北京交通大學(xué)通信原理實驗(實驗十五)

1、通信原理實驗電子信息工程學(xué)院2丿實驗十五漢明編碼和譯碼實驗一、實驗前的準(zhǔn)備(1) 預(yù)習(xí)本實驗的相關(guān)內(nèi)容；(2) 熟悉實驗指導(dǎo)書附錄B和附錄C中實驗箱面板分布及測試孔位置，定義本實驗相關(guān)模塊的跳線狀態(tài)。(3)實驗前重點(diǎn)掌握的內(nèi)容：漢明碼的編碼規(guī)則、漢明碼的糾錯能力。(4)思考題： 十么是漢明碼？它能糾正幾位錯碼？它有什么特點(diǎn)？ 本實驗中漢明編碼器的輸入數(shù)據(jù)速率是32kbps，輸出數(shù)據(jù)速率是多少？為什么？ 漢明編碼器的輸入信號選擇m序列信號時，跳線開關(guān)SWC01、KC01如何設(shè)置？ 漢明編碼器的輸入信號選擇來自ADPCM模塊的ADPCM信號時，跳線開關(guān)SWC01如何設(shè)置？二、實驗?zāi)康?1) 掌握漢

2、明碼編譯碼原理。(2) 掌握漢明碼糾錯檢錯原理。(3) 通過糾錯編解碼實驗，加深對糾錯編解碼理論的理解。三、實驗儀器(1) ZH5001A通信原理綜合實驗系統(tǒng)一臺(2) 20MHz雙蹤示波器一臺四、基本原理在隨機(jī)信道中，錯碼的出現(xiàn)是隨機(jī)的，且錯碼之間是統(tǒng)計獨(dú)立的。例如，由高斯白噪聲引起的錯碼就具有這種性質(zhì)。因此，當(dāng)信道中加性干擾主要是這種噪聲時，就稱這種信道為隨機(jī)信道。由于信息碼元序列是一種隨機(jī)序列，接收端是無法預(yù)知的，也無法識別其中有無錯碼。為了解決這個問題，可以由發(fā)送端的信道編碼器在信息碼元序列中增加一些監(jiān)督碼元。這些監(jiān)督碼元和信碼之間有一定的關(guān)系，使接收端可以利用這種關(guān)系由信道譯碼器來發(fā)

3、現(xiàn)或糾正可能存在的錯碼。在信息碼元序列中加入監(jiān)督碼元就稱為差錯控制編碼，有時也稱為糾錯編碼。不同的編碼方法有不同的檢錯或糾錯能力。有的編碼就只能檢錯不能糾錯。那么，為了糾正一位錯碼，在分組碼中最少要加入多少監(jiān)督位才行呢？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)致漢明碼的誕生。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。一般說來，若碼長為n,信息位數(shù)為k,則監(jiān)督位數(shù)r=nk。如果希望用r個監(jiān)督位構(gòu)造出r個監(jiān)督關(guān)系式來指示一位錯碼的n種可能位置，則要求2r1三n或2r三k+r+1式（15T）設(shè)分組碼（n,k）中k=4,為了糾正一位錯碼，由式（15-1）可知，要求監(jiān)督位數(shù)r23。

4、若取r=3，則n=k+r=7。我們用aaaaaaa表示這7個碼元，6543210用S1、S2、S3表示三個監(jiān)督關(guān)系式中的校正子，則S1、S2、S3的值與錯碼位置的對應(yīng)關(guān)系可以規(guī)定如表15-1所列。SIS2S3錯碼位直SIS2S3錯碼位置001a0101a4010a1110a.100a2111aeOila3000無錯表15-1由表中規(guī)定可見，僅當(dāng)一錯碼位置在a2、a4、a5或a6時，校正子S1為】；否則S1為0。這就意味著a、a、a和a四個碼元構(gòu)成偶數(shù)監(jiān)督關(guān)系2456S1二aaaa（15-2）6542同理，a、a、a和a構(gòu)成偶數(shù)監(jiān)督關(guān)系1356S1二aaaa（15-3）6531以及，a、a、a和

5、a構(gòu)成偶數(shù)監(jiān)督關(guān)系0346S1二aaaa（15-4）6430在發(fā)送端編碼時，信息位a、a、a和a的值決定于輸入信號，因此它們6543是隨機(jī)的。監(jiān)督位幺、a和a應(yīng)根據(jù)信息位的取值按監(jiān)督關(guān)系來確定，即監(jiān)督位210應(yīng)使上三式中S1、S2和S3的值為零（表示變成的碼組中應(yīng)無錯碼）aaaa=06542aaaa=0>6531（15-5）aaaa=06430由上式經(jīng)移項運(yùn)算，解出監(jiān)督位a=aaa、2654a二aaa>1653（15-6）a二aaa0643給定信息位后，可直接按上式算出監(jiān)督位，其結(jié)果如表14-2所列。信息位監(jiān)督位信息位監(jiān)督位aaaaaaaaaaaaaa654321065432100

6、000000100010100010111001110001011010100110011101101100001001111100010010110011010010110001111010001110101111111表15-2接收端收到每個碼組后，先按式（15-2）（15-4）計算出S1、S2和S3，再按表15-2判斷錯碼情況。例如，若接收碼組為0000011，按式（15-2）（15-4）計算可得S1=0,S2=1,S3=1。由于S1S2S3等于011，故根據(jù)表15-1可知在a位3有一錯碼。按上述方法構(gòu)造的碼稱為漢明碼。表15-2中所列的（7，4）漢明碼的最小碼距d0=3,因此，這種碼能

7、糾正一個錯碼或檢測兩個錯碼。漢明碼有以下特點(diǎn)：碼長n=2m1最小碼距d=3信息碼位k=2nm1糾錯能力t=1監(jiān)督碼位r=nk=m這里m為三2的正整數(shù)，給定m后，即可構(gòu)造出具體的漢明碼（n,k）。漢明碼的編碼效率等于:k/n=（2r1r）/（2r1）=1r/（2r1）=1r/n當(dāng)n很大時，則編碼效率接近1,可見，漢明碼是一種高效碼。漢明碼的編碼器和譯碼器電路如圖15-1所示(b)譯碼器圖15-1漢明碼的編譯碼器五、實驗內(nèi)容(二) 編碼規(guī)則驗證(1) 設(shè)置m序列方式為00(M_SEL2拔下、M_SEL1拔下)，此時m序列輸出為1/0碼。用示波器同時觀測編碼輸入信號TPC01波形和編碼輸出信號TPC

8、05，觀測時用TPC01同步，觀測是否符合漢明編碼規(guī)則。注意此時輸入、輸出數(shù)據(jù)速率不同，輸入數(shù)據(jù)速率為32bps，輸出數(shù)據(jù)速率為56bps。(2) 設(shè)置m序列方式為10(M_SEL2插入、M_SEL1拔下)，此時m序列輸出為11/00碼。用示波器同時觀測編碼輸入信號TPC01和編碼輸出信號TPC05,觀測時用TPC01同步，觀測是否符合漢明編碼規(guī)則。(3) 設(shè)置其他m序列方式，重復(fù)上述步驟。(三) 譯碼數(shù)據(jù)輸出測量(1) 設(shè)置m序列方式為11/00碼，用示波器同時觀測漢明編碼模塊的編碼輸入信號TPC01波形和漢明譯碼模塊譯碼輸出m序列波形TPW07,觀測時用TPC01同步。測量譯碼輸出數(shù)據(jù)與發(fā)

9、端信號是否保存一致。注意：輸出波形與輸入波形之間有時延。(2) 設(shè)置其他m序列方式，重復(fù)上述步驟。(四) 譯碼同步過程觀測將漢明編碼模塊工作方式選擇開關(guān)SWC01的編碼使能開關(guān)插入(H_EN)；ADPCM數(shù)據(jù)有效(ADPCM)。將漢明碼譯碼模塊的輸入信號和時鐘選擇開關(guān)KW01、KW02設(shè)置在右端，輸入信號直接來自漢明編碼模塊。(1) 用示波器檢測漢明譯碼模塊內(nèi)錯碼檢測指示輸出波形TPW03。將漢明編碼模塊內(nèi)工作方式選擇開關(guān)SWC01的編碼使能開關(guān)斷開(H_EN),使?jié)h明譯碼模塊失步,觀測TPW03變化；將編碼使能開關(guān)插入(H_EN),觀察漢明譯碼的同步過程，記錄測量結(jié)果。(2) 將ADPCM數(shù)

10、據(jù)換為m序列，重復(fù)上述測量步驟。(五) 發(fā)端加錯信號和漢明譯碼檢錯能力觀測用示波器同時測量漢明編碼模塊內(nèi)加錯指示TPC03和漢明譯碼模塊內(nèi)錯碼檢測指示輸出波形TPW03,觀測時以TPC03同步。(1) 將漢明編碼模塊內(nèi)工作方式選擇開關(guān)SWC01的加錯開關(guān)E_M0D0、E_MOD1均拔出，此時無錯碼，記錄結(jié)果。(2) 將漢明編碼模塊內(nèi)工作方式選擇開關(guān)SWC01的加錯開關(guān)E_MOD0接入、E_MOD1拔出，產(chǎn)生1位錯碼，定性觀測漢明譯碼能否檢測出錯碼，記錄結(jié)果。（3）將漢明編碼模塊內(nèi)工作方式選擇開關(guān)SWC01的加錯開關(guān)E_MOD1接入、E_MODO拔出，產(chǎn)生2位錯碼，定性觀測漢明譯碼能否檢測出錯碼

11、，記錄結(jié)果。（4）將漢明編碼模塊內(nèi)工作方式選擇開關(guān)SWC01的加錯開關(guān)E_MOD0接入、E_MOD1接入，產(chǎn)生更多位錯碼，定性觀測漢明譯碼能否檢測出錯碼和失步，記錄結(jié)果。（六）漢明譯碼糾錯性能測量設(shè)置m序列方式為11,用示波器同時觀測漢明編碼模塊的編碼輸入信號TPC01波形和漢明譯碼模塊譯碼輸出m序列波形TPW07，觀測時用TPC01同步。（1）將漢明編碼模塊內(nèi)工作方式選擇開關(guān)SWC01的加錯開關(guān)E_MODO、E_MOD1均拔出，此時無錯碼，記錄結(jié)果。（2）將漢明編碼模塊內(nèi)工作方式選擇開關(guān)SWC01的加錯開關(guān)E_MOD0接入、E_MOD1拔出，產(chǎn)生1位錯碼，定性觀測漢明譯碼能否糾正1位錯碼，記

12、錄結(jié)果。（3）將漢明編碼模塊內(nèi)工作方式選擇開關(guān)SWC01的加錯開關(guān)E_MOD1接入、E_MOD0拔出，產(chǎn)生2位錯碼，定性觀測漢明譯碼能否糾正2位錯碼，記錄結(jié)果。（4）將漢明編碼模塊內(nèi)工作方式選擇開關(guān)SWC01的加錯開關(guān)E_MOD0接入、E_MOD1接入，產(chǎn)生更多位錯碼，定性觀測漢明譯碼能否糾正出錯碼和失步，記錄結(jié)果。六、實驗結(jié)論分析二）編碼規(guī)則驗證(1)用示波器同時觀測編碼輸入信號TPC01波形和編碼輸出波形TPC05，觀測時以TPC01同步，觀測是否符合漢明編碼規(guī)則。注意此時輸入、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。分析：示波器上面是輸入序列，是0011

13、，下面是輸出波形，是1110100，符合漢明編碼規(guī)則。(2)設(shè)置m序列方式為10,此時m序列輸出為11/00碼。用示波器同時觀測編碼輸入信號TPC01波形和編碼輸出波形TPC05，觀測時以TPC01同步，觀測是否符合漢明編碼規(guī)則。分析：示波器上面是輸入序列，是1100，下面是輸出波形，是1101001，符合漢明編碼規(guī)則。(三)譯碼數(shù)據(jù)輸出測量(1)設(shè)置m序列方為11；用示波器同時觀測漢明編碼模塊的編碼輸入信號TPC01波形和漢明譯碼模塊譯碼輸出m序列波形TPW07，觀測時以TPC01同步。測量譯碼通信原理實驗輸出數(shù)據(jù)與發(fā)端信號是否保持一致。注意：輸出波形與輸入波形之間有時延。記錄輸出波形和輸入

14、波形。分析：根據(jù)示波器可以看出，譯碼正確，稍有延時。（五）發(fā)端加錯信號和漢明譯碼檢錯能力觀測用示波器同時測量漢明編碼模塊內(nèi)加錯指示TPC03和漢明譯碼模塊內(nèi)錯碼檢測指示輸出波形TPW03的波形，觀測時以TPC03同步。（1）將漢明編碼模塊工作方式選擇開關(guān)SWC01的加錯開關(guān)E_MODO、E_MOD1均拔出，此時無錯碼，記錄結(jié)果。分析：無錯碼時,兩通道都沒有顯示分析：加1位錯碼時,檢測出了錯誤(一位)(3) 將漢明編碼模塊工作方式選擇開關(guān)SWC01的加錯開關(guān)E_MOD1接入，產(chǎn)生2位錯碼，定性觀測明譯碼能否檢測出錯碼，記錄結(jié)果。分析：加2位錯碼時,檢測出了錯誤（2）將漢明編碼模塊工作方式選擇開關(guān)SWC01的加錯開關(guān)E_MOD0接入，產(chǎn)生1位錯碼，定性觀測明譯碼能否檢測出錯碼，記錄結(jié)果。分析：加3位錯碼時,檢測出了錯誤（六）漢明譯碼糾錯性能測量漢明編碼的輸入信號設(shè)置m序列方式為11；用示波器同時觀測漢明編碼模塊的輸入信號TPC01波形和漢明譯碼模塊譯碼輸出m序列波形TPW07，觀測時以TPC01同步。（1）將漢明編碼模塊工作方式選擇開關(guān)SWC01的加錯開關(guān)E_M0D0、E_M0D1均拔出，此時無錯碼，記錄結(jié)果。分析：無錯碼