北交大通原實驗5-實驗十五漢明編碼和譯碼實驗剖析

通信原理實驗第頁PAGEPAGE1北京交通大學畢業(yè)設計（論文）開題報告學生：學生：學號：指導教師：王根英日期：2014年12月30日上課時間：星期二第5大節(jié)通信原理實驗電子信息工程學院實驗十五漢明編碼和譯碼實驗實驗前的準備預習本實驗的相關內容。熟悉實驗指導書附錄B和附錄C中實驗箱面板分布及測試孔位置相關模塊的跳線狀態(tài)。實驗前重點熟悉的內容：漢明碼的編碼規(guī)則、漢明碼的糾錯能力。實驗目的掌握漢明碼編譯碼原理。掌握漢明碼糾錯檢錯原理。通過糾錯編解碼實驗，加深對糾錯編解碼理論的理解。實驗儀器ZH5001A通信原理綜合實驗系統(tǒng)20MHz雙蹤示波器基本原理差錯控制編碼的基本原理是：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。這冗余的碼元與信息之間以某種確定的規(guī)則建立校驗關系，使接收端可以利用這種關系由信道譯碼器來發(fā)現(xiàn)或糾正可能存在的錯碼。不同的編碼方法有不同的檢錯或糾錯能力。為了糾正位錯碼，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)進行研究，便導致了漢明碼的誕生。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。下面介紹漢明碼的編碼原理。一般來說，若碼長為，信息位數(shù)為，記作碼，則監(jiān)督位數(shù)，如果希望用個監(jiān)督位構造出個監(jiān)督關系式來指示一位錯碼的種可能位置，則要求 通信原理綜合實驗系統(tǒng)中的糾錯碼系統(tǒng)采用（7，4）漢明碼。用表示這7個碼元，用表小3個監(jiān)督關系式中的校正子，則的值與碼元間構成偶數(shù)監(jiān)督關系： 在發(fā)送端編碼時，信息位和的值決定于輸入信號，因此它們是隨機的。圖1漢明碼編碼器及譯碼器實驗內容編碼規(guī)則驗證用示波器同時觀測編碼輸入信號TPCO1波形和編碼輸出波形TPC05，觀測時以TPCO1同步，觀測是否符合漢明編碼規(guī)則（參見表12-1)。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。圖2漢明碼編碼規(guī)則驗證上圖中，第一行為輸入信號TPC01，可知其數(shù)據(jù)為1010…第二行為編碼輸出波形TPC05，其數(shù)據(jù)為0101100…對比實驗原理中的表格可知，編碼結果符合漢明編碼規(guī)則。設置m序列方式為10（MSEL2插入、MSEL1拔下），此時m序列輸出為1l/00碼（參見表12-1）。用示波器同時觀測編碼輸入信號TPCO1波形和編碼輸出波形TPC05，觀測時以TPCO1同步，觀測是否符合漢明編碼規(guī)則。圖3漢明碼編碼規(guī)則驗證上圖中，第一行為輸入信號TPC01，可知其數(shù)據(jù)為1100…第二行為編碼輸出波形TPC05，其數(shù)據(jù)為1100010…對比實驗原理中的表格可知，編碼結果符合漢明編碼規(guī)則。譯碼數(shù)據(jù)輸出量設置m序列方式為10（MSEL2，MSEL1均插入用示波器同時觀測漢明編碼模塊的編碼輸入信號TPCO1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波形。圖4譯碼數(shù)據(jù)輸出上圖中上方數(shù)據(jù)為發(fā)送端信號，下方為譯碼輸出數(shù)據(jù)，由圖可知，輸入與輸出數(shù)據(jù)之間有一定時延，但結果相同。譯碼同步過程觀測將漢明編碼模塊工作方式選擇開關SWCO1的編碼使能開關插入（H_EN）；ADPCM數(shù)據(jù)有效(ADPCM)將漢明譯碼模塊的輸入信號和時鐘選擇開關KWO1、KW02設置在23位置（右端），輸入信號直接來自漢明編碼模塊。用示波器檢測漢明譯碼模塊內錯碼檢測指示輸出波形TPW03。將漢明編碼模塊內工作方式選擇開關SWCO1的編碼使能開關斷開（H_EN，使?jié)h明譯碼模塊失步，觀測TPW03變化；將編碼使能開關插入（H_EN），觀測漢明譯碼的同步過程，記錄測量結果。編碼使能開關斷開圖5編碼使能開關斷開時的TPW03編碼使能開關插入圖6編碼使能開關插入時的TPW03當編碼使能開關斷開，即漢明譯碼模塊失步時，錯碼檢測指示輸出波形TPW03為高電平，編碼使能開關插入，漢明譯碼模塊同步后，錯碼檢測指示輸出波形TPW03為低電平發(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加錯指示TPC03和漢明譯碼模塊內錯碼檢測指示輸出波形TPW03的波形，觀測時以TPC03同步。將漢明編碼模塊工作方式選擇開關SWCO1的加錯開關E_MOD0、E_MOD1均拔出，此時無錯碼，記錄結果。圖7無錯碼時錯碼檢測指示輸出波形將漢明編碼模塊工作方式選擇開關SWCO1的加錯開關E_MOD0接入、產生1位錯碼，定性觀測明譯碼能否檢測出錯碼，記錄結果。圖8錯1位碼時錯碼檢測指示輸出波形將漢明編碼模塊工作方式選擇開關SWCO1的加錯開關E_MOD1，產生2位錯碼，定性觀測明譯碼能否檢測出錯碼，記錄結果。圖9錯2位碼時錯碼檢測指示輸出波形將漢明編碼模塊工作方式選擇開關SWCO1的加錯開關E_MOD0、E_MOD1都插入產生更多錯碼，定性觀測明譯碼能否檢測出錯碼和失步，記錄結果。圖10錯多位碼時錯碼檢測指示輸出波形通過對上述4種情況的分析可知，無錯碼時，錯碼檢測指示輸出波形TPW03為低電平，錯1位碼時，錯碼檢測指示輸出為一脈沖信號，當錯碼達到兩位時，仍能檢測出錯誤，但脈沖信號寬度不變；但當錯碼達到多位時，仍能檢測出錯誤，這與漢明編碼原理不符，說明實際電路并不符合漢明編碼原理。漢明譯碼糾錯性能測量漢明編碼的輸入信號設置m序列方式為11（MSEL2，MSEL1均插入）；用示波器同時觀測漢明編碼模塊的輸入信號TPCO1波形和漢明譯碼模塊譯碼輸出m序列波形TPW07，觀測時以TPCO1同步。將漢明編碼模塊工作方式選擇開關SWCO1的加錯開關E_MODO、E_MOD1均拔出，此時無錯碼，記錄結果。圖11漢明譯碼糾錯性能測量將漢明編碼模塊工作方式選擇開關SWCO1的加錯開關E_MODO接入，產生1位錯碼，定性觀測漢明編譯碼系統(tǒng)能否糾1位錯碼，記錄結果。圖12漢明譯碼糾錯性能測量將漢明編碼模塊工作方式選擇開關SWCO1的加錯開關E_MOD1接入，產生2位錯碼，定性觀測漢明編譯碼系統(tǒng)能否糾2位錯碼，記錄結果。圖13漢明譯碼糾錯性能測量將漢明編碼模塊工作方式選擇開關SWCO1的加錯開關E_MOD0、E_MOD1接入，產生更多錯碼，定性觀測漢明編譯碼系統(tǒng)能否糾出錯誤和失步，記錄結果。圖14漢明譯碼糾錯性能測量上述四幅圖中，第一行為譯碼輸出序列，第二行為輸入信號，由圖可知，但出現(xiàn)一位錯碼時，譯碼器可以糾正并還原正確的碼型；但出現(xiàn)兩位錯碼時，超出糾錯能力，不能還原正確的碼字，因此輸出波形出現(xiàn)錯誤碼元的拖影；當出現(xiàn)多位錯碼時，譯碼器仍然不能糾正錯誤，因此拖影變得更為嚴重。實驗結論分析 本實驗采用的是（7,4）漢明碼，其最小碼距為3，實驗過程觀測漢明編碼過程，并驗證了漢明碼的一位糾錯能力和兩位檢錯能力。思考題②本實驗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？漢明編碼輸入數(shù)據(jù)速率為32kbps，輸出數(shù)據(jù)速率為56kbps，原因是：輸入數(shù)據(jù)為4位碼元，而經過漢