漢明編碼和譯碼實(shí)驗(yàn)

1、通信原理實(shí)驗(yàn)通信原理實(shí)驗(yàn)漢明編碼和譯碼實(shí)驗(yàn)漢明編碼和譯碼實(shí)驗(yàn)學(xué)生： XX 學(xué)號(hào)： 122110XX 指導(dǎo)教師： 王 琴 同組成員： 00 日期： 2014 年 12 月 上課時(shí)間：星期 三 第 四 大節(jié) 14:0016:00 目錄目錄一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1二、實(shí)驗(yàn)儀器.1三、實(shí)驗(yàn)原理.11、漢明碼的編碼規(guī)則和糾錯(cuò)能力.1四、漢明編譯碼實(shí)驗(yàn)電路的構(gòu)成.3漢明編碼模塊實(shí)驗(yàn)電路工作原理描述如下：.41、輸入數(shù)據(jù).42、m 序列發(fā)生器.43、編碼使能開關(guān).44、錯(cuò)碼產(chǎn)生.4漢明譯碼模塊實(shí)驗(yàn)電路工作原理描述如下：.51、輸入信號(hào)選擇開關(guān).52、漢明譯碼器.53、漢明譯碼使能開關(guān).5五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.6（一）準(zhǔn)備工

2、作.6（二）編碼規(guī)則驗(yàn)證.6（三）譯碼數(shù)據(jù)輸出測試.8（五）發(fā)端加錯(cuò)信號(hào)和漢明譯碼檢錯(cuò)能力觀測.10（六）漢明譯碼糾錯(cuò)性能測量.12六、思考題.141、漢明編碼器模塊的使能開關(guān)、譯碼器模塊的使能開關(guān)（H_EN 斷路器）起什么作用？.142、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析漢明碼的糾錯(cuò)功能。.143、本實(shí)驗(yàn)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？為什么？.14參考文獻(xiàn).141姓名：姓名：XXXX 學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：122110XX122110XX 班級(jí)：班級(jí)：通信通信 120X120X第第十五十五周周 星期星期三三 第第四四大節(jié)大節(jié) 實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)名稱：漢明編碼和譯碼實(shí)驗(yàn)漢明編碼和譯碼實(shí)驗(yàn)一、

3、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握漢明碼編譯碼原理。2、掌握漢明碼糾錯(cuò)檢錯(cuò)原理。3、通過糾錯(cuò)編解碼實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)糾錯(cuò)編解碼理論的理解。二、實(shí)驗(yàn)儀器二、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZH5001A 通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 一臺(tái)2、20MHz 雙蹤示波器 一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)原理原理1、漢明碼的編碼規(guī)則和糾錯(cuò)能力漢明碼的編碼規(guī)則和糾錯(cuò)能力一般來說，若碼長為 n，信息位數(shù)為 k，記作（n,k）碼，則監(jiān)督位數(shù) r=n-k。如果希望用 r個(gè)監(jiān)督位構(gòu)造出 r 個(gè)監(jiān)督關(guān)系式來指示一位錯(cuò)碼的 n 種可能位置，則要求2 1 或2 + + 1通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的糾錯(cuò)碼系統(tǒng)采用（7,4）漢明碼。用表示這 7 個(gè)碼元，650用表示 3 個(gè)監(jiān)

4、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)1、2、3123系：1= 65422= 65313= 6430在發(fā)送端編碼時(shí)，信息位的值決定于輸入信號(hào)，因此它們是隨機(jī)的。監(jiān)6、5、4和3督位應(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)使以上三式中2、1和0的值為零（表示變成的碼組中應(yīng)無錯(cuò)碼） ，即1、2和36542= 06531= 06430= 0?由上式經(jīng)移項(xiàng)運(yùn)算，解出監(jiān)督位得分22= 6541= 6530= 643?給定信息后，課直接按上式算出監(jiān)督位，其結(jié)果如下表。表格 1 監(jiān)督位和信息位的對(duì)應(yīng)關(guān)系信息位監(jiān)督位信息位監(jiān)督位654321065432100000000100010100010

5、111001110001011010100110011101101100001001111100010010110011010010110001111010001110101111111接收端收到每個(gè)碼組后，先計(jì)算出，再按表格 1 判斷錯(cuò)碼情況。例如，若接受1、2和3碼為 0000011，則計(jì)算可得=0，=1，=1。由于等于 011，故可知在位有一1231233錯(cuò)碼。按上式方法構(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(gè)錯(cuò)碼或檢測兩個(gè)錯(cuò)碼。漢明碼有一下特點(diǎn)：碼長 最小碼距 d=3 = 2 1信息碼位 糾錯(cuò)能力 t=1 = 2 1監(jiān)督碼位 r=n-k=m這里，

6、m 為2 的正整數(shù)，給定 m 后，即可構(gòu)造出具體的漢明碼（n,k） 。漢明碼的編碼器和譯碼器電路如圖 1 所示。圖 1 漢明碼的編譯碼器四、漢明編譯碼實(shí)驗(yàn)電路的構(gòu)成四、漢明編譯碼實(shí)驗(yàn)電路的構(gòu)成漢明編譯碼模塊實(shí)驗(yàn)電路功能組成框圖如下圖 2，圖 3 所示3圖 3漢明編碼模塊實(shí)驗(yàn)電路工作原理描述如下：漢明編碼模塊實(shí)驗(yàn)電路工作原理描述如下：1、輸入數(shù)據(jù)、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)、m 序列。選擇 ADPCM 碼字由工作方式選擇開關(guān) SWC01 中的 ADPCM 狀態(tài)決定，當(dāng)處于 ADPCM 狀態(tài)時(shí)（插入跳線器） ，漢明

7、編碼器對(duì) ADPCM 信號(hào)編碼；否則處于非ADPCM 狀態(tài)時(shí)（拔除跳線器） ，輸入編碼數(shù)據(jù)來自開關(guān) KC01 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 編碼數(shù)據(jù)、m 序列。2、m 序列發(fā)生器序列發(fā)生器M 序列用于測試漢明編碼規(guī)則，輸入數(shù)據(jù)信號(hào)與開關(guān) SWC01 位置表如下表所示。4我們只測試前兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)。3、編碼使能開關(guān)、編碼使能開關(guān)此開關(guān)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(shí)，ADPCM 和 CVSD 語音數(shù)據(jù)無法通過調(diào)制解調(diào)信道通話，這是因?yàn)榫幋a速率與信

8、道速率不匹配。4、錯(cuò)碼產(chǎn)生、錯(cuò)碼產(chǎn)生錯(cuò)碼產(chǎn)生專門設(shè)計(jì)用于測量漢明譯碼器的糾錯(cuò)和檢錯(cuò)性能。輸出錯(cuò)碼與開關(guān) SWC01 位置如下表所示。錯(cuò)碼可以用示波器從錯(cuò)碼指示端口 TPC03 監(jiān)測。漢明編碼模塊各測試點(diǎn)定義如下。（1）TPC01：輸入數(shù)據(jù)。（2）TPC02：輸入時(shí)鐘。（3）TPC03：錯(cuò)碼指示（無加錯(cuò)時(shí)，該點(diǎn)為低電平） 。（4）TPC04：編碼模塊輸出時(shí)鐘（56KHZ/BPSA/DPSK） 。（5）TPC05：編碼模塊輸出數(shù)據(jù)（56Kbtps/BPSA/DPSK） 。漢明編碼模塊電路功能組成框圖如下圖。5漢明譯碼模塊實(shí)驗(yàn)電路工作原理描述如下：漢明譯碼模塊實(shí)驗(yàn)電路工作原理描述如下：1、輸入信號(hào)選

9、擇開關(guān)、輸入信號(hào)選擇開關(guān)開關(guān) KW01、KW02 用于選擇輸入信號(hào)和時(shí)鐘是來自解調(diào)器信道或直接來自漢明編碼模塊。當(dāng) KW01、KW02 設(shè)置在 1_2 位置（CH：左端） ，則輸入信號(hào)來自信道；開關(guān) KW01、KW02設(shè)置在 2_3 位置（LOOP：右端） ，則輸入信號(hào)來自漢明編碼模塊。2、漢明譯碼器、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(cuò)電路構(gòu)成。該電路專門一個(gè)CPLD（EPM7128）實(shí)現(xiàn)。3、漢明譯碼使能開關(guān)、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。漢明譯碼模塊個(gè)測試點(diǎn)定義如下。（1）TPW01：輸入時(shí)鐘（56KHZ）（2）TPW02

10、：輸入數(shù)據(jù)（56kbps） 。（3）TPW03：檢測錯(cuò)碼指示。（4）TPW04：輸出時(shí)鐘。（5）TPW05：CVSD 數(shù)據(jù)輸出。（6）TPW06：同步數(shù)據(jù)輸出。（7）TPW07：m 序列輸出。（8）TPW08：異步數(shù)據(jù)輸出。漢明譯碼模塊電路功能組成框圖如下圖所示。6五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）準(zhǔn)備工作（一）準(zhǔn)備工作（1）首先通過菜單將調(diào)制方式設(shè)置成 BPSK 或 DBPSK 方式；將漢明編碼模塊內(nèi)工作方式選擇開關(guān) SWC01 中：編碼使能開關(guān)插入（H_EN） ，ADPCM 數(shù)據(jù)斷開（ADPCM） ；加錯(cuò)開關(guān)E_MOD0、E_MOD1 均拔出；將輸入數(shù)據(jù)選擇開關(guān) KC01 設(shè)置在 m 序列（D

11、T_M）位置；設(shè)置 m 序列方式為 00（M_SEL2 和 M_SEL1 拔下） ，此時(shí) m 序列輸出 0/1 碼。（2）將漢明碼模塊內(nèi)輸入序號(hào)的時(shí)鐘選擇開關(guān) KW01、KW02 設(shè)置在 LOOP 位置（右端） ，輸入信號(hào)直接來自漢明編碼模塊（不通過調(diào)制、信道、解調(diào)） ；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(yàn)證（二）編碼規(guī)則驗(yàn)證（1）用示波器同時(shí)觀測編碼輸入信號(hào) TPC01 波形和編碼輸出波形 TPC05，觀測時(shí)以 TPC01同步，觀測是否符合漢明編碼規(guī)則，注意此時(shí)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。7以四分之

12、一周期為單位，輸入序列 0011，輸出序列 0001011，時(shí)延 4us。符合漢明編碼規(guī)則。（2）設(shè)置 m 序列方式為 10（M_SEL2 插入、M_SEL1 拔下） ，此時(shí) m 序列輸出為 11/00 碼。用示波器同時(shí)觀測編碼輸入信號(hào) TPC01 波形和編碼輸出波形 TPC05，觀測時(shí)以 TPC01 同步，觀測是否符合漢明編碼規(guī)則。當(dāng)輸入每個(gè)碼元時(shí)長為（1）中一倍時(shí)，輸出不變。時(shí)延增大為 14us。符合漢明編碼規(guī)則。（3）設(shè)置其它 m 序列方式，重復(fù)上述測試步驟。記錄輸入為 0/1 碼、00/11 碼等 m 序列碼的漢明編碼輸出及波形。0/1 碼TPC01TPC05800/11 碼：其結(jié)果與

13、（1） 、 （2）相似。（三）譯碼數(shù)據(jù)輸出測試（三）譯碼數(shù)據(jù)輸出測試設(shè)置 m 序列方式為 11（M_SEL2、M_SEL1 均插入） ；用示波器同時(shí)觀測漢明編碼模塊的編碼輸入信號(hào) TPC01 波形和漢明編碼模塊譯碼輸出 m 序列波形 TPW07，觀測試以 TPC01 同步。測量譯碼輸出數(shù)據(jù)與發(fā)端信號(hào)是否一致。注意：輸出波形與輸入波形之間有時(shí)延。記錄輸出波形和輸入波形。當(dāng) M_SEL2 和 M_SEL1 都插入時(shí)，其圖形如下：9當(dāng) M_SEL2 插入，M_SEL1 拔下時(shí)，其圖形如下：當(dāng) M_SEL2 和 M_SEL1 都拔下時(shí)，其圖形如下：TPC01TPW0710由以上三個(gè)圖形可以看出，譯碼正

14、確，時(shí)延約為 50us。（五）發(fā)端加錯(cuò)信號(hào)和漢明譯碼檢錯(cuò)能力觀測（五）發(fā)端加錯(cuò)信號(hào)和漢明譯碼檢錯(cuò)能力觀測用示波器同時(shí)測量漢明編碼模塊內(nèi)加錯(cuò)指示 TPC03 和漢明譯碼模塊內(nèi)錯(cuò)碼檢測指示輸出波形 TPW03 的波形，觀測時(shí)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(cuò)開關(guān) E_MOD0、E_MOD1 均拔出，此時(shí)無錯(cuò)碼，記錄結(jié)果。當(dāng)把圖形放的特別大時(shí)，其圖形如下：TPC03TPW0311由第一個(gè)圖可見，不加錯(cuò)時(shí)都沒有顯示。由第二個(gè)圖可知，不加錯(cuò)碼放大后是一個(gè)周期性的連續(xù)信號(hào)。（2）將漢明編碼模塊工作方式選擇開關(guān) SWC01 的加錯(cuò)開關(guān) E_MOD0 接入，產(chǎn)生 1

15、 位錯(cuò)碼，定性觀測漢明譯碼能否檢測出錯(cuò)碼，記錄結(jié)果。由圖形可知，當(dāng)加一位錯(cuò)碼時(shí)，漢明譯碼檢測出了錯(cuò)誤。（3）將漢明編碼模塊工作方式選擇開關(guān) SWC01 的加錯(cuò)開關(guān) E_MOD1 接入，產(chǎn)生 2 位錯(cuò)碼，定性觀測漢明譯碼能否檢測出錯(cuò)碼，記錄結(jié)果。12由圖可見，當(dāng)加入兩位錯(cuò)碼時(shí)，漢明譯碼也可以檢測出來。（六）漢明譯碼糾錯(cuò)性能測量（六）漢明譯碼糾錯(cuò)性能測量漢明編碼的輸入信號(hào)設(shè)置 m 序列方式為 11（M_SEL2、M_SEL1 均插入） ；用示波器同時(shí)觀測漢明編碼模塊的輸入信號(hào) TPC01 波形和漢明譯碼模塊譯碼輸出 m 序列波形 TPW07，觀測時(shí)以 TPC01 同步。（1）將漢明編碼模塊工作方式

16、選擇開關(guān) SWC01 的加錯(cuò)開關(guān) E_MOD0、E_MOD1 均拔出，此時(shí)無錯(cuò)碼，記錄結(jié)果。由圖可見，不加錯(cuò)時(shí)譯碼正常。編碼與譯碼能夠一一對(duì)應(yīng)。（2）將漢明編碼模塊工作方式選擇開關(guān) SWC01 的加錯(cuò)開關(guān) E_MOD0 接入，產(chǎn)生 1 位錯(cuò)碼，定性觀測漢明編譯碼系統(tǒng)能否糾 1 位錯(cuò)碼，記錄結(jié)果。13由圖形可知，當(dāng)加入一位錯(cuò)碼時(shí)，譯碼也正常。（3）將漢明編碼模塊工作方式選擇開關(guān) SWC01 的加錯(cuò)開關(guān) E_MOD1 接入，產(chǎn)生 2 位錯(cuò)碼，定性觀測漢明編譯碼系統(tǒng)能否糾 2 位錯(cuò)碼，記錄結(jié)果。14由圖形可知，當(dāng)加入兩位錯(cuò)碼時(shí)，就不能正確譯碼。六、思考題六、思考題1、漢明編碼器模塊的使能開關(guān)、譯碼器模塊的使能開關(guān)（、漢明編碼器模塊的使能開關(guān)、譯碼器模塊的使能開關(guān)（H_EN 斷路器）起什斷路器）起什么作用？么作用？ 從電路圖中可以看出，沒有插入 H_EN 時(shí)，漢明編碼器被短路，輸出數(shù)據(jù)沒有經(jīng)過漢明編碼。插入 H_EN 時(shí)，輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過漢明編碼。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析漢明碼的糾錯(cuò)