循環(huán)碼編碼產(chǎn)生電路simulink.仿真.課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

可編輯版/仿真技術(shù)綜合設(shè)計(jì)循環(huán)碼產(chǎn)生循環(huán)碼產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)班級(jí)：通信13-3班姓名：王亞飛學(xué)號(hào)：1306030318指導(dǎo)教師：楊春玲成績(jī)：電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系目錄1循環(huán)碼簡(jiǎn)介32循環(huán)碼電路設(shè)計(jì)要求33循環(huán)碼編碼相關(guān)知識(shí)33.1循環(huán)碼的多項(xiàng)式表示33.2<n,k>循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式43.3循環(huán)碼的生成矩陣和一致校驗(yàn)矩陣43.4循環(huán)碼編碼原理64循環(huán)碼產(chǎn)生電路原理75Simulink模型的建立95.1在simulink中建立循環(huán)碼電路模型95.2相關(guān)模塊參數(shù)設(shè)置96仿真結(jié)果和分析117循環(huán)碼的應(yīng)用127.1循環(huán)碼在微機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用127.2循環(huán)碼在CDMA中的應(yīng)用137.3循環(huán)碼在數(shù)字通信中的應(yīng)用137.4在前向糾錯(cuò)中的應(yīng)用137.5循環(huán)碼在鐵路通訊安全中的應(yīng)用148心得體會(huì)151循環(huán)碼簡(jiǎn)介在計(jì)算機(jī)通信信息碼中循環(huán)碼是線性分組碼的一個(gè)重要子集,是目前研究得最成熟的一類碼。它有許多特殊的代數(shù)性質(zhì),它使計(jì)算機(jī)通信以一種以數(shù)據(jù)通信形式出現(xiàn),實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與終端設(shè)備之間進(jìn)行有效的與正確地信息傳遞,它使得現(xiàn)代通信的可靠性與有效性實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)飛速發(fā)展的產(chǎn)物,在日常生活通信領(lǐng)域、武器控制系統(tǒng)等領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用。循環(huán)碼是線性分組碼的一種,所以它具有線性分組碼的一般特性,此外還具有循環(huán)性。循環(huán)碼的編碼和解碼設(shè)備都不太復(fù)雜,且檢<糾>錯(cuò)能力強(qiáng)。它不但可以檢測(cè)隨機(jī)的錯(cuò)誤,還可以檢錯(cuò)突發(fā)的錯(cuò)誤。循環(huán)碼可以檢測(cè)長(zhǎng)為或更短的任何突發(fā)錯(cuò)誤,包括首尾相接突發(fā)錯(cuò)誤。循環(huán)碼是一種無權(quán)碼,循環(huán)碼編排的特點(diǎn)是相鄰兩個(gè)數(shù)碼之間符合卡諾圖中的鄰接條件,即相鄰兩個(gè)數(shù)碼之間只有一位碼元不同,碼元就是組成數(shù)碼的單元。符合這個(gè)特點(diǎn)的有多種方案,但循環(huán)碼只能是表中的那種。循環(huán)碼的優(yōu)點(diǎn)是沒有瞬時(shí)錯(cuò)誤,因?yàn)樵跀?shù)碼變換過程中,在速度上會(huì)有快有慢,中間經(jīng)過其它一些數(shù)碼形式,稱它們?yōu)樗矔r(shí)錯(cuò)誤。這在某些數(shù)字系統(tǒng)中是不允許的,為此希望相鄰兩個(gè)數(shù)碼之間僅有一位碼元不同,即滿足鄰接條件,這樣就不會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)錯(cuò)誤。循環(huán)碼就是這樣一種編碼,它可以在卡諾圖中依次循環(huán)得到。循環(huán)碼又稱格雷碼〔GrayCode。2循環(huán)碼電路設(shè)計(jì)要求循環(huán)碼產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)要求：1、用simulink對(duì)系統(tǒng)建模2、寫出其生成多項(xiàng)式〔自定。3、對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真分析〔輸出m小序列4、對(duì)其應(yīng)用舉例闡述。3循環(huán)碼編碼相關(guān)知識(shí)3.1循環(huán)碼的多項(xiàng)式表示設(shè)碼長(zhǎng)為n的循環(huán)碼表示為〔,其中為二進(jìn)制數(shù),通常把碼組中各碼元當(dāng)做二進(jìn)制的系數(shù),即把上式中長(zhǎng)為n的各個(gè)分量看做多項(xiàng)式：的各項(xiàng)系數(shù),則碼字與碼多項(xiàng)式一一對(duì)應(yīng),這種多項(xiàng)式中,x僅表示碼元位置的標(biāo)記,因此我們并不關(guān)心x的取值,這種多項(xiàng)式稱為碼多項(xiàng)式。3.2<n,k>循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式<n,k>循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式寫為g<x>,它是<n,k>循環(huán)碼碼集中唯一的,冪次為n-k的碼多項(xiàng)式,則是一個(gè)冪次為n的碼多項(xiàng)式。按模<>運(yùn)算,此時(shí)：即且因g<x>也是n階冪,故Q<x>=1。由于它是循環(huán)碼,故按模<>運(yùn)算后的"余式"也是循環(huán)碼的一個(gè)碼字,它必能被g<x>整除,即由以上兩式可以得到一下兩式：從上式中可以看出,生成多項(xiàng)式g<x>應(yīng)該是的一個(gè)因式,即循環(huán)碼多項(xiàng)式應(yīng)該是的一個(gè)n-k次因式。3.3循環(huán)碼的生成矩陣和一致校驗(yàn)矩陣循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式寫為,它是循環(huán)碼碼集中唯一的,冪次為的碼多項(xiàng)式,則是一個(gè)冪次為的碼多項(xiàng)式。按模運(yùn)算,此時(shí)：即,且因也是次冪,故。由于它是循環(huán)碼,故按模運(yùn)算后的"余式"也是循環(huán)碼的一個(gè)碼字,它必能被整除,即：由以上兩式可以得到：從上式中可以看出,生成多項(xiàng)式g<x>應(yīng)該是的一個(gè)因式,即循環(huán)碼多項(xiàng)式應(yīng)該是的一個(gè)次因式。由生成多項(xiàng)式可以得出相應(yīng)的典型生成矩陣及標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)督矩陣：已知〔7,3循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式為：。寫得其生成矩陣為：3.4循環(huán)碼編碼原理有信息碼構(gòu)成信息多項(xiàng)式,其中最高冪次為k-1；用乘以信息多項(xiàng)式m<x>,得到的,最高冪次為n-1,該過程相當(dāng)于把信息碼〔,,……,,移位到了碼字德前k個(gè)信息位,其后是r個(gè)全為零的監(jiān)督位；用g<x>除得到余式r<x>,其次數(shù)必小于g<x>的次數(shù),即小于〔n-k,將此r<x>加于信息位后做監(jiān)督位,即將r<x>于相加,得到的多項(xiàng)式必為一碼多項(xiàng)式。根據(jù)上面的討論,可得到在循環(huán)碼編碼的程序框圖如圖3.1所示：初始化確定余式r<x>:初始化確定余式r<x>:存儲(chǔ)c<x>圖3.1循環(huán)碼編碼的程序框圖確定c<x>:確定c<x>:QUOTE循環(huán)碼最大的特點(diǎn)就是碼字的循環(huán)特性,所謂循環(huán)特性是指：循環(huán)碼中任一許用碼組經(jīng)過循環(huán)移位后,所得到的碼組仍然是許用碼組,也就是說,不論是左移還是右移,也不論移多少位,仍然是許用的循環(huán)碼組。循環(huán)碼的編譯碼過程如下：第一步：將信息碼字表示為,其最高次冪為；第二步：將與求模得出相應(yīng)的余式；第三步：編碼結(jié)果為。4循環(huán)碼產(chǎn)生電路原理上面討論的產(chǎn)生監(jiān)督碼元的方法可用以下兩個(gè)式子加以概括因此采用系統(tǒng)碼的循環(huán)碼編碼器就是將信息組乘上,然后用生成多項(xiàng)式除以,求余式的電路,如圖4.1所示,其中生成多項(xiàng)式為：若,其中,則電路就無反饋,否則支路就有反饋。圖4.1循環(huán)碼產(chǎn)生電路原理由于本課程設(shè)計(jì)選擇的設(shè)計(jì)參數(shù)為n=7,k=3,且生成多項(xiàng)式為所以設(shè)計(jì)電路如下：圖4.2〔7,3循環(huán)碼產(chǎn)生電路原理電路編碼過程如下：

〔1四級(jí)移存器初始狀態(tài)全為"0",門1開,門2關(guān)。信息組以高位先入的次序送入電路,一方面經(jīng)或門輸出編碼的前k個(gè)信息碼元,另一方面送入g<x>除法電路的右端,這對(duì)應(yīng)于完成用g<x>除的除法運(yùn)算。

〔2三次移位后,信息組全部通過或門輸出,它就是系統(tǒng)碼碼字的前三個(gè)信息碼元,同時(shí)它也全部進(jìn)入除g<x>電路,完成除法運(yùn)算。此時(shí)在移存器abcd中存的數(shù)就是余式r<x>的系數(shù),也就是碼字的校驗(yàn)碼元。

〔3門1關(guān)閉,門2打開,再經(jīng)四次移位后,移存器中的校驗(yàn)碼元跟在信息組后面輸出,形成一個(gè)完整的碼字。

〔4門1打開,門2關(guān)閉,送入第二組信息組,重復(fù)上述過程。

表4-1列出了上述編碼器的工作過程。設(shè)輸入信息組為<110>,七個(gè)移位脈沖過后,在輸出端得到已編好的碼字<1100101>。輸入m移位寄存器abcd反饋e輸出f0<初始狀態(tài)>0000001101110100110101111100000010100100001000001010101表4-1寄存器狀態(tài)5Simulink模型的建立5.1在simulink中建立循環(huán)碼電路模型打開matlab,在simulink庫里先新建文件,保存到指定位置,然后開始建立模型。從simulink庫里拖入信號(hào)源模塊、邏輯控制模塊、延時(shí)模塊、示波器等相關(guān)控件,如圖5.1所示。圖5.1循環(huán)碼產(chǎn)生電路simulink仿真框圖5.2相關(guān)模塊參數(shù)設(shè)置1、m序列輸入源設(shè)置M序列的輸入是用"RepeatingSequenceStair"模塊來完成的。"RepeatingSequenceStair"模塊可以直接按照人為設(shè)定的序列進(jìn)行輸出,在這里我們利用它來輸入信息碼m<x>,現(xiàn)設(shè)置如下：圖5.2m序列輸入源設(shè)置2、反饋控制源設(shè)置反饋控制信號(hào)源是用來控制如圖5.1所示的"門1",當(dāng)輸入信息碼時(shí),反饋打開,當(dāng)3位信息碼輸完之后,反饋關(guān)閉,之后把四位寄存器里儲(chǔ)存的值輸出來就是監(jiān)督碼。故將反饋信號(hào)源設(shè)置如下:圖5.3反饋信號(hào)源設(shè)置3、輸出控制源輸出控制信號(hào)源是用來控制輸出的,當(dāng)輸入信息碼時(shí),一方面把信息碼送入除法電路,另一方面直接輸出,這時(shí)就需要把如圖5.1所示的"門2"打開,故將輸出控制信號(hào)源設(shè)置如下：圖5.4輸出控制源4、延時(shí)模塊〔移位寄存器設(shè)置這里延時(shí)模塊選擇的是離散的單位延時(shí)模塊,作用就相當(dāng)于移位寄存器,現(xiàn)設(shè)置參數(shù)如下："Sampletime"設(shè)為-1,代表采樣時(shí)間是繼承的。圖5.5延時(shí)模塊〔移位寄存器設(shè)置6仿真結(jié)果和分析根據(jù)上述的各模塊的設(shè)置,點(diǎn)擊"運(yùn)行按鈕",然后雙擊示波器"Scope"可以觀看編碼結(jié)果如下圖6.1,經(jīng)過驗(yàn)證,編碼結(jié)果正確,輸入信息碼〔110,輸出編碼結(jié)果為〔1100101.圖6.1仿真輸出波形7循環(huán)碼的應(yīng)用7.1循環(huán)碼在微機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用在微機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)中由于信息傳輸所造成的錯(cuò)誤會(huì)影響系統(tǒng)的工作性能,降低系統(tǒng)的靠性。因此采用循環(huán)碼編碼,進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,是提高系統(tǒng)性能和可靠性的重要措施。1.生成多項(xiàng)式G<X>的選取;2.并行信息傳輸技術(shù);3.接收檢測(cè)技術(shù);4.接收碼檢錯(cuò)電路;5.發(fā)現(xiàn)雙列、糾正單列錯(cuò)碼的并行傳輸;7.2循環(huán)碼在CDMA中的應(yīng)用碼分多址是衛(wèi)星通信與移動(dòng)電臺(tái)通信中的一種重要的多址方式,碼序列的選擇是CDMA系統(tǒng)中的重要因素.選擇碼序列的關(guān)鍵在于它們應(yīng)當(dāng)具有良好的相關(guān)系數(shù)Η,同時(shí)還應(yīng)當(dāng)具有足夠的可供選擇的碼序列數(shù)目Α<即地址數(shù)目>。循環(huán)碼是一種糾錯(cuò)碼,通常只用來提高數(shù)據(jù)通信的可靠性,抵抗信道中的干擾和噪聲,然而下面的定理證明,某些循環(huán)碼同樣具有良好的相關(guān)系數(shù)Η和足夠的碼序列數(shù)目,因而也適合用作CDMA中的碼序列。7.3循環(huán)碼在數(shù)字通信中的應(yīng)用循環(huán)碼是編碼方式的一種,檢錯(cuò)率高.循環(huán)碼用來檢測(cè)隨機(jī)或突發(fā)錯(cuò)誤是非常有效的.在通信軟件中大多數(shù)采用循環(huán)碼進(jìn)行數(shù)據(jù)差錯(cuò)控制。數(shù)字通信要求傳輸過程中所造成的數(shù)碼差錯(cuò)足夠低,引起傳輸差錯(cuò)的根本原因是信道內(nèi)存在著噪聲,以及信道特性不理想所造成的碼間串?dāng)_,雖然我們可以通過提高通信系統(tǒng)的信噪比及抗噪聲性能,將差錯(cuò)減小到一定程度,但要進(jìn)一步提高通信系統(tǒng)的可靠性,就需要采用差錯(cuò)控制技術(shù)。7.4在前向糾錯(cuò)中的應(yīng)用循環(huán)碼是線性分組碼的一個(gè)重要子類,有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu),具有糾、檢錯(cuò)能力,且編碼、解碼用軟件、硬件都容易實(shí)現(xiàn)。研究了循環(huán)碼實(shí)現(xiàn)的方法和應(yīng)用原理,結(jié)果表明,將該方法應(yīng)用于前向糾錯(cuò)方式中,能大大提高通信質(zhì)量。數(shù)字通信要求傳輸過程中所造成的數(shù)碼差錯(cuò)足夠低,引起傳輸差錯(cuò)的根本原因是信道內(nèi)存在著噪聲,以及信道特性不理想所造成的碼間串?dāng)_。雖然可以通過提高通信系統(tǒng)的信噪比及抗噪聲性能,將差錯(cuò)減小到一定程度,但要進(jìn)一步提高通信系統(tǒng)的可靠性,就須采用差錯(cuò)控制技術(shù)。差錯(cuò)控制的基本工作方式有4種,即前向糾錯(cuò)、檢錯(cuò)重發(fā)、信息反饋和混合糾錯(cuò),在測(cè)井系統(tǒng)中,采用單芯電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,由于受傳輸線的限制,雙向信息傳輸不能同時(shí)進(jìn)行,若采用信息反饋或檢錯(cuò)重發(fā)或混合糾錯(cuò)方式,傳輸線又用作反饋信道,必然導(dǎo)致傳輸速率降低,為此,通信中采用前向糾錯(cuò)方式。糾錯(cuò)編碼的目的在于利用編碼后碼字的規(guī)律性。應(yīng)用實(shí)例：在單芯電纜測(cè)井系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸中,應(yīng)用了循環(huán)碼糾錯(cuò)編碼。生產(chǎn)測(cè)井中需要的參數(shù)主要有溫度、壓力、含水率、磁定位信號(hào)、流量等,由于油井環(huán)空測(cè)試只能在油井環(huán)空范圍內(nèi)進(jìn)行,測(cè)井難度大大增加。鎧裝單芯電纜內(nèi)有一條電纜芯,與外層鎧裝構(gòu)成了兩股傳輸線,其中外層鎧裝在傳輸中可作地線。首先將各物理量轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào),并將各種信號(hào)的傳送從時(shí)間上分開,從而實(shí)現(xiàn)了分時(shí)傳送。為了使傳輸信號(hào)具有同步能力,對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行了雙相位信號(hào)碼編碼;為了降低傳輸誤碼率,采用了<18,13>循環(huán)碼。該碼最小碼距,編碼效率為,不僅能糾正一個(gè)錯(cuò)誤,同時(shí)還能檢出一個(gè)錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)表明,經(jīng)過500m單芯電纜的傳輸,由井下至地面發(fā)送數(shù)據(jù)波特率為5kb/s時(shí),雖然在發(fā)送端設(shè)計(jì)了幅度均衡電路,但由于信道對(duì)不同頻率信號(hào)的衰減不同,造成"1”和"0”信號(hào)由井下發(fā)往地面后接收幅度不同。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,未采用循環(huán)碼糾錯(cuò)編碼時(shí),誤碼率為0.3%,采用循環(huán)碼后,誤碼率降至0.01%以下。這樣大大提高了通信質(zhì)量,收到良好效果。7.5循環(huán)碼在鐵路通訊安全中的應(yīng)用隨著數(shù)字化技術(shù)在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用,要求數(shù)據(jù)傳輸具有高可靠性和低誤碼率。因此在通訊信道達(dá)不到要求時(shí),需要應(yīng)用循環(huán)碼技術(shù)進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。目前,很多成熟的數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)在鐵路運(yùn)輸中得到應(yīng)用,其中有許多系統(tǒng)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸和處理,要求數(shù)據(jù)在傳輸中具有高度的可靠性和很低的誤碼率。但由于鐵路行業(yè)的特殊性,有些通訊信道還達(dá)不到應(yīng)用系統(tǒng)的誤碼率要求,因此檢錯(cuò)和糾錯(cuò)成為系統(tǒng)應(yīng)用必須解決的問題,而循環(huán)碼是當(dāng)前應(yīng)用最多、最廣的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)技術(shù)。循環(huán)碼在糾錯(cuò)中的應(yīng)用：當(dāng)采用循環(huán)碼編碼后的碼在實(shí)際中發(fā)生變化時(shí),如果改變的位數(shù)小于循環(huán)碼中非零編碼的最碼重半數(shù)或改變的連續(xù)位數(shù)在可糾正范圍內(nèi),該編碼將不再屬于此循環(huán)碼集,在接收時(shí)就能檢測(cè)到此類錯(cuò)誤,并通過還原得到原始編碼,從而達(dá)到糾錯(cuò)的目的。當(dāng)用循環(huán)碼進(jìn)行糾錯(cuò)時(shí),可根據(jù)不同的使用場(chǎng)合使用不同的循環(huán)碼。如果使用循環(huán)碼來糾正隨機(jī)錯(cuò)誤,那么就要求循環(huán)碼中具有最小碼重的非零編碼的碼重盡可能的大,因?yàn)槠浯a重決定了此循環(huán)碼糾正隨機(jī)錯(cuò)誤的能力。如果使用循環(huán)碼來糾正突發(fā)錯(cuò)誤,就要求循環(huán)碼中非零編碼的最長(zhǎng)非零位數(shù)盡可能的少,因?yàn)樗鼪Q定了此循環(huán)碼糾正突發(fā)錯(cuò)誤的能力。循環(huán)碼在系統(tǒng)中的