北京交通大學(xué)-通信原理實驗-漢明編碼實驗報告課件

1、通信原理實驗第13頁學(xué)生： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 王根英 日期： 2014.12.30 上課時間：星期 2 第 5 大節(jié)通信原理實驗電子信息工程學(xué)院實驗十五 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相關(guān)模塊的跳線狀態(tài)。(3) 實驗前重點熟悉的內(nèi)容：漢明碼的編碼規(guī)則、漢明碼的糾錯能力。(4) 思考題。1) 什么是漢明碼？它能糾幾位錯碼？它有什么特點？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。它可以糾正一位錯碼。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？為漢明編碼器

2、的輸入信號選擇m序列信號時，跳線開關(guān)SWCO1、KCO1如何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)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，選擇ADPCM碼字由工作方式選擇開關(guān)SWCO1中的ADPCM狀態(tài)決定，當(dāng)處于ADPCM狀態(tài)時（插入跳線器）。二、 實驗?zāi)康?1) 掌握漢明碼編譯碼原理。(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)(2) 20MHz雙蹤示波器四、 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

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)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(dǎo)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(gòu)造出個監(jiān)督關(guān)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

4、個監(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，信息位和的值決定于輸入信號，因此它們是隨機的。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)無錯碼），即上式經(jīng)移項運算，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接收端收到每個碼組后，先按式（12-2）式（12-

5、4）計算出，再按上表判斷錯碼情況。例如，若接收碼組為0000011，按式（12-2）式（12-4）計算可得。由于等于011，故可知在位有一錯碼。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，這種碼能糾正一個錯碼或檢測兩個錯碼。漢明碼有以下特點：碼長 最小碼距d=3信息碼位 糾錯能力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。漢明編碼模塊實驗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)可以來自ADPCM1模塊的ADPCM碼字，或來自同步數(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關(guān)SWCO1中的ADPCM狀態(tài)決定，當(dāng)處于ADPCM狀態(tài)時（插入跳線器），漢明編碼器對ADPCM信號編碼否則處于非ADPCM狀態(tài)時（拔除跳線器），輸入編碼數(shù)據(jù)來自開關(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序列用于測試漢明編碼規(guī)則，輸出數(shù)據(jù)信號與開關(guān)SWCO1位置如下表。3.編碼使能開關(guān)此開關(guān)應(yīng)與接收端漢明譯碼器使能開關(guān)同步使用，該開關(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，ADPCM和CVSD話音數(shù)據(jù)無法通過調(diào)制解調(diào)信道通話，這是因為

7、編碼速率與信道速率不匹配。4.錯碼產(chǎn)生錯碼產(chǎn)生專門設(shè)計用于測量漢明譯碼器的糾錯和檢錯性能。輸出錯碼與開關(guān)SWCO1位置如下表所示。錯碼可以用示波器從錯碼指示端口TPC03監(jiān)測。漢明編碼模塊各測試點定義如下。（1)TPCO1：輸入數(shù)據(jù)。（2）TPC02：輸入時鐘。（3）TPC03：錯碼指示（無加錯時，該點為低電平）。（4）TPC04：編碼模塊輸出時鐘（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圖12-2。漢明譯碼模塊實驗電路工作原理描述如下。1.輸入信號選擇開關(guān)開關(guān)KWO1、KW02用于選擇輸入信

8、號和時鐘是來自解調(diào)器信道或直接來自漢明編碼模塊。當(dāng)KWO1、KW02設(shè)置在1-2位置（CH：左端），則輸入信號來自信道開關(guān)KWO1、KW02設(shè)置在2_3位置（LOOP：右端）則輸入信號來自漢明編碼模塊。2漢明譯碼器主要由串/并變換器、校正子生成器、3/8譯碼器和糾錯電路構(gòu)成。該電路專門由一個CPLD（EPM7128）實現(xiàn)。3漢明譯碼使能開關(guān)SW03中H-EN與發(fā)端編碼使能開關(guān)同步使用。漢明譯碼模塊各測試點定義如下。TPWO1；輸入時鐘（56kHz)。TPW02：輸入數(shù)據(jù)（56kbps)。TPW03：檢測錯碼指示。TPW04：輸出時鐘。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圖12-3。五、 實驗內(nèi)容（一）準(zhǔn)備工作（1)首先通過菜單將調(diào)制方式設(shè)置為BPSK或DBPSK方式；將漢明編碼模塊內(nèi)工作方式選擇開關(guān)SWCO1中：編碼使能開關(guān)插入（HEN），ADPCM數(shù)據(jù)斷開(ADPCM)；加錯開關(guān)EMODO、EMOD1均拔出接入；將輸入數(shù)據(jù)選擇開關(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m序列輸出為1/0碼。（2）將漢明譯碼模塊內(nèi)輸入信號和時鐘選擇開關(guān)KWO1、KW02設(shè)置在LOOP位置（右端），輸入信號直接來自漢明編碼模塊（不通過調(diào)制、信道、解調(diào)

10、）；將譯碼器使能開關(guān)KW03設(shè)置在工作位置ON（左端）。（二）編碼規(guī)則驗證（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（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。上方為TPC01波形，下方為TPC05波形：可見上方數(shù)據(jù)為：1100TPC05編碼波形數(shù)據(jù)為：1100010對比上面編碼表，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

11、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。上方為TPC01波形，下方為TPC05波形：可見上方數(shù)據(jù)為：1100TPC05編碼波形數(shù)據(jù)為：1100010對比上面編碼表，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TPCO1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。上方為TPC01波形，下方為TPW07波形：可見上方數(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個碼元的延遲。（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)SWCO1的編碼使能開關(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和時鐘選擇開關(guān)KWO1、KW02設(shè)置在23位置（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)SWCO1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），觀測漢明譯碼的同步過程，記錄測

13、量結(jié)果?？梢钥吹剑Р胶骉PW03輸出指示一連串的錯誤。當(dāng)重新插上H_EN后，TPW03輸出為零，指示沒有錯誤。（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)SWCO1的加錯開關(guān)E_MOD0、E_MOD1均拔出，此時無錯碼，記錄結(jié)果。上方為TPC03波形，下方為TPW03波形：可見無錯碼時只有兩個低電平輸出。（2）將漢明編碼模塊工作方式選擇開關(guān)SWCO1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。上方為

14、TPC03波形，下方為TPW03波形：可見一位錯碼時發(fā)端和收端都有錯誤提示輸出。（3）將漢明編碼模塊工作方式選擇開關(guān)SWCO1的加錯開關(guān)E_MOD1，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。上方為TPC03波形，下方為TPW03波形：可見兩位錯碼時發(fā)端和收端都有錯誤提示輸出。但電平寬度不變。（4）將漢明編碼模塊工作方式選擇開關(guān)SWCO1的加錯開關(guān)E_MOD0、E_MOD1都插入產(chǎn)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(jié)果。上方為TPC03波形，下方為TPW03波形：可見兩位錯碼時發(fā)端和收端都有錯誤提示輸出。但電平寬度不變。但是這時的錯誤提示實際上是錯誤的。（六）漢明

15、譯碼糾錯性能量漢明編碼的輸入信號設(shè)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。（1)將漢明編碼模塊工作方式選擇開關(guān)SWCO1的加錯開關(guān)E_MODO、E_MOD1均拔出，此時無錯碼，記錄結(jié)果。上方為TPC01波形，下方為TPW07波形：可見沒有錯碼時收端可以正常工作，解碼正常。（2）將漢明編碼模塊工作方式選擇開關(guān)SWCO1的加錯開關(guān)E_MODO接入，產(chǎn)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(jié)果。上方為TPC01波形，下方為TPW07波形：可見一位錯碼時收端可以將錯碼糾正，輸出任然正常。（3）將漢明編碼模塊工作方式選擇開關(guān)SWCO1的加錯開關(guān)E MOD1接入，產(chǎn)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(jié)果。上方為TPC01波形，下方為TPW07波形：可見兩位錯碼時收端有部分情況可以正常解碼，但是會有較大的錯誤，因此解碼輸出