北京交通大學(xué)-通信原理實(shí)驗(yàn)-漢明編碼實(shí)驗(yàn)報(bào)告課件

1、通信原理實(shí)驗(yàn)第13頁(yè)學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 王根英 日期： 2014.12.30 上課時(shí)間：星期 2 第 5 大節(jié)通信原理實(shí)驗(yàn)電子信息工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)十五 漢明編碼和譯碼實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備(1) 預(yù)習(xí)本實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容。(2) 熟悉實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書附錄B和附錄C中實(shí)驗(yàn)箱面板分布及測(cè)試孔位置相關(guān)模塊的跳線狀態(tài)。(3) 實(shí)驗(yàn)前重點(diǎn)熟悉的內(nèi)容：漢明碼的編碼規(guī)則、漢明碼的糾錯(cuò)能力。(4) 思考題。1) 什么是漢明碼？它能糾幾位錯(cuò)碼？它有什么特點(diǎn)？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。它可以糾正一位錯(cuò)碼。2) 本實(shí)驗(yàn)中漢明編碼器的輸入數(shù)據(jù)速率為32kbps,輸出數(shù)據(jù)速率為多少？為漢明編碼器

2、的輸入信號(hào)選擇m序列信號(hào)時(shí)，跳線開(kāi)關(guān)SWCO1、KCO1如何漢明編碼器的輸入信號(hào)選擇來(lái)自ADPCM模塊的ADPCM信號(hào)時(shí)，跳線開(kāi)關(guān)如何設(shè)置？漢明編碼器的輸入數(shù)據(jù)速率為32kbps，輸出數(shù)據(jù)率為56kbps。m序列時(shí)，選擇ADPCM碼字由工作方式選擇開(kāi)關(guān)SWCO1中的ADPCM狀態(tài)決定，當(dāng)處于ADPCM狀態(tài)時(shí)（插入跳線器）。二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 掌握漢明碼編譯碼原理。(2) 掌握漢明碼糾錯(cuò)檢錯(cuò)原理。(3) 通過(guò)糾錯(cuò)編解碼實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)糾錯(cuò)編解碼理論的理解。三、 實(shí)驗(yàn)儀器(1) ZH5001A通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(2) 20MHz雙蹤示波器四、 基本原理差錯(cuò)控制編碼的基本原理是：由發(fā)送端的信道編碼器

3、在信息碼元序列中增加一些監(jiān)督碼元。這冗余的碼元與信息之間以某種確定的規(guī)則建立校驗(yàn)關(guān)系，使接收端可以利用這種關(guān)系由信道譯碼器來(lái)發(fā)現(xiàn)或糾正可能存在的錯(cuò)碼。不同的編碼方法有不同的檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力。為了糾正位錯(cuò)碼，在分組碼中最少要加入多少監(jiān)督位才可行呢？編碼效率能否提高呢？從這種思想出發(fā)進(jìn)行研究，便導(dǎo)致了漢明碼的誕生。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。下面介紹漢明碼的編碼原理。一般來(lái)說(shuō)，若碼長(zhǎng)為，信息位數(shù)為，記作碼，則監(jiān)督位數(shù)，如果希望用個(gè)監(jiān)督位構(gòu)造出個(gè)監(jiān)督關(guān)系式來(lái)指示一位錯(cuò)碼的種可能位置，則要求 通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的糾錯(cuò)碼系統(tǒng)采用（7，4）漢明碼。用 表示這7個(gè)碼元，用表小3

4、個(gè)監(jiān)督關(guān)系式中的校正子，則的值與碼元間構(gòu)成偶數(shù)監(jiān)督關(guān)系： 在發(fā)送端編碼時(shí)，信息位和的值決定于輸入信號(hào)，因此它們是隨機(jī)的。監(jiān)督位和應(yīng)根據(jù)信息位的取值按監(jiān)督關(guān)系來(lái)確定，即監(jiān)督位應(yīng)使以上=式中的值為零（表示變成的碼組中應(yīng)無(wú)錯(cuò)碼），即上式經(jīng)移項(xiàng)運(yùn)算，解出監(jiān)督位給定信息位后，可直接按上式算出監(jiān)督位，其結(jié)果如下表信息位監(jiān)督位信息位監(jiān)督位0000000100010100010111001110001011010100110011101101100001001111100010010110011010010110001111010001110101111111接收端收到每個(gè)碼組后，先按式（12-2）式（12-

5、4）計(jì)算出，再按上表判斷錯(cuò)碼情況。例如，若接收碼組為0000011，按式（12-2）式（12-4）計(jì)算可得。由于等于011，故可知在位有一錯(cuò)碼。按上述方法構(gòu)造的碼稱為漢明碼。（7，4）漢明碼的最小碼距d=3，因此，這種碼能糾正一個(gè)錯(cuò)碼或檢測(cè)兩個(gè)錯(cuò)碼。漢明碼有以下特點(diǎn)：碼長(zhǎng) 最小碼距d=3信息碼位 糾錯(cuò)能力t=1監(jiān)督碼位 這里，m為 的正整數(shù)，給定m后，即可構(gòu)造出具體的漢明碼（n,k）。漢明碼的編碼器和譯碼器電路如圖所示。漢明編碼模塊實(shí)驗(yàn)電路工作原理描述如下。1.輸入數(shù)據(jù)漢明編碼輸入數(shù)據(jù)可以來(lái)自ADPCM1模塊的ADPCM碼字，或來(lái)自同步數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù)、異步端口數(shù)據(jù)、CVSD編碼數(shù)據(jù)、m序列。選擇

6、ADPCM碼字由工作方式選擇開(kāi)關(guān)SWCO1中的ADPCM狀態(tài)決定，當(dāng)處于ADPCM狀態(tài)時(shí)（插入跳線器），漢明編碼器對(duì)ADPCM信號(hào)編碼否則處于非ADPCM狀態(tài)時(shí)（拔除跳線器），輸入編碼數(shù)據(jù)來(lái)自開(kāi)關(guān)KCO1所設(shè)置的位置，分別為同步數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù)、異步端口數(shù)據(jù)、CVSD編碼、m序列。2.m序列發(fā)生器m序列用于測(cè)試漢明編碼規(guī)則，輸出數(shù)據(jù)信號(hào)與開(kāi)關(guān)SWCO1位置如下表。3.編碼使能開(kāi)關(guān)此開(kāi)關(guān)應(yīng)與接收端漢明譯碼器使能開(kāi)關(guān)同步使用，該開(kāi)關(guān)處于使能狀態(tài)（H-EN短路器插入），漢明碼編碼器工作；否則漢明碼編碼器不工作。需要注意：漢明碼編碼器不工作時(shí)，ADPCM和CVSD話音數(shù)據(jù)無(wú)法通過(guò)調(diào)制解調(diào)信道通話，這是因?yàn)?/p>

7、編碼速率與信道速率不匹配。4.錯(cuò)碼產(chǎn)生錯(cuò)碼產(chǎn)生專門設(shè)計(jì)用于測(cè)量漢明譯碼器的糾錯(cuò)和檢錯(cuò)性能。輸出錯(cuò)碼與開(kāi)關(guān)SWCO1位置如下表所示。錯(cuò)碼可以用示波器從錯(cuò)碼指示端口TPC03監(jiān)測(cè)。漢明編碼模塊各測(cè)試點(diǎn)定義如下。（1)TPCO1：輸入數(shù)據(jù)。（2）TPC02：輸入時(shí)鐘。（3）TPC03：錯(cuò)碼指示（無(wú)加錯(cuò)時(shí)，該點(diǎn)為低電平）。（4）TPC04：編碼模塊輸出時(shí)鐘（56kHz/BPSK/DBPSK)。（5）TPC05：編碼模塊輸出數(shù)據(jù)（56kbtps/BPSK/DBPSK）。漢明編碼模塊電路功能組成框圖見(jiàn)圖12-2。漢明譯碼模塊實(shí)驗(yàn)電路工作原理描述如下。1.輸入信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)KWO1、KW02用于選擇輸入信

8、號(hào)和時(shí)鐘是來(lái)自解調(diào)器信道或直接來(lái)自漢明編碼模塊。當(dāng)KWO1、KW02設(shè)置在1-2位置（CH：左端），則輸入信號(hào)來(lái)自信道開(kāi)關(guān)KWO1、KW02設(shè)置在2_3位置（LOOP：右端）則輸入信號(hào)來(lái)自漢明編碼模塊。2漢明譯碼器主要由串/并變換器、校正子生成器、3/8譯碼器和糾錯(cuò)電路構(gòu)成。該電路專門由一個(gè)CPLD（EPM7128）實(shí)現(xiàn)。3漢明譯碼使能開(kāi)關(guān)SW03中H-EN與發(fā)端編碼使能開(kāi)關(guān)同步使用。漢明譯碼模塊各測(cè)試點(diǎn)定義如下。TPWO1；輸入時(shí)鐘（56kHz)。TPW02：輸入數(shù)據(jù)（56kbps)。TPW03：檢測(cè)錯(cuò)碼指示。TPW04：輸出時(shí)鐘。TPW05：CVSD數(shù)據(jù)輸出。TPW06：同步數(shù)據(jù)輸出。TP

9、W07：m序列輸出。TPW08：異步數(shù)據(jù)輸出。漢明譯碼模塊電路功能組成框圖見(jiàn)圖12-3。五、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）準(zhǔn)備工作（1)首先通過(guò)菜單將調(diào)制方式設(shè)置為BPSK或DBPSK方式；將漢明編碼模塊內(nèi)工作方式選擇開(kāi)關(guān)SWCO1中：編碼使能開(kāi)關(guān)插入（HEN），ADPCM數(shù)據(jù)斷開(kāi)(ADPCM)；加錯(cuò)開(kāi)關(guān)EMODO、EMOD1均拔出接入；將輸入數(shù)據(jù)選擇開(kāi)關(guān)KCO1設(shè)置在m序列（DTM)位置，設(shè)置m序列方式為00（MSEL2和MSEL1拔下），此時(shí)m序列輸出為1/0碼。（2）將漢明譯碼模塊內(nèi)輸入信號(hào)和時(shí)鐘選擇開(kāi)關(guān)KWO1、KW02設(shè)置在LOOP位置（右端），輸入信號(hào)直接來(lái)自漢明編碼模塊（不通過(guò)調(diào)制、信道、解調(diào)

10、）；將譯碼器使能開(kāi)關(guān)KW03設(shè)置在工作位置ON（左端）。（二）編碼規(guī)則驗(yàn)證（1)用示波器同時(shí)觀測(cè)編碼輸入信號(hào)TPCO1波形和編碼輸出波形TPC05，觀測(cè)時(shí)以TPCO1同步，觀測(cè)是否符合漢明編碼規(guī)則（參見(jiàn)表12-1)。注意此時(shí)輸入、輸出數(shù)據(jù)速率不同，輸入數(shù)據(jù)速率為32kbps，輸出數(shù)據(jù)速率為56kbps。上方為TPC01波形，下方為TPC05波形：可見(jiàn)上方數(shù)據(jù)為：1100TPC05編碼波形數(shù)據(jù)為：1100010對(duì)比上面編碼表，可以看出，是正確的。（2）設(shè)置m序列方式為10（MSEL2插入、MSEL1拔下），此時(shí)m序列輸出為1l/00碼（參見(jiàn)表12-1）。用示波器同時(shí)觀測(cè)編碼輸入信號(hào)TPCO1波形

11、和編碼輸出波形TPC05，觀測(cè)時(shí)以TPCO1同步，觀測(cè)是否符合漢明編碼規(guī)則。上方為TPC01波形，下方為TPC05波形：可見(jiàn)上方數(shù)據(jù)為：1100TPC05編碼波形數(shù)據(jù)為：1100010對(duì)比上面編碼表，可以看出，是正確的。（三）譯碼數(shù)據(jù)輸出量（1)設(shè)置m序列方式為11（MSEL2，MSEL1均插入用示波器同時(shí)觀測(cè)漢明編碼模塊的編碼輸入信號(hào)TPCO1波形和漢明譯碼模塊譯碼輸出m序列波形TPW07，觀測(cè)時(shí)以TPCO1同步。測(cè)量譯碼輸出數(shù)據(jù)與發(fā)端信號(hào)是否保持一致。注意：輸出波形與輸入波形之間有時(shí)延。記錄輸出波形和輸入波形。上方為TPC01波形，下方為TPW07波形：可見(jiàn)上方數(shù)據(jù)為：1101011110

12、001001101 TPW07解碼輸出波形數(shù)據(jù)為：1111000100110101111可以看出，兩者之間存在6個(gè)碼元的延遲。（四）譯碼同步過(guò)程觀測(cè)將漢明編碼模塊工作方式選擇開(kāi)關(guān)SWCO1的編碼使能開(kāi)關(guān)插入（H_EN）；ADPCM數(shù)據(jù)有效(ADPCM)將漢明譯碼模塊的輸入信號(hào)和時(shí)鐘選擇開(kāi)關(guān)KWO1、KW02設(shè)置在23位置（右端），輸入信號(hào)直接來(lái)自漢明編碼模塊。（1)用示波器檢測(cè)漢明譯碼模塊內(nèi)錯(cuò)碼檢測(cè)指示輸出波形TPW03。將漢明編碼模塊內(nèi)工作方式選擇開(kāi)關(guān)SWCO1的編碼使能開(kāi)關(guān)斷開(kāi)（H_EN，使?jié)h明譯碼模塊失步，觀測(cè)TPW03變化；將編碼使能開(kāi)關(guān)插入（H_EN），觀測(cè)漢明譯碼的同步過(guò)程，記錄測(cè)

13、量結(jié)果?？梢钥吹?，失步后TPW03輸出指示一連串的錯(cuò)誤。當(dāng)重新插上H_EN后，TPW03輸出為零，指示沒(méi)有錯(cuò)誤。（五）發(fā)端加錯(cuò)信號(hào)和漢明譯碼檢錯(cuò)能力觀測(cè)用示波器同時(shí)測(cè)量漢明編碼模塊內(nèi)加錯(cuò)指示TPC03和漢明譯碼模塊內(nèi)錯(cuò)碼檢測(cè)指示輸出波形TPW03的波形，觀測(cè)時(shí)以TPC03同步。（1)將漢明編碼模塊工作方式選擇開(kāi)關(guān)SWCO1的加錯(cuò)開(kāi)關(guān)E_MOD0、E_MOD1均拔出，此時(shí)無(wú)錯(cuò)碼，記錄結(jié)果。上方為TPC03波形，下方為TPW03波形：可見(jiàn)無(wú)錯(cuò)碼時(shí)只有兩個(gè)低電平輸出。（2）將漢明編碼模塊工作方式選擇開(kāi)關(guān)SWCO1的加錯(cuò)開(kāi)關(guān)E_MOD0接入、產(chǎn)生1位錯(cuò)碼，定性觀測(cè)明譯碼能否檢測(cè)出錯(cuò)碼，記錄結(jié)果。上方為

14、TPC03波形，下方為TPW03波形：可見(jiàn)一位錯(cuò)碼時(shí)發(fā)端和收端都有錯(cuò)誤提示輸出。（3）將漢明編碼模塊工作方式選擇開(kāi)關(guān)SWCO1的加錯(cuò)開(kāi)關(guān)E_MOD1，產(chǎn)生2位錯(cuò)碼，定性觀測(cè)明譯碼能否檢測(cè)出錯(cuò)碼，記錄結(jié)果。上方為TPC03波形，下方為TPW03波形：可見(jiàn)兩位錯(cuò)碼時(shí)發(fā)端和收端都有錯(cuò)誤提示輸出。但電平寬度不變。（4）將漢明編碼模塊工作方式選擇開(kāi)關(guān)SWCO1的加錯(cuò)開(kāi)關(guān)E_MOD0、E_MOD1都插入產(chǎn)生更多錯(cuò)碼，定性觀測(cè)明譯碼能否檢測(cè)出錯(cuò)碼和失步，記錄結(jié)果。上方為TPC03波形，下方為TPW03波形：可見(jiàn)兩位錯(cuò)碼時(shí)發(fā)端和收端都有錯(cuò)誤提示輸出。但電平寬度不變。但是這時(shí)的錯(cuò)誤提示實(shí)際上是錯(cuò)誤的。（六）漢明

15、譯碼糾錯(cuò)性能量漢明編碼的輸入信號(hào)設(shè)置m序列方式為11（MSEL2，MSEL1均插入）；用示波器同時(shí)觀測(cè)漢明編碼模塊的輸入信號(hào)TPCO1波形和漢明譯碼模塊譯碼輸出m序列波形TPW07，觀測(cè)時(shí)以TPCO1同步。（1)將漢明編碼模塊工作方式選擇開(kāi)關(guān)SWCO1的加錯(cuò)開(kāi)關(guān)E_MODO、E_MOD1均拔出，此時(shí)無(wú)錯(cuò)碼，記錄結(jié)果。上方為TPC01波形，下方為TPW07波形：可見(jiàn)沒(méi)有錯(cuò)碼時(shí)收端可以正常工作，解碼正常。（2）將漢明編碼模塊工作方式選擇開(kāi)關(guān)SWCO1的加錯(cuò)開(kāi)關(guān)E_MODO接入，產(chǎn)生1位錯(cuò)碼，定性觀測(cè)漢明編譯碼系統(tǒng)能否糾1位錯(cuò)碼，記錄結(jié)果。上方為TPC01波形，下方為TPW07波形：可見(jiàn)一位錯(cuò)碼時(shí)收端可以將錯(cuò)碼糾正，輸出任然正常。（3）將漢明編碼模塊工作方式選擇開(kāi)關(guān)SWCO1的加錯(cuò)開(kāi)關(guān)E MOD1接入，產(chǎn)生2位錯(cuò)碼，定性觀測(cè)漢明編譯碼系統(tǒng)能否糾2位錯(cuò)碼，記錄結(jié)果。上方為TPC01波形，下方為TPW07波形：可見(jiàn)兩位錯(cuò)碼時(shí)收端有部分情況可以正常解碼，但是會(huì)有較大的錯(cuò)誤，因此解碼輸出