奇偶校驗(yàn)-通信原理課程設(shè)計(jì)

1、西南科技大學(xué)通信原理設(shè)計(jì)報(bào)告 課程名稱： 通信原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)名稱： 奇偶校驗(yàn)編碼仿真 姓 名： 王雷 學(xué) 號(hào): 20105615 班 級(jí)： 通信1004 指導(dǎo)教師： 秦明偉 起止日期： 2013年7月5日星期五 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院制11 / 11方 向 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)學(xué)生班級(jí)： 通信1004 學(xué)生姓名： 王雷 學(xué)號(hào)： 20105615 設(shè)計(jì)名稱： 奇偶校驗(yàn)編碼仿真 起止日期： 2013年7月5日星期五 指導(dǎo)教師： 秦明偉 設(shè)計(jì)要求：（1）基于MATLAB編寫(xiě)M文件，實(shí)現(xiàn)CRC編碼的奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)8bit，校驗(yàn)位1bit；（2）仿真中要體現(xiàn)出有錯(cuò)誤bit時(shí)的校驗(yàn)情況，且要求錯(cuò)誤

2、時(shí)自動(dòng)報(bào)錯(cuò)；方 向 設(shè) 計(jì) 學(xué) 生 日 志時(shí)間設(shè)計(jì)內(nèi)容2013年7月1日了解題目要求和設(shè)計(jì)內(nèi)容2013年7月2日查詢資料學(xué)習(xí)matlab的使用2013年7月3日實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)2013年7月5日調(diào)試程序，更改錯(cuò)誤，編寫(xiě)報(bào)告奇偶校驗(yàn)編碼仿真 一、 摘要（150-250字）奇偶校驗(yàn)是一種校驗(yàn)代碼傳輸正確性的方法。根據(jù)被傳輸?shù)囊唤M二進(jìn)制代碼的數(shù)位中“1”的個(gè)數(shù)是奇數(shù)或偶數(shù)來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)。采用奇數(shù)的稱為奇校驗(yàn)，反之，稱為偶校驗(yàn)。采用何種校驗(yàn)是事先規(guī)定好的。通常專門設(shè)置一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，用它使這組代碼中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。若用奇校驗(yàn)，則當(dāng)接收端收到這組代碼時(shí)，校驗(yàn)“1”的個(gè)數(shù)是否為奇數(shù)，從而確定傳輸代碼的正

3、確性。二、 設(shè)計(jì)目的和意義認(rèn)識(shí)matlab軟件，學(xué)習(xí)掌握matlab的基本操作方法，熟悉M文件和simulink的具體實(shí)現(xiàn)方法，了解數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)的原理和在matlab中的基本仿真，通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)單的通信實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提高了動(dòng)手能力和對(duì)matlab操作，鞏固了課程知識(shí)。三、 設(shè)計(jì)原理 在數(shù)據(jù)傳輸前附加一位奇校驗(yàn)位，用來(lái)表示傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中"1"的個(gè)數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)，為奇數(shù)時(shí)，校驗(yàn)位置為"0"，否則置為"1"，用以保持?jǐn)?shù)據(jù)的奇偶性不變。例如，需要傳輸"11001110"，數(shù)據(jù)中含5個(gè)"1"，所以其奇校驗(yàn)位為&qu

4、ot;0"，同時(shí)把"110011100"傳輸給接收方，接收方收到數(shù)據(jù)后再一次計(jì)算奇偶性，"110011100"中仍然含有5個(gè)"1"，所以接收方計(jì)算出的奇校驗(yàn)位還是"0"，與發(fā)送方一致，表示在此次傳輸過(guò)程中未發(fā)生錯(cuò)誤。奇偶校驗(yàn)就是接收方用來(lái)驗(yàn)證發(fā)送方在傳輸過(guò)程中所傳數(shù)據(jù)是否由于某些原因造成破壞。 奇偶校驗(yàn)原理是基于異或的邏輯功能。奇偶校驗(yàn)的編碼方法是在原信號(hào)碼組后面添加以為監(jiān)督碼元，奇偶校驗(yàn)分為奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)，奇校驗(yàn)是原信息碼元加上監(jiān)督碼元后，使整個(gè)組成的數(shù)碼組中，1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)。偶校驗(yàn)的工作原理則正好與

5、奇校驗(yàn)相反。 對(duì)于n位二進(jìn)碼a1a2a3a4an奇校驗(yàn)有如下表示：a1a2a3a4anC=1 偶校驗(yàn)的表達(dá)式為：a1a2a3a4anC =1 其中，C為監(jiān)督碼元，在本設(shè)計(jì)中n為8，可以推出C的表達(dá)式為：C =a1a2a3a4a8、 在發(fā)送端讓其監(jiān)督碼和信息碼一起發(fā)送，在信息接收端，計(jì)算校驗(yàn)因子的表達(dá)式為：S=a1a2a3a4anC四、 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟 1.創(chuàng)建一個(gè)M文件，保存到自定義的文件夾中。2.在M文件中，首先利用rand函數(shù)隨機(jī)生成一組八位的只包含0和1的數(shù)組a，設(shè)置當(dāng)a（n）大于0.5時(shí)，設(shè)a（n）為1，小于0.5，則為0，這樣0和1等概率出現(xiàn)，即出現(xiàn)一組隨機(jī)等概率的八位都為0或者1的數(shù)

6、組。3.同樣用rand函數(shù)生成一組八位的只含有0和1的數(shù)組b，但是要設(shè)置當(dāng)b（n）大于0.95時(shí)，才給其賦值為1，其他為0，這樣在異或的邏輯檢測(cè)中容易檢測(cè)到錯(cuò)誤序列，其中的0.95是一個(gè)自己可以設(shè)定的概率大小，本設(shè)計(jì)選擇0.95.4.利用已知的數(shù)組a相互異或生成數(shù)C,利用數(shù)組a和b對(duì)應(yīng)相互異或生成數(shù)組c，然后用c和數(shù)C分別模擬接受到的八位有效位和校驗(yàn)位。5.把C和c相互異或可以生成數(shù)S，當(dāng)S大于0時(shí)，則表示b中有1的出現(xiàn)，既某些位錯(cuò)誤傳輸了，當(dāng)S等于0時(shí)，則表示原有效數(shù)據(jù)傳輸正確。（由于奇偶校驗(yàn)只是檢查當(dāng)發(fā)生奇數(shù)數(shù)位變化時(shí)，才能夠通過(guò)異或的關(guān)系檢測(cè)到變化，當(dāng)你錯(cuò)誤位為偶數(shù)時(shí)，不能夠檢測(cè)出你傳輸

7、出錯(cuò)。）6.在程序的開(kāi)始，初始化S=1，并且設(shè)置只能當(dāng)S大于0時(shí)才進(jìn)入到后面的數(shù)據(jù)處理，在程序的結(jié)尾，設(shè)置了一個(gè)判斷打印函數(shù)和一個(gè)斷點(diǎn)函數(shù)pause，這樣當(dāng)有錯(cuò)誤產(chǎn)生的時(shí)候，可以提示錯(cuò)誤警告，在從新點(diǎn)擊enter鍵時(shí)，程序會(huì)再次傳輸一次，一直到S=0，即傳輸沒(méi)有錯(cuò)誤產(chǎn)生。7.在M文件中點(diǎn)擊運(yùn)行，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本實(shí)驗(yàn)未來(lái)更加直觀的感受到數(shù)據(jù)傳輸和接受的情況，在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)賦值為send，接收數(shù)據(jù)為receive。該M文件中，程序利用校驗(yàn)因子S用于判斷傳輸途中是否有錯(cuò)，從而決定信號(hào)是否被重新傳輸；程序利用隨機(jī)數(shù)列b模擬使傳輸信號(hào)出錯(cuò)率為5%的干擾信號(hào)。程序中的while循環(huán)中被加入了一個(gè)pause命

8、令。在pause的作用下，當(dāng)程序模擬一次信號(hào)傳輸后，不管模擬的傳輸信號(hào)是否需要被重傳，程序都將暫停執(zhí)行。在程序結(jié)束運(yùn)行之后，如果前一次循環(huán)傳輸成功（即S=0),則用戶在按下【Enter】鍵后程序結(jié)束運(yùn)行；如果前一次循環(huán)傳輸有錯(cuò)（即S=1),則用戶按下【Enter】鍵后，程序?qū)⒃俅芜M(jìn)入while循環(huán)，如此反復(fù)直到傳輸成功（即S=0），程序運(yùn)行結(jié)束。實(shí)驗(yàn)M文件源程序：clc;clear;a=rand(1,8);S=1;while S>0 b=rand(1,8) for i=1:8 if a(i)>0.5 a(i)=1 else a(i)=0 end if b(i)>0.95 b(

9、i)=1 else b(i)=0 end c(i)=a(i)+b(i) if c(i)=2 c(i)=0 endendsend=a;receive=cfor i=1:7 send (i+1)=send (i)*not(send (i+1)+not(send (i)*send (i+1) receive (i+1)=receive (i)*not(receive (i+1)+not(receive (i)*receive (i+1)endC=send(8)B=receive(8)S=B*not(C)+not(B)*C if S=1 fprintf('傳輸錯(cuò)誤，請(qǐng)重傳！') end

10、 pause; end五、 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析1. 在M文件中點(diǎn)擊運(yùn)行后，在command window窗口觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果并截圖： 傳輸數(shù)據(jù)為【01000110】接收數(shù)據(jù)為【01000110】校驗(yàn)碼S值為0傳輸過(guò)程沒(méi)有出現(xiàn)錯(cuò)誤2.當(dāng)傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)如下圖所示 校驗(yàn)碼S值為1說(shuō)明傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤，按【Enter】鍵進(jìn)行重新傳輸，如果還是有錯(cuò)則再次按【Enter】鍵重新傳輸直至正確，按【Enter】鍵結(jié)束程序。六、 總結(jié)奇偶校驗(yàn)是帶有一段信息關(guān)聯(lián)的冗余信息，帶奇偶校驗(yàn)的帶區(qū)集意味著每行有一個(gè)附加的奇偶校驗(yàn)帶區(qū)。因此，必須使用至少三個(gè)（而不是兩個(gè)）磁盤才能考慮該附加的奇偶校驗(yàn)信息。奇偶校驗(yàn)帶區(qū)包括該帶區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)的

11、XOR（稱為排它性“或”的布爾操作）。重新生成失敗的磁盤時(shí)，WindowsNTServer將使用這些帶區(qū)中與完好磁盤上數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的奇偶校驗(yàn)信息重新在失敗盤上創(chuàng)建數(shù)據(jù)。奇偶校驗(yàn)?zāi)軌驒z測(cè)出信息傳輸過(guò)程中的部分誤碼（1位誤碼能檢出，2位及2位以上誤碼不能檢出），同時(shí)，它不能糾錯(cuò)。在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，只能要求重發(fā)。但由于其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，仍得到了廣泛使用。為了能檢測(cè)和糾正內(nèi)存軟錯(cuò)誤，首先出現(xiàn)的是內(nèi)存“奇偶校驗(yàn)”。內(nèi)存中最小的單位是比特，也稱為“位”，位只有兩種狀態(tài)分別以1和0來(lái)標(biāo)示，每8個(gè)連續(xù)的比特叫做一個(gè)字節(jié)（byte）。不帶奇偶校驗(yàn)的內(nèi)存每個(gè)字節(jié)只有8位，如果其某一位存儲(chǔ)了錯(cuò)誤的值，就會(huì)導(dǎo)致其存儲(chǔ)的相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)生

12、變化，進(jìn)而導(dǎo)致應(yīng)用程序發(fā)生錯(cuò)誤。而奇偶校驗(yàn)就是在每一字節(jié)（8位）之外又增加了一位作為錯(cuò)誤檢測(cè)位。在某字節(jié)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)之后，在其8個(gè)位上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是固定的，因?yàn)槲恢荒苡袃煞N狀態(tài)1或0，假設(shè)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)用位標(biāo)志為1、1、1、0、0、1、0、1，那么把每個(gè)位相加（1+1+1+0+0+1+0+1=5），結(jié)果是奇數(shù)。對(duì)于偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位就定義為1，反之則為0；對(duì)于奇校驗(yàn)，則相反。當(dāng)CPU讀取存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)再次把前8位中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)相加，計(jì)算結(jié)果是否與校驗(yàn)位相一致。從而一定程度上能檢測(cè)出內(nèi)存錯(cuò)誤，奇偶校驗(yàn)只能檢測(cè)出錯(cuò)誤而無(wú)法對(duì)其進(jìn)行修正，同時(shí)雖然雙位同時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤的概率相當(dāng)?shù)停媾夹ｒ?yàn)卻無(wú)法檢測(cè)出雙位錯(cuò)誤。奇

13、偶監(jiān)督碼是一種增加二進(jìn)制傳輸系統(tǒng)最小距離的簡(jiǎn)單和廣泛采用的方法。例如，單個(gè)的奇偶監(jiān)督將使碼的最小距離由一增加到二。一個(gè)二進(jìn)碼字，如果它的碼元有奇數(shù)個(gè)1，就稱為具有奇性。例如，碼字“1011010111”有七個(gè)1，因此，這個(gè)碼字具有奇性。同樣，偶性碼字具有偶數(shù)個(gè)1。注意奇性檢測(cè)等效于所有碼元的模二加，并能夠由所有碼元的異或運(yùn)算來(lái)確定。對(duì)于一個(gè)n位字，奇性下式給出：奇性=a0a1a2an(8-1)很明顯，用同樣的方式，我們也能夠根據(jù)每一個(gè)碼字的零的個(gè)數(shù)來(lái)構(gòu)成奇偶監(jiān)督。單個(gè)的奇偶監(jiān)督碼可描述為：給每一個(gè)碼字加一個(gè)監(jiān)督位，用它來(lái)構(gòu)成奇性或偶性監(jiān)督。在一個(gè)典型系統(tǒng)里，在傳輸以前，由奇偶發(fā)生器把奇偶監(jiān)督位

14、加到每個(gè)字中。原有信息中的數(shù)字在接收機(jī)中被檢測(cè)，如果沒(méi)有出現(xiàn)正確的奇、偶性，這個(gè)信息標(biāo)定為錯(cuò)誤的，這個(gè)系統(tǒng)將把錯(cuò)誤的字拋掉或者請(qǐng)求重發(fā)。注意，用單個(gè)的奇偶監(jiān)督碼僅能檢出奇數(shù)個(gè)碼元的錯(cuò)誤。Matlab是一種方便的容易上手的數(shù)學(xué)軟件，其軟件編寫(xiě)語(yǔ)言和其他程序語(yǔ)言相通，并且更加靈活，在其中創(chuàng)建M文件可以很好的模擬本次奇偶校驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。通過(guò)在其中的simulink中添加控件模塊，能夠更加直觀的感受到本次實(shí)驗(yàn)的通信傳輸特性。在本次實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，概念容易理解，在M文件中，利用了matlab固有的rand函數(shù)和pause等語(yǔ)句，簡(jiǎn)單的在異或的關(guān)系上實(shí)現(xiàn)了奇偶校驗(yàn)的仿真，并且能夠體現(xiàn)數(shù)據(jù)在真實(shí)

15、傳輸過(guò)程中的誤差性，當(dāng)數(shù)據(jù)在傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候，會(huì)提示傳輸錯(cuò)誤并且從新傳輸直到傳輸正確為止。七、 體會(huì)在本次實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡囊徊讲窖芯?，讓我學(xué)習(xí)到了查閱資料，操作matlab軟件的一些基本方法，也讓我深刻認(rèn)識(shí)到了自學(xué)能力的重要性。在實(shí)驗(yàn)之初，我對(duì)于matlab了解很少，只是知道它是一款非常流行的數(shù)學(xué)軟件，在國(guó)內(nèi)外的數(shù)學(xué)研究上有舉足輕重的地位，在這次實(shí)驗(yàn)中，我發(fā)現(xiàn)原來(lái)matlab還有更多的應(yīng)用功能，比如在通信的實(shí)驗(yàn)仿真，在物理電路等實(shí)驗(yàn)的仿真。本次實(shí)驗(yàn)讓我更加深刻的理解了奇偶校驗(yàn)的原理，奇偶校驗(yàn)是一種比較簡(jiǎn)單的解決通信傳輸誤差的分析方法，在一般要求不高的通信傳輸中有著重要的作用，能夠

16、避免大部分傳輸誤差，由于其原理簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，因此在通信傳輸方面得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，這次試驗(yàn)我從根本上了解了其通信傳輸?shù)脑砗蛯?shí)現(xiàn)方法，在簡(jiǎn)單的仿真實(shí)驗(yàn)中，加深了對(duì)matlab軟件的認(rèn)識(shí)，也提高了自己的動(dòng)手操作能力，了解了關(guān)于matlab的M文件和simulink的基本操作，也認(rèn)識(shí)了matlab的一些重要的函數(shù)。在學(xué)習(xí)之初，我在圖書(shū)館借閱了基本關(guān)于matlab的軟件書(shū)籍，通過(guò)這些書(shū)籍，我了解了matlab的一些基本方法，同時(shí)，我在網(wǎng)絡(luò)中也找到了一些關(guān)于matlab的學(xué)習(xí)資料，這樣，我先熟悉的掌握了matlab的操作方法之后，再結(jié)合奇偶校驗(yàn)的原理，很快我就明白了仿真的原理，并且自己試著改編，調(diào)試，這樣一步步實(shí)現(xiàn)了整個(gè)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的要求是只在M文件下實(shí)現(xiàn)八位數(shù)據(jù)和一位校驗(yàn)碼的傳輸，不過(guò)，我同時(shí)增加了在simulink中的仿真，其原理都是大同小異