔ)器中得到應(yīng)用，后來在中小型計(jì)算機(jī)中普遍采用，隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代編碼理論和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，性能優(yōu)良的編譯碼方法不斷出現(xiàn)而實(shí)現(xiàn)成本不斷降低，其應(yīng)用已不局限語音、圖像等方面，現(xiàn)在更多的是擴(kuò)展到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)、磁盤，甚至在移動(dòng)通信及衛(wèi)星通信中得到應(yīng)用，而且人們研究的不僅僅是糾正一位錯(cuò)碼，而傾向于糾正多位錯(cuò)碼。擴(kuò)展?jié)h明碼的研究以及雜交編碼方式等性能更優(yōu)良的系統(tǒng)正在研究當(dāng)中1。3 漢明碼編譯碼器的設(shè)計(jì)原理3.1 漢明碼編譯碼器系統(tǒng)說明

4、漢明碼是一種能夠糾正一位錯(cuò)碼且編碼效率較高的線性分組碼。分組碼一般用符號(hào)（n，k）表示，其中k是信息碼元的數(shù)目，n是編碼組的總位數(shù)，又稱為碼組長度n-k為監(jiān)督碼元數(shù)目。以（7,4）漢明碼為例介紹漢明碼的編解碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理。其系統(tǒng)框圖如下: 圖1 系統(tǒng)框圖3.2 漢明碼編碼原理設(shè)分組碼（n，k）中k=4，為了糾正一位錯(cuò)碼，監(jiān)督位數(shù)r應(yīng)大于等于3，這里我們?nèi)=3.則n=k+r=7。用a6a4a3a2a1a0表示這七位碼元，用s2s1s0表示三個(gè)監(jiān)督關(guān)系式中的校正子，則s2s1s0的值與錯(cuò)碼位置的對應(yīng)關(guān)系可以規(guī)定為下標(biāo)所示。自然，我們也可以規(guī)定成另外一種對應(yīng)關(guān)系。由表中規(guī)定可見，僅當(dāng)一位錯(cuò)碼在a2

5、,a4,a5,a6時(shí)，校正子s2為1；否則s2為0.這就意味著a2,a4,a5,a6構(gòu)成偶數(shù)監(jiān)督關(guān)系式2 (3-1) (3-2) (3-3) 表1 錯(cuò)誤圖樣表 在發(fā)送端編碼時(shí)，信息位a6，a5，a4，a3決定于輸入信號(hào)，因此它們都是隨機(jī)的。監(jiān)督位a2，a1，a0根據(jù)信息位的取值按監(jiān)督關(guān)系來確定，即監(jiān)督位應(yīng)使s2s1s0的值為0，即： (3-4) (3-5) (3-6)由上三式經(jīng)過移項(xiàng)運(yùn)算，解出監(jiān)督位 (3-7) (3-8) (3-9) 給定信息位后，可以直接按上述監(jiān)督關(guān)系式式算出監(jiān)督位，其結(jié)果如表2所示 表2 監(jiān)督位計(jì)算結(jié)果漢明碼編碼流程圖：圖2 編碼流程圖3.3漢明碼譯碼原理 譯碼時(shí)在接收端

6、對收到的信息位進(jìn)行再編碼產(chǎn)生新的監(jiān)督碼a2a1a0與接收到的監(jiān)督碼進(jìn)異或；將其輸入3-8譯碼器3譯碼輸入線。則其對應(yīng)的輸出為y7y6y5y3。譯碼器的輸出端y7y6y5y3分別與信息元a6，a5，a4，a3異或，若無錯(cuò)則a2a1a0與a2a1a0應(yīng)相同異或結(jié)果為000則3-8譯碼器的輸出位y0為o；若a2a1a0與a2a1a0不同異或結(jié)果必不為0.再根據(jù)錯(cuò)碼位置便可確定誤碼的位置并糾錯(cuò)。由于3-8譯碼器為低電平有效，所以只需把y0接入誤碼分析，當(dāng)接受到的碼組無錯(cuò)時(shí)y0為0表示在編譯碼中沒有錯(cuò)誤產(chǎn)生；若y0為1說明收到的碼組在傳輸過程中產(chǎn)生了錯(cuò)誤.漢明碼譯碼流程圖如下4： 圖3 譯碼流程圖4 漢

7、明碼編譯碼器電路仿真4.1 Systemview簡介Systemview是美國ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具。它界面友好，使用方便。使用它，用戶可以用圖符去描敘自己的系統(tǒng)，無需與復(fù)雜的程序語言打交道，不用寫代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。Systemview的圖符資源十分豐富，包括基本庫和專業(yè)庫。基本庫中包括加法器，乘法器，多種信號(hào)源，接收器，各種函數(shù)運(yùn)算器等，專業(yè)庫有通信、邏輯、數(shù)字信號(hào)處理等特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和方案論證。Systemview能自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，給出錯(cuò)誤連接信息或者尚懸空的待連接端信息，通知用戶連接出錯(cuò)并

8、通過顯示找出出錯(cuò)的位置5。安裝好Systemview軟件，打開后如圖所示：圖4 Systemview界面完成仿真電路時(shí)可以通過左邊圖庫選擇所需的圖符，通過工具欄的接線按鈕可以連接個(gè)圖符，系統(tǒng)完成之后，仿真之前需設(shè)置系統(tǒng)定時(shí)窗口中的參數(shù)，設(shè)置好之后單擊運(yùn)行按鈕即開始仿真，可通過分析窗口觀察仿真結(jié)果。4.2 漢明碼編譯碼器仿真電路系統(tǒng)各圖符參數(shù)設(shè)置如下：表3 系統(tǒng)圖符參數(shù)設(shè)置圖符編號(hào)庫/圖符名稱 參數(shù)89-92、67-69、83、86Sink：SystemView85-88Source：PN SeqAmplitude:1 Offect:0 Rate:10Hz Phase:0 NoLevels :2

9、93-96、73、101Operator：SamperSampere Rate：250Hz Aperture（sec）：0 Jitter（sec）：052-57、77-78、80-81Logic：XORGate Delay（s）：0 False Output（v）：-1Threshold（v）：500e-3 Rise Time（s）：0True Output(v):+1 Fall Time(s)：062-65、71、98Logic：InvertGate Delay（s）：0 False Output（v）：-1Threshold（v）：500e-3 Rise Time（s）：0True Out

10、put(v):+1 Fall Time(s)：012-15、35-41、84、99Meta I/O:Input25-31、105-111、58-62Meta I/O:Ouput103編碼子系統(tǒng) 104譯碼子系統(tǒng) 102Adder 100Source：GaussNoiseSet Deviation（v）：1 Mean（v）：0 70Logic:Mux-D-8Gate Delay（s）：0 False Output（v）：-1Threshold（v）：500e-3 Rise Time（s）：0True Output(v):+1 Fall Time(s)：0 72Source：Step FctAmp

11、litude（v）：5 Start Time（sec）：0Offset（v）：0漢明碼編譯碼器仿真電路總圖：圖5 電路總圖漢明碼編譯碼器編碼模塊：圖6 編碼模塊漢明碼編譯碼器譯碼模塊：圖7 譯碼模塊漢明碼編譯碼器仿真結(jié)果： 圖符66和89波形，89為輸入波形，66為譯碼后波形圖8 a6輸入波形圖9 a6 輸出波形 圖符67和90波形，90為輸入波形，67為譯碼后波形圖10 a5輸入波形圖11 a5輸出波形 圖符68和91波形，91為輸入波形，68為譯碼后波形圖12 a4輸入波形圖13 a4輸出波形 圖符69和92波形，92為輸入波形，69為譯碼后波形圖14 a3輸入波形圖15 a3輸出波形 圖

12、符83為錯(cuò)誤指示圖16 a3誤碼指示4.3 結(jié)果分析 PN信號(hào)源頻率為10HZ，采樣頻率應(yīng)該大于等于20HZ，我選擇了250HZ，所以在加入高斯白噪聲的時(shí)候?yàn)榱吮ＷC加法器的輸入頻率一致我將噪聲的采樣頻率也設(shè)為250HZ，同理我也將圖符72階躍函數(shù)的采樣頻率設(shè)為250HZ，具體參數(shù)設(shè)置如表3所示。完成仿真電路后，設(shè)置系統(tǒng)定時(shí)，將采樣頻率設(shè)為250HZ,采樣點(diǎn)為200，更新之后進(jìn)行運(yùn)行操作，觀察結(jié)果，89,90,91,92為輸入的四位漢明碼，66，67,68,69為譯碼波形，結(jié)果如表4所示。從結(jié)果可以看出輸入信號(hào)在經(jīng)過有擾信道后得到了正確輸出。此系統(tǒng)完成了漢明碼的編碼解碼。經(jīng)過測試此電路只能應(yīng)用于

13、糾正一位錯(cuò)碼，如果電路中有兩位錯(cuò)碼時(shí)譯碼將不再有效。但是可以看出漢明碼是能夠糾正一位錯(cuò)碼的高效率碼型。 表4 輸入輸出對比 5 結(jié)論 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我按時(shí)完成了課程設(shè)計(jì)的任務(wù)。用Systemview軟件實(shí)現(xiàn)了漢明碼編譯碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。完成了漢明碼編碼解碼要求，同時(shí)對該系統(tǒng)性能做出了評估。本次設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：1.對漢明碼編譯碼原理的掌握及其發(fā)展背景和前景的了解；2.用Systemview軟件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括編碼設(shè)計(jì)，解碼設(shè)計(jì)以及糾錯(cuò)檢錯(cuò)設(shè)計(jì)；3.對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。 在這次課程設(shè)計(jì)中獨(dú)立完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，期間遇到不少問題，比如在使用3-8譯碼器時(shí)沒有弄清其結(jié)構(gòu)，這使我明白理論的重要性，不能急

14、于求成，耐心研究才是出真知的唯一法寶。在設(shè)計(jì)中深深體會(huì)到自己見解及理論知識(shí)的淺薄。在今后一定會(huì)努力增長自己知識(shí)面，學(xué)習(xí)更多知識(shí)。設(shè)計(jì)中老師的不斷提點(diǎn)對我的設(shè)計(jì)影響頗深。參考文獻(xiàn)1 李東生,左洪浩等 .Systemview系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真入門與應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2002:2-3.2樊昌信等. 通信原理 ( 第六版) M.北京：國防工業(yè)出版社，2011:335-340.3康華光等.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第5版）M.北京：高等教育出版社,2005,143-148.4孫屹.Systemview通信仿真開發(fā)手冊M.北京：國防工業(yè)出版社,2004:280-286.5戴志平.Systemview數(shù)字通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)M.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2011:2-4.6王英等.低通信號(hào)的采樣與重建及其systemview仿真J.現(xiàn)代電子技術(shù)，2006,29（14）:130-133.7青松等.數(shù)字通信系統(tǒng)