漢明碼編譯碼器系統(tǒng)仿真設計

1、 課程設計報告題 目： 漢明碼編譯碼器仿真設計 學生姓名： 學生學號： 系 別： 專 業(yè)： 屆 別： 指導教師： 漢明碼編譯碼器仿真設計1 課程設計任務 漢明碼是一種能夠糾正一位錯碼或檢測兩位錯碼的一種效率較高的線性分組碼。本次課程設計的任務就是利用Systemview 軟件實現(xiàn)（7，4）漢明碼的編譯碼器的仿真設計。進一步分析該系統(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?？斓模椅磥淼陌l(fā)展空間還很巨大。20世紀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)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)設計的問題很多，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數(shù)字信號的抗干擾能力。信道編碼對傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護成分，組成所謂抗干擾編碼。接收端的信道譯碼器按相應的逆規(guī)則進行解碼從中發(fā)現(xiàn)錯誤或者糾正錯誤，提高通信系統(tǒng)的可靠性。我們把建立在數(shù)學基礎上的編碼稱為代數(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年由美國貝爾實驗室提出來的，是第

3、一個設計用來糾正錯誤的線性分組碼，從20世紀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用。最先用于磁芯存儲器，60年代初用于大型計算機，70年代在MOS存儲器中得到應用，后來在中小型計算機中普遍采用，隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代編碼理論和大規(guī)模集成電路的應用，性能優(yōu)良的編譯碼方法不斷出現(xiàn)而實現(xiàn)成本不斷降低，其應用已不局限語音、圖像等方面，現(xiàn)在更多的是擴展到計算機存儲系統(tǒng)、磁盤，甚至在移動通信及衛(wèi)星通信中得到應用，而且人們研究的不僅僅是糾正一位錯碼，而傾向于糾正多位錯碼。擴展?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)正在研究當中1。3 漢明碼編譯碼器的設計原理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碼且編碼效率較高的線性分組碼。分組碼一般用符號（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)設計原理。其系統(tǒng)框圖如下: 圖1 系統(tǒng)框圖3.2 漢明碼編碼原理設分組碼（n，k）中k=4，為了糾正一位錯碼，監(jiān)督位數(shù)r應大于等于3，這里我們?nèi)=3.則n=k+r=7。用a6a4a3a2a1a0表示這七位碼元，用s2s1s0表示三個監(jiān)督關(guān)系式中的校正子，則s2s1s0的值與錯碼位置的對應關(guān)系可以規(guī)定為下標所示。自然，我們也可以規(guī)定成另外一種對應關(guān)系。由表中規(guī)定可見，僅當一位錯碼在a2

5、,a4,a5,a6時，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 錯誤圖樣表 在發(fā)送端編碼時，信息位a6，a5，a4，a3決定于輸入信號，因此它們都是隨機的。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)督位應使s2s1s0的值為0，即： (3-4) (3-5) (3-6)由上三式經(jīng)過移項運算，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 譯碼時在接收端

6、對收到的信息位進行再編碼產(chǎn)生新的監(jiān)督碼a2a1a0與接收到的監(jiān)督碼進異或；將其輸入3-8譯碼器3譯碼輸入線。則其對應的輸出為y7y6y5y3。譯碼器的輸出端y7y6y5y3分別與信息元a6，a5，a4，a3異或，若無錯則a2a1a0與a2a1a0應相同異或結(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)錯碼位置便可確定誤碼的位置并糾錯。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，當接受到的碼組無錯時y0為0表示在編譯碼中沒有錯誤產(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)的設計與仿真。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，多種信號源，接收器，各種函數(shù)運算器等，專業(yè)庫有通信、邏輯、數(shù)字信號處理等特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設計、仿真和方案論證。Systemview能自動執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，給出錯誤連接信息或者尚懸空的待連接端信息，通知用戶連接出錯并

8、通過顯示找出出錯的位置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圖符，系統(tǒng)完成之后，仿真之前需設置系統(tǒng)定時窗口中的參數(shù)，設置好之后單擊運行按鈕即開始仿真，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)設置如下：表3 系統(tǒng)圖符參數(shù)設置圖符編號庫/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為錯誤指示圖16 a3誤碼指示4.3 結(jié)果分析 PN信號源頻率為10HZ，采樣頻率應該大于等于20HZ，我選擇了250HZ，所以在加入高斯白噪聲的時候為了保證加法器的輸入頻率一致我將噪聲的采樣頻率也設為250HZ，同理我也將圖符72階躍函數(shù)的采樣頻率設為250HZ，具體參數(shù)設置如表3所示。完成仿真電路后，設置系統(tǒng)定時，將采樣頻率設為250HZ,采樣點為200，更新之后進行運行操作，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用于

13、糾正一位錯碼，如果電路中有兩位錯碼時譯碼將不再有效。但是可以看出漢明碼是能夠糾正一位錯碼的高效率碼型。 表4 輸入輸出對比 5 結(jié)論 根據(jù)設計要求，我按時完成了課程設計的任務。用Systemview軟件實現(xiàn)了漢明碼編譯碼系統(tǒng)的設計與仿真。完成了漢明碼編碼解碼要求，同時對該系統(tǒng)性能做出了評估。本次設計內(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軟件進行系統(tǒng)設計，包括編碼設計，解碼設計以及糾錯檢錯設計；3.對仿真結(jié)果進行分析。 在這次課程設計中獨立完成設計內(nèi)容，期間遇到不少問題，比如在使用3-8譯碼器時沒有弄清其結(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。在設計中深深體會到自己見解及理論知識的淺薄。在今后一定會努力增長自己知識面，學習更多知識。設計中老師的不斷提點對我的設計影響頗深。參考文獻1 李東生,左洪浩等 .Systemview系統(tǒng)設計及仿真入門與應用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)仿真設計M.北京：北京郵電大學出版社，2011:2-4.6王英等.低通信號的采樣與重建及其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)